200 t/h污水汽提装置的运行总结

2021-11-05尹佳伟

硫酸工业 2021年8期

尹佳伟

（中国石化集团金陵石化有限公司，江苏南京 210000）

中国石化集团金陵石化有限公司（以下简称金陵石化）为减轻污水处理厂的负荷和满足新建装置的污水排放要求，确保环保装置有一定的富余处理能力，对原80 t/h污水汽提装置进行扩容改造，新建200 t/h污水汽提及280 t/h氨精制单元，形成目前的200 t/h污水汽提装置。新装置于2019年8月1日一次开工成功。

1 污水汽提装置工艺原理

含硫污水是一种含有硫化氢、氨、二氧化碳、水的多组分溶液，在水中铵盐主要以NH4HS、(NH4)2S、(NH4)2CO3、NH4HCO3等组分存在。这些铵盐组分在水中主要处于化学、电离、相平衡之中，通过加热促进水解反应，加热蒸发的水蒸气又能降低气相中硫化氢、氨组分的分压，促进它们从液相向气相转移[1]。

200 t/h污水汽提装置采用单塔加压侧线抽出技术，从塔顶采出硫化氢和二氧化碳，塔底生产硫化氢、氨氮组分含量较低的合格净化水。侧线抽出的粗气氨经过三级冷凝（即“逐级降温降压，高温分水，低温固硫”），接着使用浓氨水来循环洗涤气氨中的H2S，使之生成氨硫化物加以去除。同时利用在一定条件下，氨和硫化氢共存时以结晶形式析出，去除残存的硫化物和有机物等杂质，得到高纯度氨气。最后氨气经过物理吸附后，在氨精馏塔内经过多次传质传热后由塔顶采出精制液氨。

2 工艺流程

含硫污水经脱气罐脱油除气后进入串联的2个污水大罐，沉降后的污水分2路进入汽提塔。塔顶采出酸性气供硫磺回收装置处理。侧线抽出的粗氨气经三级冷凝后进一步精制，即低温浓氨水循环洗涤、结晶、吸附氨精制，最后经氨水精馏制取液氨。氨水可供上游的常减压装置使用，液氨作为产品用于脱硫脱硝装置或外销。汽提塔塔底的净化水送至上游的常减压、加氢类装置回用，多余净化水送至污水处理厂处理。

3 装置运行及标定情况分析

污水汽提装置于2019年10月22日13∶00至10月25日13∶00进行72 h标定，标定期间按照进料量200 t/h（100%设计负荷）操作。此次满负荷状态下装置内各离心泵、空冷电机、换热器等关键设备运行平稳，各操作参数符合设计要求，同时装置在加工量、产品质量、能耗等方面均能够达到设计指标。

3.1 物料平衡

72 h标定期间装置物料平衡数据见表1，酸性气密度按1.56 kg/m3计算。

表1 装置物料平衡标定数据

由表1可以看出：在100%负荷标定期间原料与产品物料基本平衡，产品收率为96.96%，其中净化水收率为95.39%，酸性气收率为0.95%，液氨收率为0.62%。原料损失率为3.04%，物料损失主要在于生产过程中三分罐V1002/3罐底和氨精制塔T1002塔底含硫氨水排液所致。

3.2 主要操作参数

72 h标定期间装置主要操作参数见表2。

表2 装置主要操作参数标定数据

由表2可以看出：标定期间装置主要操作参数与设计值相当，符合工艺指标，无偏差。

3.3 能耗

72 h标定期间装置能耗数据见表3。

表3 装置能耗标定数据

标定期间污水处理量为200.716 t/h，其中循环水、除盐水、中压蒸汽、低压蒸汽、凝结水、新鲜水、电的能源折算系数分别按0.1，2.3，88，76，-3.65，0.17，0.23计算。由表3可见：标定期间装置总能耗为17.295 kg EO/t，装置运行能耗主要集中于蒸汽、电耗、循环水三方面，其中蒸汽能耗占到整个装置能耗的90%以上，此次标定为装置以后的节能工作提供了基础数据。

3.4 原料及产品质量

72 h标定期间装置原料及产品质量见表4。

由表4可见：此次标定对200 t/h污水汽提产出的酸性气进行了分析，其中硫化氢体积分数平均为94.5%，二氧化碳体积分数平均为5.23%，烃类体积分数平均为0.23%，满足下游硫磺回收装置处理要求。设计酸性气中氨体积分数不高于0.5%，标定期间酸性气中氨含量控制合格。产品净化水硫化物质量浓度平均为5.17 mg/L，低于控制指标值20 mg/L；氨氮质量浓度平均为25.73 mg/L，低于控制指标值50 mg/L，净化水中硫化物和氨氮含量全部控制合格。设计液氨中φ(NH3)≥99.6%，标定期间液氨中氨含量控制合格。

表4 原料及产品标定数据

4 装置存在问题

4.1 能耗偏高

根据标定数据分析，污水汽提装置能耗主要由蒸汽决定，占总能耗的90%以上。设计使用1.0 MPa的低压蒸汽作为加热热源，由于该装置处于金陵石化低压蒸汽管网的末端，蒸汽压力在0.7 MPa、温度在180 ℃左右，该低压蒸汽不足以维持汽提塔的底温，因此实际生产中使用经除盐水减温减压后的中压蒸汽作为加热源，中压蒸汽的能耗较低压蒸汽高出许多。装置需要在保证净化水质量的基础上降低蒸汽用量，同时提升净化水回用量，做到节能降耗。

4.2 氨精馏系统设备腐蚀

4.2.1 氨精馏塔T1003进料管线漏

装置自2019年7月底开工进料以来，氨水换热器E1010出口至氨精馏塔T1003入口氨水管线出现5次泄漏现象。管线材质为20#碳钢，管壁设计厚度为7 mm，泄漏后进行测厚，管线均匀减薄，最薄点厚度为3.8 mm。按照设计要求，吸附罐V-1006/1、2出口介质中硫质量浓度低于0.5 mg/L，而根据标定数据，循环氨水中硫化物质量浓度均值在119 mg/L左右，氨水中残留的硫化物和NH3反应生成NH4HS结晶，结晶物随氨水在高速流动中不断冲刷腐蚀管线。

4.2.2 氨精馏塔重沸器E1011管束内漏

2020年4月10日氨精馏塔底重沸器E1011出现内漏现象。对管束堵漏过程中，拆开换热器头盖后发现小浮头螺栓断裂，4根换热管束出现泄漏。堵管后换热器投用28 d后再次出现管束泄漏现象。

E1011管束内介质为低压蒸汽，管束材质为S30403不锈钢。经过化验分析，氨水中氯离子质量浓度在14.81 mg/L，铁离子质量浓度在3.84 mg/L，硫化物质量浓度在89 mg/L。304不锈钢由于钝化膜的保护作用，在湿硫化氢环境下一般不会出现析氢腐蚀现象，但是304不锈钢耐点蚀系数较低，耐氯离子腐蚀能力不强，并且随着温度的升高，耐腐蚀能力大大削弱[2]。氨精馏塔底温在140~150 ℃，在高温下，氨水中的氯离子对304不锈钢表面的钝化膜进行破坏，破口处的金属变为阳极，溶解的钝化膜变为阴极，导致腐蚀不断向内进行，最终形成点蚀。

5 解决措施及建议

5.1 节能降耗措施及建议

5.1.1 调整冷热进料比

装置汽提塔设计冷热进料比为1∶3，热进料温度约为130 ℃，热进料温度仍有较大提升空间。在原料污水硫含量与氨氮含量不变的情况下，适当提高热进料量，降低冷热进料比，提高汽提塔塔底高温净化水的余热利用率，可降低汽提塔底重沸器的蒸汽耗量[3]。通过生产调整，将冷热进料比由设计的1∶3逐步调整到1∶4。同时净化水氨氮在线分析仪控制量由10 mg/L以下提高为20~30 mg/L。调整前后汽提塔塔底净化水质量均合格，热进料温度提高了10 ℃左右，1 t原料污水蒸汽消耗由原来的0.185 t降至0.18 t，减少了蒸汽的消耗，相当于降低能耗0.38 kg EO/t。

5.1.2 优化进料水源

目前通过分储分炼的方式，将固定铵含量较低的加氢型含硫污水供200 t/h污水汽提装置处理，降低处理过程中的注碱量甚至不注碱。2019年10月，新增的200 t/h含硫污水脱油脱气罐V6002投入使用，V6002脱气除油后的含硫污水再经V600/4、V600/3这2个污水大罐串联沉降，含硫污水的沉降时间在30 h以上。通过以上措施，将进装置的含硫污水中的油质量浓度由约200 mg/L降至50 mg/L以下。脱气除油后的含硫污水经泵加压后送去汽提塔处理，降低装置整体能耗。

5.1.3 使用Ⅲ催化装置低压蒸汽

针对金陵石化低压蒸汽富余、中压蒸汽量不足的现状，通过新增Ⅲ催化装置低压蒸汽至200 t/h污水汽提装置管线，使用Ⅲ催化装置0.85 MPa、270 ℃左右的低压蒸汽作为加热源，200 t/h污水汽提装置剩余蒸汽量由中压蒸汽减温减压后提供。通过调整，降低了装置25 t/h左右的中压蒸汽和1 t/h左右的除盐水消耗量，装置降低运行成本3 007元/h，每年节约2 526万元左右。

5.1.4 提高净化水利用率

2019年装置的净化水中氨氮质量浓度均值在15 mg/L，硫质量浓度均值在4.1 mg/L，净化水的水质较好。装置外排的净化水分三路：净化水Ⅰ线去常减压装置回用，净化水Ⅱ线去加氢装置回用，净化水Ⅲ线去污水处理厂。装置净化水回用情况见表5。

表5 装置净化水回用情况

由表5可见：目前3套常减压装置的净化水回用量在150 t/h，节省了新鲜水用量150 t/h，节省新鲜水费252 万元/a。同时，净化水作为电脱盐注水时，利用原油萃取净化水中的酚，降低净化水中的COD，减轻了污水处理厂的处理负荷[4]。目前3套加氢装置的净化水回用量在15 t/h左右，节省了脱盐水水用量15 t/h，节省除盐水费88.2万元/a。后期加氢装置的净化水回用量仍有较大潜力可以挖掘。

同时，金陵石化工区共有11个含硫污水大罐，根据《中石化炼油轻质油储罐安全运行指导意见》规定，每年均有三到四个污水大罐需要检修，原来检修前需要用新鲜水对大罐进行冲洗置换，每个污水大罐新鲜水耗量在2.5 kt左右。通过增加净化水至罐区倒水管线，利用装置的净化水作为大罐的冲洗置换水，可降低新鲜水的消耗，每年可节约费用1.5~2.0万元。