酸性水汽提裝置汽提塔工藝模擬及應(yīng)用

李義一,鄧偉強(qiáng)

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266061)

酸性水汽提裝置汽提塔工藝模擬及應(yīng)用

李義一,鄧偉強(qiáng)

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266061)

介紹了某煉廠酸性水汽提裝置采用的雙塔加壓汽提工藝流程及操作條件，針對裝置存在的問題，利用ASPEN-HYSYS流程模擬系統(tǒng)對兩個汽提塔(脫硫化氫塔、脫氨塔)進(jìn)行了模擬計(jì)算并對兩塔水力學(xué)性能進(jìn)行了分析。提出了建議操作參數(shù)值及更換部分設(shè)備、機(jī)泵、閥芯材質(zhì)。

酸性水汽提；汽提塔；流程模擬

酸性水汽提裝置為煉廠重要的環(huán)保裝置，用于凈化煉油加工過程中產(chǎn)生的酸性水，并回收其中的H2S和NH3[]。隨著成品油產(chǎn)品質(zhì)量升級，增設(shè)了大量的加氫裝置，隨之也產(chǎn)生了大量酸性水。某煉廠酸性水汽提裝置公稱能力150噸/時，處理來自高壓加氫裂化裝置、中壓加氫裂化裝置、汽柴油加氫裝置、硫磺回收裝置、脫硫、重整預(yù)加氫的酸性水，采用雙塔加壓汽提工藝。由于原料酸性水中NH3及H2S含量較之前設(shè)計(jì)值均有所提高，導(dǎo)致裝置自開工以來，脫氨塔頂后部系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重,其中，脫氨塔頂空冷器管束已經(jīng)泄露兩次、流控閥已更換一次、回流泵已更換過一次。經(jīng)化驗(yàn)，脫硫化氫塔底脫硫水的H2S含量為3000mg/L，脫硫水H2S濃度高導(dǎo)致脫氨塔頂后部系統(tǒng)H2S含量高，脫氨塔頂回流罐凝液H2S含量為70000～80000mg/L。

本研究以原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用流程模擬軟件ASPEN-HYSYS對脫硫化氫塔及脫氨塔進(jìn)行了模擬計(jì)算，并結(jié)合裝置工藝指標(biāo)要求，提出了建議操作參數(shù)值。

1 流程模擬

1．1 裝置流程簡介

裝置采用雙塔加氫汽提流程，酸性水原料分兩路進(jìn)入脫硫化氫塔：一路直接進(jìn)入脫硫化氫塔上部，另一路通過與酸性水-凈化水換熱器、酸性水-脫硫水換熱器后進(jìn)入脫硫化氫塔中部；首先將原料酸性水中的H2S 從脫硫化氫塔上部汽提出去，塔底脫硫水進(jìn)入脫氨塔，脫氨塔頂回流罐液相部分回流至脫氨塔，氣相部分至液氨回收單元。脫氨塔底凈化水至污水處理廠。模擬流程示意圖見圖1，原料酸性水性質(zhì)見表1。

1.脫硫化氫塔 2.脫氨塔 3.酸性水-脫硫水換熱器 4.酸性水-凈化水換熱器 5.脫氨塔頂空冷器 6.脫氨塔頂回流罐 7.脫硫化氫塔底重沸器 8.脫氨塔底重沸器

圖1 酸性水汽提裝置模擬流程示意圖

由表1可知，目前酸性水原料中NH3及H2S含量較之前設(shè)計(jì)值均有所提高。

1．2 熱力學(xué)方法選擇

本次核算選用Aspen Hysys軟件自帶的專用電解質(zhì)溶液計(jì)算包Electrolyte NRTL對污水汽提過程進(jìn)行模擬[3-4]。該方法已被很多研究者采納，并被證實(shí)可行。

2 脫硫化氫塔性能核算

2．1 脫硫化氫塔操作條件

脫硫化氫塔的主要操作條件及控制要求見表2。

表2 主要操作條件及控制要求

2.2 脫硫化氫塔核算結(jié)果

通過調(diào)整過冷水進(jìn)料量、冷熱酸性水進(jìn)料量、塔底重沸器熱負(fù)荷這三個可變量，在滿足塔的控制要求：塔頂NH3含量≯0.5%(體積分?jǐn)?shù))的情況下實(shí)現(xiàn)塔底脫硫水中H2S含量的變化，具體核算結(jié)果見表3。

表3 實(shí)現(xiàn)不同的塔底脫硫水H2S含量時脫硫化氫塔的操作參數(shù)項(xiàng)目

由模擬計(jì)算可看出：塔頂冷進(jìn)料及過冷水進(jìn)料主要是控制脫硫化氫塔上升氣相中的氨。隨著冷進(jìn)料及過冷水進(jìn)料量增加，脫硫化氫塔上升氣相中的氨含量下降；冷酸性水進(jìn)料的增加，等同于增加塔頂回流比，塔底重沸器負(fù)荷呈遞增趨勢。

脫硫化氫塔底H2S含量控制在2500～2200 mg/L之間時，在相同的過冷水進(jìn)料及冷酸性水進(jìn)料情況下，塔頂氨含量及塔底重沸器變化均不大。當(dāng)脫硫化氫塔底H2S含量控制在2100 mg/L時，需要繼續(xù)提高塔頂冷污水及過冷水進(jìn)料來控制塔頂溫度及氨含量在需要的范圍內(nèi)，同時塔底重沸器負(fù)荷增加。脫硫化氫塔底H2S含量控制在2000 mg/L時，塔頂冷污水及過冷水進(jìn)料需要大幅度增加，塔底重沸器負(fù)荷也顯著增加。顯然，在H2S含量減少幅度不大的情況下，過大增加塔底重沸器負(fù)荷是不經(jīng)濟(jì)的。

脫硫化氫塔底H2S含量控制在一定值時，適當(dāng)提高過冷水量可以降低冷酸性水的進(jìn)料量，降低塔頂氨含量，減少塔底重沸器負(fù)荷。但是，過大增加過冷水進(jìn)料量，會增加過冷水冷卻器冷卻水的消耗，增加脫硫化氫塔負(fù)荷，增加了污水量。由此，本次核算推薦脫硫化氫塔的操作參數(shù)見表4。

表4 推薦脫硫化氫塔的操作參數(shù)

由表4可以看出：本次推薦操作參數(shù)適當(dāng)提高了過冷水進(jìn)料，降低了冷酸性水的進(jìn)量，降低了塔底H2S含量，塔底熱負(fù)荷于原設(shè)計(jì)值相當(dāng)。

3 脫氨塔性能核算

3.1 脫氨塔操作條件及控制要求

脫氨塔的主要操作條件及控制要求見表5。

表5 脫氨塔主要操作條件和控制要求

3.2 脫氨塔核算結(jié)果

由脫硫化氫塔底出的脫硫水經(jīng)過換熱后進(jìn)入脫氨塔，在表5的操作條件及控制要求下，對脫氨塔進(jìn)行模擬計(jì)算，主要參數(shù)結(jié)果見表6。

表6 脫氨塔主要參數(shù)

由表6可以看出，脫氨塔頂回流液H2S含量為56700 mg/L較原設(shè)計(jì)值(63977mg/L)小，較所提供的化驗(yàn)值(70000～80000mg/L)有明顯減少。可見，在脫硫水H2S含量減小情況下，脫氨塔頂回流液H2S含量隨之減少的。針對脫氨塔頂部分設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的問題，脫氨塔頂回流液H2S含量雖變小，為操作穩(wěn)定，建議將脫氨塔頂空冷器管子、管箱更換材質(zhì)為304L。脫氨塔頂回流泵葉輪材質(zhì)采用316，脫氨塔頂回流罐流控閥及液位控制閥閥芯材質(zhì)更換為316。

4 脫硫化氫塔及脫氨塔水力學(xué)計(jì)算

根據(jù)模擬計(jì)算的兩塔的汽液相負(fù)荷數(shù)據(jù)，按照操作彈性50%～120%，在原塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)參數(shù)下進(jìn)行塔水利學(xué)計(jì)算。脫硫化氫塔及脫氨塔塔內(nèi)件結(jié)果參數(shù)見表7、表8。

表7 脫硫化氫塔塔板水力學(xué)計(jì)算表

表8 脫氨塔塔板水力學(xué)計(jì)算表

表8(續(xù))

從塔的水力學(xué)計(jì)算結(jié)果可以看出：在新的操作條件及操作彈性范圍內(nèi)，脫硫化氫塔及脫氨塔在堰上液流強(qiáng)度、降液管停留時間、霧沫夾帶率、泄漏率等參數(shù)數(shù)據(jù)均在合理范圍內(nèi)，在酸性水原料H2S和NH3含量都有提高的情況下，按建議的操作參數(shù)值是可以正常生產(chǎn)的。

3 結(jié)論

(1)適當(dāng)提高過冷水量可以降低冷酸性水的進(jìn)料量，降低塔頂氨含量，降低塔底H2S含量，減少塔底重沸器負(fù)荷。但是，過大增加過冷水進(jìn)料量，會增加過冷水冷卻器冷卻水的消耗，增加脫硫化氫塔負(fù)荷，增加了污水量。具體操作參數(shù)值需要根據(jù)酸性水原料性質(zhì)進(jìn)行模擬計(jì)算。

(2)針對脫氨塔頂部分設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的問題，應(yīng)適當(dāng)提高部分設(shè)備、機(jī)泵、閥芯材質(zhì)：將脫氨塔頂空冷器管子、管箱更換材質(zhì)為304L。脫氨塔頂回流泵葉輪材質(zhì)采用316，脫氨塔頂回流罐流控閥及液位控制閥閥芯材質(zhì)更換為316。

(3)對于加工原料酸性水中NH3及H2S含量對比設(shè)計(jì)值有大幅提高的酸性水裝置的操作參數(shù)調(diào)整及改造具有借鑒意義。

[1] 李菁菁.煉油廠酸性水汽提工藝的選擇[J].中外能源，2008，(13)4:108-110.

[2] 劉成軍，鄧建勇，溫世昌，等.提高酸性水汽提裝置回用水質(zhì)量并降低能耗的方法探討[J].石油與天然氣化工，2015，(44)6:116-121.

[3] 劉 芳，陳明德.酸性水汽提裝置的節(jié)能措施[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2008， 25(1):59-61.

[4] 王 正，汪建華.青島煉化酸性水汽提裝置流程模擬與優(yōu)化[J].中外能源，2011，(16)1:74-77.

TechnologySimulationandApplicationforStrippingColumnofSourWaterStripperUnit

LiYiyi,DengWeiqiang

(CNOOC Petrochemical Engineering Co.,Ltd.，Qingdao 266061，China)

Introduced double column pressurized stripping process and operating conditions of sour water stripper unit in a refinery, according to the existing problems of the unit, Simulated calculation and hydraulic performance for two stripping column by using the Aspen Plus process simulation system, proposed the recommended operating parameters and changed some equipment、pump、valve spool material.

sour water stripper; stripping column；simulation

2017-09-27

李義一，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事煉油工程設(shè)計(jì)工作，已發(fā)表論文4篇。

TE96

A

1008-021X(2017)22-0077-03

(本文文獻(xiàn)格式：李義一,鄧偉強(qiáng).酸性水汽提裝置汽提塔工藝模擬及應(yīng)用[J].山東化工，2017，46(22)：77-79.)