酸性水汽提装置酸性气管线结晶问题的分析

酸性水汽提装置酸性气管线结晶问题的分析【摘要】分析了酸气管线堵塞原因,提出了改进方案,解决了因酸气管线堵塞影响装置长周期生产的难题。【关键词】硫氢化氨;酸性气;长周期1.装置概况酸性水汽提装置隶属原催化裂解联合装置，针对大庆油田化工总厂二次改造工程的需要，于1999年进行改造，由洛阳设计院负责改造设计，十一化建承建，装置于2000年6月份竣工。酸性水汽提装置处理公司100万吨/年ARGG装置、180万吨/年ARGG装置、加氢改质装置、异构脱蜡装置、TMP装置及硫磺回收装置产生的酸性水。酸性水汽提装置是在原“催化裂解联合装置”的“液化石油气脱硫及酸性水汽提装置”界区内进行扩建改造，建成后的处理酸性水量为88万吨/年，占地面积为7380m2。本装置共有设备91台，其中静设备68台、机泵类23台。装置设汽提岗、氨精制岗、氨压机岗、司泵岗四个操作岗位。设计处理量：酸性水110t/h。设计年开工时数：8000小时。生产班数：五班。2.装置工艺特点采用单塔加压侧线抽出汽提工艺，侧线抽出的富氨气经过分凝、精制、压缩得到副产品液氨，此液氨大部分作为化工原料；另有一部分配置成氨水，供公司一套常减压装置、二套常减压装置、100万吨/年ARGG装置、180万吨/年ARGG装置、TMP装置和硫磺回收装置注使用。塔顶酸性气作为硫磺回收装置的原料，回收硫磺；汽提后的净化水大部分回用常减压装置电脱盐注水、加氢改质装置机泵冷却水、1ARGG装置锅炉水封水、酸性水汽提装置水封水等，其余部分排入含油污水管网。可根据原料水量的变化进行灵活操作，保持长周期运转，得到高质量的产品。2.1汽提部分工艺特点本装置是采用塔底热源加热汽提的方法处理石油加工过程中生成的含硫含氨污水，把污水中的硫化氢和氨汽提出来，从而使污水得以净化，同时回收氨，达到消除污染，化害为利，综合利用的目的。污水中主要有H2S、NH3、CO2，另外NH4HS、NH4HCO3、（NH4）2CO3在污水中以电离状态存在，成为一种弱酸和弱碱的盐，这些盐在进行水解反应时，形成了游离的H2S、NH3和CO2，而这些游离的H2S、NH3、CO2又根据不同的溶解度，从液相挥发到气相，形成一个化学电离和相平衡共存的体系，用在综合反应方程式表示：NH4++HS-→←（NH3+H2S）液→←（NH3+H2S）气NH4++HCO3-→←（NH3+CO2）液→←（NH3+CO2）气当温度升高时，上述水解反应的化学平衡常数KH值增大，使化学平衡向生成游离的氨和硫化氢方向移动，氨和硫化氢的游离的分子增多，同时由于温度升高，氨和硫化氢在水中的溶解度降低，相平衡分压增大，促使从液相转入气相，为此在污水处理过程中采用蒸汽加热提高温度，把硫化氢和氨汽提出来，又根据氨和硫化氢在低温状态下溶解度不同，氨的溶解度远远大于硫化氢的溶解度，为此在汽提塔的顶部加入温度较低的吸收水，就可以把NH3吸收下来，使它溶解于液相中，顶部得到含氨很小的酸性气体，由于上述汽提过程中，在塔的中部形成了一个氨高浓度区，这样从塔的侧线17或21层引出气相，经三级冷凝得到了较高浓度的气氨。2.2氨精制系统工艺特点气氨中含有少量的硫化氢以及酚等其它杂质，在气相中硫化氢浓度很低的情况下，控制液相中有较高的氨与硫化氢分子比，促使：NH3+H2S→←NH4HS的反应向右进行，不断提高氨的浓度，同时降低温度，增大反应的平衡常数KH值，促使硫化氢和氨充分结合生成硫化氢氨，为此控制塔内的温度和保持液相中氨与硫化氢高分子比的条件下，通过循环洗涤，则硫化氢吸收“固定”在循环液中，使气相中的硫化氢和水不断地除去，从而得到高浓度的气氨，气氨经压缩冷却成为液氨产品。3.汽提塔酸性气线结晶的问题3.1酸性气系统流程简介酸性气自汽提塔顶（T3401）至酸性气冷却器（E3401）进酸性气分凝罐（V3405），分凝后的酸性气出装置，V3405罐底酸性液密闭返回原料水罐。流程见下图。3.2酸性气线结晶原因分析3.2.1酸性水汽提装置工艺操作对酸性气结晶的影响（1）酸性气排放率的影响。酸性水汽提操作平衡建立后，要及时按原料中的H2S的量将H2S从塔顶排出，其排放率最好为1（H2S排放率=H2S排放量/原料水中H2S量）。如果排放率大于1，则塔上部温度要升高，酸性气质量变差，携带部分氨气，严重时造成H2S、CO2/NH3/H2O等生成硫氢化氨、碳酸氢氨并结晶造成酸性气系统堵塞。如其排放率小于1，则塔的中部温度要下降，侧线气携带硫化氢生成硫氢化氨，严重时造成侧线气系统管线结晶和净化水质量下降。（2）热冷进料配比的影响。在总进料不变的情况下，热冷比例对塔顶酸性气的质量影响也比较明显，汽提塔顶根据氨和硫化氢在低温状态下溶解度不同，氨的溶解度远远大于硫化氢的溶解度，为此在汽提塔的顶部加入温度较低的吸收水，就可以把NH3吸收下来，使它溶解于液相中，顶部得到含氨很小的酸性气体，如果进料比较小，塔顶氨就不能被充分吸收下来，导致酸性气携带部分氨气组分造成结晶。（3）原料水浓度的影响。汽提塔内温度分布为进料段和汽提段，进料段温度自塔顶向下温差较大，有利于氨的吸收而在塔顶得到净化的酸性气，汽提段温差较小，有利于游离的硫化氢和氨的分离。当总进料量不变的情况下，原料水浓度突然增高，汽提塔内的温度梯度就会被破坏，汽液相在塔内不能得到充分分离，造成塔顶酸性气携带氨气，酸性气线结晶堵塞。3.2.2酸性水汽提装置设备工况对酸性气结晶的影响当装置负荷下降，酸性气排放量减少或者酸性气带水时，造成气体流速慢，当环境温度较低的情况下，H2S、CO2/NH3/H2O等非常容易生成硫氢化氨、碳酸氢氨并结晶造成堵塞。可以看出环境温度较低伴热不到位、保温不合格也是造成酸性气系统管线结晶的重要因素。3.3解决酸性气线结晶的应对措施3.3.1保证酸性气排放率酸性气排放率的大小是酸性气系统结晶与否的重要依据，而通过汽提塔填料段中部温度TI3467可以直接反映出酸性气排放率，因此填料段中部温度TI3467这一参数显得尤为重要，通过摸索此温度控制在70±2℃时，酸性气排放率最接近1，达到最佳操作状态。3.3.2保证冷热进料比控制冷热进料比例为1：7.3，使汽提塔顶部的氨气被充分吸收下来，提高酸性气质量，杜绝结晶现象的发生。3.3.3保持热平衡原料水浓度升高时，及时提高塔底温度，降低进料量，保证氨和硫化氢完全分离。保证酸性水汽提塔的操作平稳，防止结晶现象出现。3.3.4保证酸性气的温度酸性气冷却器E3402/AB出口温度提高5℃，能够保证酸性气的温度保持在较高的状态，消除结晶现象产生的条件。3.3.5加强设备保温提高装置内设备保温质量，特别在酸性气系统的孔板、调节阀等缩颈处加强保温，防止温度低产生结晶现象。4.结论2011年1月10日调整操作以来，汽提塔填料段中部温度一直控制在70±2℃，酸性气排放率保持在1，酸性气系统管线结晶现象消失，为装置长周期平稳、安全、环保运行打下了坚实的基础。[科]