天然气净化行业首套CANSOLV尾气处理装置水平衡探讨

罗东 雷恒 赖兵 汪年斌 罗斌 张军 邓翔宇 伍强

（西南油气田分公司天然气净化总厂）

安岳净化公司Ⅰ、Ⅱ列主体装置分别于2019年10 月和12 月投产，单列设计日处理原料气600×104m3，每列单独设有一套与之相匹配的CANSOLV尾气处理装置，设计处理烟气6×106m3/h，设计尾气SO2排放浓度小于或等于400 mg/m3。

1 工艺流程简介

硫黄回收装置来的克劳斯尾气、液硫池废气，以及脱水装置TEG 废气分别引入CANSOLV 尾气处理装置焚烧炉高温焚烧后，进入文丘里组合塔被酸水冷却，烟气温度从245 ℃降至55 ℃以下，然后经过湿式电除雾器除酸雾后，烟气进入SO2吸收塔脱除SO2，再被加热后从尾气烟囱排放[1-2]。

CANSOLV 尾气处理装置在运行过程中，文丘里组合塔产生的酸水（主要成分：H2SO4和H2SO3）和胺液净化撬（APU）产生的冲洗废水（主要成分：NaOH、Na2SO4和Na2SO3）全部排入中和罐，在中和罐内被碱液中和后泵送至污水处理装置（催化氧化装置、生产废水处理装置、蒸发结晶装置）生成淡水和粗盐[3]。CANSOLV尾气处理装置流程图见图1。

图1 CANSOLV尾气处理流程

2 生产废水产生情况

自安岳净化公司CANSOLV 尾气处理装置投产以来，单套尾气处理装置设计废水总产生量为127 m3/d，实际生产过程中废水产生量约为180 m3/d。安岳净化公司生产废水处理装置处理能力为1 250 m3/d，对装置进行水平衡计算，发现装置生产废水实际产生量约1 261 m3/d，其中两套CANSOLV尾气处理装置产生的废水量约350 m3/d，占生产废水总产生量的28%左右，为重要来源之一。安岳净化公司装置水平衡结果见图2。

图2 安岳净化公司装置水平衡结果

生产废水产生量超设计处理量，处理不及时，导致生产废水调节池长期处于满液位，不仅限制CANSOLV 尾气处理装置APU 运行频次，导致胺液中HSS含量长期超标，还容易出现生产废水调节池污水外溢，造成环保事故。

3 生产废水来源分析

CANSOLV 尾气处理装置废水产生来源有三个：文丘里组合塔酸水、APU废水、电除雾器冲洗水。单套尾气处理装置废水产生量见表1。

表1 单套尾气处理装置废水产生量

其中，文丘里组合塔酸水产生量与烟气温度直接相关，烟气设计温度小于或等于55 ℃，烟气温度越高，酸水被烟气带走越多，排放至中和罐的则越少，目前烟气温度控制在42～45 ℃。APU设计运行频次为8 次/d，目前每天启运频次约10～11 次。电除雾器冲洗水量与冲洗时间和频次相关，厂家建议每次冲洗时间5～10 min，1～2 天冲洗一次，当前冲洗时间为9～10 min/次，每天冲洗一次。

4 优化测试

4.1 提高烟气温度

将烟气出文丘里组合塔温度从35 ℃缓慢升至55 ℃，每次提升1 ℃，稳定运行观察1天。在提高烟气温度期间，主要观察文丘里组合塔的废水排放流量、烟气加热器进口端管箱底部凝液排放流量、废水调节池温度，以及尾气SO2排放浓度。烟气温度和废水排放测试数据见表2。

表2 烟气温度和废水排放测试数据

通过提高烟气温度测试，得出如下结论：

1）随着烟气温度升高，尾气处理装置文丘里组合塔废水产生量明显下降，减少的水分随烟气被带至烟气加热器进口端排液设施排放，还有部分通过烟囱排放至大气。

2）整个调整过程，尾气SO2排放浓度波动较小，且排放值远远低于400 mg/m3，尾气处理装置运行平稳。

3）随着烟气温度升高，废水调节池温度逐渐上升，当烟气温度提升至52 ℃时，生产废水调节池温度已上升至40 ℃，达到了生产废水处理装置RO反渗透膜运行温度上限。

4）在确保生产废水处理装置RO反渗透膜正常运行情况下（废水调节池温度≤40 ℃），最终确定烟气出文丘里组合塔温度最佳控制范围为50 ～52 ℃，在这个温度范围内，文丘里组合塔废水排放量最低。调整前，烟气控制温度约40 ℃，调整后烟气控制温度为50 ℃，平均每天减少废水排放量约33 m3。

4.2 降低DS溶液热稳定性盐含量

影响DS 溶液热稳定性盐含量的因素主要为两方面：一是烟气中硫酸雾和SO3含量较高，烟气经过DS 溶液后，硫酸雾和SO3进入溶液形成硫酸盐，导致热稳定性盐含量偏高；二是APU 除盐能力下降。

4.2.1 提高电除雾器运行电压

由于目前没有手段对烟气中硫酸雾和SO3含量进行分析，查阅DS 溶液热稳定性盐含量变化趋势，发现自5月18日起，两列尾气处理装置热稳定性盐上升趋势较以往更快，检查发现湿式电除雾器由于绝缘子室窜漏放电，湿式电除雾器降压运行。导致电除雾器除雾效果不好[4]，湿式电除雾器设计运行电压为72 kV，故障期间运行电压仅为41 kV左右。

以Ⅰ列尾气处理装置为例，烟气中硫酸雾和SO3含量较高，进入DS溶液后，直接导致热稳定性盐含量升高。5 月28 日，更换绝缘子室穿墙套管，四个绝缘子室增加氮气正压保护后，提升湿式电除雾器运行电压，热稳定性盐含量明显下降[5]。湿式电除雾器整改前后Ⅰ列尾气处理装置热稳定性盐含量数据对比见表3。

表3 湿式电除雾器整改前后Ⅰ列热稳定性盐含量分析数据对比

5月28日以后，将湿式电除雾器运行电压提升至设计电压，除雾效果较好，热稳定性盐含量逐渐下降，但仍未降至设计范围1.1～1.3 摩尔当量范围内。

4.2.2 优化APU运行效果

APU 通过阴离子树脂[6]除去DS 贫液中的HSS，但运行一次将产生废水5.75 m3，且设计每天启运频次为8 次，使用寿命为2 000 次。当前APU 启运频次已达到平均11 次/d，但无法继续降低至1.1～1.3摩尔当量范围内。查阅APU 树脂使用次数为1 218次，离设计使用寿命2 000 次还有很大距离，但树脂颜色偏红，初步推测APU 树脂存在中毒[7]，性能下降，除盐能力降低。随后取APU 废水进行分析，分析结果显示Ⅰ列APU 除盐能力为33 kg/次，已远低于设计51 kg/次，证实了Ⅰ列APU 树脂除盐能力明显下降。

立即更换树脂，规定每天APU启运频次为8次，发现DS 贫液中热稳定性盐含量逐渐下降。32 天后，热稳定性盐含量已降至1.25摩尔当量。更换树脂后Ⅰ列热稳定性盐含量分析数据见表4。

表4 更换树脂后Ⅰ列热稳定性盐含量分析数据

热稳定性盐含量降至1.25 摩尔当量后，目前APU 启运次数已降至4 次/d，两套尾气处理装置平均每天可以减少APU废水排放69 m3。

4.3 减少电除雾冲洗时间

湿式电除雾器需定期用除盐水进行冲洗，防止阴极线和阳极管上杂质积累结垢，影响除雾效果。除盐水冲洗流量约为0.283 m3/min，根据厂家提供的每次冲洗时间5～10 min，每天冲洗一次进行调整。以湿式电除雾器阴极线和阳极管不结垢正常运行为前提，调整除盐水每次冲洗时间和冲洗频率。调整除盐水每次冲洗时间结果统计见表5。

表5 调整除盐水每次冲洗时间结果统计

通过测试，可以发现，降低除盐水冲洗时间，观察两天，当除盐水冲洗时间降至5 min/次，阴极线和阳极管上无明显杂质积累。因此，我们将除盐水每次冲洗时间定为5 min。并按照该冲洗时间测试冲洗频次，调整除盐水冲洗频次结果统计见表6。

表6 调整除盐水冲洗频次结果统计

通过测试，可以发现在除盐水冲洗时间为5 min/次的情况下，冲洗频次增加到4 天时，明显可以观察到阴极线和阳极管上有杂质积累，存在结垢的倾向。为确保设备运行安全，选择每2天冲洗一次。调整前后，可以减少电除雾器冲洗废水排放量约1.6 m3/d。

5 优化效果及效益

5.1 尾气处理装置废水产生量

根据装置优化措施[8-10]，控制烟气温度50 ℃，单套APU 启运频次4 次/d，电除雾器2 天冲洗1 次，每次冲洗5 min，重新进行装置水平衡核算，核算结果显示尾气处理装置每天排放废水约250 m3，比优化前每天减排约98 m3，优化效果明显。

再看装置生产废水产生量，优化后，生产废水每天产生量约1 159.3 m3，低于设计处理量1 200 m3/d，生产废水调节池液位逐渐下降。生产废水COD浓度已降至96 mg/L，虽然仍高于设计上限值70 mg/L，但比优化前已明显下降。目前生产废水处理装置和蒸发结晶装置运行平稳。

5.2 环保效益

CANSOLV 尾气处理装置优化后，显著降低了废水产生量，减少了蒸发结晶装置废盐产生量，减少了固体废弃物的产生，优化操作后每月平均减少3 t固体废弃物。

5.3 经济效益

CANSOLV 尾气处理装置优化后，显著降低了尾气处理装置废水产生量，减少了尾气处理装置中和废水碱液用量。

投入成本：更换APU活性树脂1 m3，惰性树脂0.1 m3，使用寿命8 个月，折算为每月投入成本为16 600 元。平均每月减少碱液用量18 t，节省碱液成本费用45 000 元，每月少产生3 t 固体废弃物，相应每月减少固体废弃物处理费3 750元。

此外，废水产生量减少，降低了生产废水处理装置运行负荷，降低了装置运行能耗。

经过统计，7 月生产废水处理装置共处理废水32136m3，装置当月电耗65985kWh，单价0.55元/kWh；当月耗水量576 t，单价4 元/t；主要化工药剂如：碳酸钠6.5 t，单价3 000元/t；混凝剂PAC 4 t，单价6 000 元/t；反渗透膜阻垢剂0.1 t，单价42 000 元/t；工业盐4.5 t，单价600 元/t；次氯酸钠2 t，单价3 500元/t。根据以上数据计算出每处理1 m3生产废水的成本单价为2.99元/m3。

活动开展后，平均每月尾气处理装置废水产生量降至7 212 m3，减少废水产生量3 038 m3，节约生产装置运行能耗9 083.6元。

6 总结及建议

1）通过提高烟气出文丘里组合塔温度，可以将更多的水分通过烟气带至烟囱排放，从而减少生产废水产生量。但烟气出文丘里组合塔温度尽可能控制在50～52 ℃范围内，防止生产废水调节池温度超高。

2）通过提高湿式电除雾器运行电压，可以有效去除烟气中的硫酸雾和SO3，有效控制热稳定性盐的增量，从而降低APU启运频次，减少生产废水产生量。湿式电除雾器运行电压尽可能控制在70～72 kV，偏低除雾效果不佳，偏高则存在电气元件使用寿命缩短的问题。

3）通过适当降低湿式电除雾器冲洗时间，适当延长湿式电除雾器冲洗时间间隔，也会减少尾气处理装置废水产生量。调整湿式电除雾器冲洗时间和频次后，需加强对电除雾器运行电压、现场看窗除雾效果、阴极线和阳极管结垢情况等的检查，防止内部构件结垢。

4）树脂性能越好，除盐能力越强，随着使用次数的增加，树脂除盐能力逐渐下降，需定期对树脂除盐能力进行分析，避免出现树脂除盐能力下降，但未及时更换，导致APU启运频次超设计，产生较多废水。