酸性水汽提裝置的工藝優化

鄭軍勇，王旭晟(.浙江國貿集團東方機電工程股份有限公司，浙江 杭州 3006；.鎮海石化工程股份有限公司，浙江 寧波 3504)

0 引言

當前高硫原油的比例及加工深度在逐年提升，導致各煉油廠內的裝置所產生的污水量(特別是酸性水)以及酸性水中的污染物含量也在不斷增加。由于各裝置產生的酸性水中不僅含有比較多的硫化物和氨等污染物，并且還有酚類、氰化物類和油等，故不可以直排到污水處理場，因此處理石化企業含硫酸性水的汽提裝置已經成為不可或缺的重要裝置。酸性水汽提裝置，主要用于對來自常減壓蒸餾、延遲焦化、催化裂化、加氫精制、加氫裂化、硫回收等裝置排放的酸性原料水進行初步處理，從而使處理后的凈化水可以排入污水處理廠進一步處理，或可以直接回用于上游的各裝置，而酸性原料水中的H2S、NH3可通過汽提的方式脫除和回收。因此，酸性水汽提裝置不僅是不可缺少的環保裝置，還能增加額外的經濟效益[1]。

1 酸性水汽提原理及工藝技術簡介

1.1 酸性水汽提原理

酸性水是一種H2S、NH3和CO2等組成的多元水溶液。這些溶質以(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4HS等銨鹽形式存在于酸性水中，這些弱酸弱堿鹽在水中溶解后會分別產生游離態硫化氫、氨和二氧化碳分子，而這些又將分別與其氣相中的分子呈動態平衡的狀態，因此這個體系是化學平衡，電離平衡和相平衡共存的復雜動態體系。在酸性水汽提的過程中存在如下的化學平衡、電離平衡：

水解是吸熱反應，因此加熱可促進水解，使游離態的H2S、NH3和CO2分子增加。但這些游離的分子是否能從液相轉入到氣相，便與其在液相中的溶解度、濃度、揮發度以及與其他分子或離子能否反應有關。由上可知，通過汽提可以起到加熱和降低氣相中的H2S、NH3和CO2分壓的雙重作用，從而促進了H2S、NH3和CO2從液相進入氣相，最終實現水質的凈化[2]。

1.2 汽提工藝技術簡介

含硫酸性水處理的主要工藝大致可分為5類：(1)直接氧化法；(2)常壓汽提法；(3)雙塔汽提法；(4)單塔側線抽出汽提法；(5)單塔全抽出汽提法。

本文主要針對的是應用較普遍的單塔側線抽出和單塔全抽出汽提法。單塔加壓側線抽氨汽提工藝，是將待處理的酸性原料水分為冷進料和熱進料分別進入汽提塔的頂部填料段和汽提塔上部，塔頂的酸性氣經分液處理后送到硫磺回收工藝裝置；在汽提塔中部的氨富集區域抽出的側線氣進行處理和氨精制。單塔全抽出汽提法，是將待處理的酸性水經換熱器換熱后全部進入汽提塔，塔頂含氨酸性氣送至硫磺回收裝置[3]。

至于酸性水的性質，非酚酸性水主要來自加氫裂化、加氫處理等裝置。含酚酸性水通常來自常減壓、催化裂化、延遲焦化等裝置。由于不同來源的酸性水，硫和氨的含量不同，且所含雜質的種類與含量也差異很大，因此新增裝置可建設兩套或以上汽提，并可選擇不同的汽提工藝分別處理加氫型和非加氫型酸性水。

2 酸性水預處理階段存在的問題及相應措施

2.1 過濾焦化來酸性水的焦粉

由于焦化產生的酸性水中含有較多的焦粉顆粒，這些焦粉如果進入汽提塔后，則會對汽提效率有比較大的影響，單塔浮閥塔盤容易被堵塞，從而導致汽提塔處理量大幅下降；同時，如果酸性水帶油嚴重，則焦粉和油類混合在汽提過程中會形成致密的瀝青質膠狀物，進而會堵死塔盤的浮閥，導致氣液分離效果差，嚴重影響汽提效果。

在酸性水進脫氣罐前和進汽提塔前分別增設過濾器，基本上可以過濾所夾帶的焦粉，同時對硫磺洗滌水攜帶的硫磺粉末，也可以起到過濾作用。如果焦粉過多，過濾器堵塞過于頻繁時，可增設RCLH-07型離心分離器，單獨處理焦化系列污水，以減少焦粉進入汽提塔。

2.2 酸性水脫氣

當上游裝置不正常時，會引起其排放的酸性水帶烴量增加，而攜帶大量輕烴氣的原料水在進入酸性水罐后，將因為減壓而閃蒸出大量的輕烴氣及微量的H2S和NH3，就會引起下游酸性水罐操作不正常，嚴重時甚至會引起設備的損壞或火災、爆炸等事故。在原料水進入酸性水罐前，設置酸性水脫氣罐，由于壓力降低，原本溶于水中的輕烴及部分H2S、NH3將會釋放出來，經脫硫精制罐用貧胺液脫除H2S后送至瓦斯管網。罐頂氣進脫硫精制罐前可設置調節閥，以保證罐頂氣的平穩釋放，改善溶劑吸收效果[4]。

2.3 酸性水除油

酸性水或多或少都會帶油，帶油酸性水進汽提塔后，覆蓋在液面的油膜會阻斷氣、液相的物質和能量交換，這將會極大地降低單塔脫除效率。與此同時，揮發性的油分釋放后會影響酸性氣的質量；同時，原料水帶油容易造成H2S進入側線系統，生成銨鹽堵塞設備和儀表，影響裝置穩定運行。解決措施：

(1)設置兩個酸性水儲罐，一個作為主沉降罐，一個作為緩沖罐，并串聯操作，以倒U型連接，以便增加重力沉降的停留時間。

(2)增加罐中罐，在原料水罐內加入一個內罐(包括水力旋液分離區和沉淀分離區的腔室)，在內罐中將水力旋液分離器、自動撇油器和沉淀錐斗連成一個完整的系統，再通過內外罐的虹吸連通管系等，成為組合式的一體化設備。此項技術特點是利用水力旋流原理實現除油、除泥，從而可以避免因水的連續進出而引起的攪動對沉降效果的影響。

(3)在兩個酸性水罐之間增加除油器，對含油酸性水進行預處理。除油器是一種密閉式水處理設備，其工作原理是通過旋液分離器產生不同的離心力場對酸性水進行預處理。之后利用射流泵使部分排放水回流至旋流腔室產生射流，分離后的酸性水流經特制的波紋斜板，使其布水均勻，進一步優化了細小油滴的聚合分離。最后流經特制元件，再次進行分離，最終實現酸性水排放的油含量達標。

(4)一般污水含油主要是輕組分油，很少有乳化現象，因此采用上述方法后基本上可將其脫除。如果酸性水中的油類以乳化或可溶性油類形式存在時，可適當將破乳劑加入到酸性水罐的進水管中，提高除油效果。

3 增加注堿流程，解決固定銨難以脫除的問題

酸性水中的氨一般有兩種存在形式：一種以游離氨形式存在，其氨氮在汽提過程中容易脫除；另一種以銨鹽形式存在，除游離氨外，還有很大一部分氨氮是以銨鹽態的固定銨形式存在，在汽提中很難脫除，進而導致凈化水中氨氮含量將偏高。

固定銨，是指構成銨鹽的陰離子為SO32-、S2O32-、CH3COO-、HSO3-、CN-等。故可在酸性水汽提裝置中加注堿液，通過調節pH值(-OH-)，促使NH4++OH-→NH3+H2O的反應向形成游離氨的方向進行，提高NH3的解析率，降低凈化水中的總氨氮含量。

如果堿液含雜質較少，可在汽提塔的中部選擇3層塔板，將堿液直接注入到塔盤正上方，并在堿液注入口設置分布器，從而可以有效地調節汽提過程中的pH，使銨鹽向游離氨轉化。這種工藝，既可以避免產生高濃度的Na2S、NaHS，又保證了液相氨分子轉移到氣相所需的停留時間。但是，由于注堿會降低了HS-離子水解析出的速率，將使小部分H2S以Na2S的形式被固定下來，進而會降低脫硫率，因此堿液的加入量要根據酸性水的性質和實際工況進行調整。

4 結論與建議

4.1 結論

通過增加過濾器甚至RCLH-07型離心分離器，增加脫氣罐，改善酸性水進儲罐流程，增設罐中罐和除油器等預處理措施，可顯著提升酸性水的濾焦、脫氣、除油效果，保證汽提裝置的汽提塔、氨精制系統的平穩操作，避免了非計劃內停工和損失，保證了系統的安全長周期運行。而增加注堿系統，并靈活配置注堿方式和位置，控制注堿濃度和注堿量，可有效提高酸性水凈化質量，確保了凈化水的回收利用，降低了裝置能耗和噸油生產成本，同時可一定程度上解決其他裝置產生的廢堿液的處理問題。

4.2 建議

除了本文列述的問題及相應解決方案外，還可對汽提裝置作其他優化：(1)在三級分凝器前可再設置富氨氣氨冷器，以降低進氨精制塔的富氨氣溫度，從而減少蒸發降溫的補氨量，降低氨精制塔的操作負荷；(2)在氨精制塔底液位以下增加氣相分布器，改善粗氨氣進料分布情況；(3)若使用液氨或濃氨水洗滌法脫硫效果不佳，可改用低溫結晶與活性炭吸附、氧化鋅精脫硫劑脫硫等措施相結合，也可選用專門的結晶吸附器以替代液氨；(4)當汽提塔結構尺寸條件有限時，可選用效率較高的塔盤，如：CTST梯形立體傳質塔盤、JF復合塔盤等，以替代現在使用較普遍的浮閥塔盤，從而達到提高汽提塔分離能力的目的。