优化酸性水汽提工艺降低装置加工损失

　2009年6月　　　　　　　　　　PETROLEUMREFINERYENGINEERING　　　　　　　　第39卷第6期　

优化酸性水汽提工艺降低装置加工损失

雷晓虹

中国石化集团洛阳石油化工工程公司(河南省洛阳市471003)

摘要:对中国石化所属11家企业酸性水汽提装置的现状、工艺方案及特点进行了分析;对酸性水汽提装置加工损失进行了探讨;计算了酸性水汽提装置在运行过程中硫、氮的损失量;提出了加强酸性水脱气除油,改善汽提塔的操作,选择可回收氨的汽提工艺流程,提高装置的操作管理水平等项措施,降低装置加工损失。关键词:酸性水　汽提工艺　加工损失　优化设计　　在原油加工过程中,原油中的部分硫、氮以硫化氢、氨的形式进入到原油加工装置排出的酸性水中,酸性水汽提装置将来自常减压蒸馏、催化裂化、延迟焦化、加氢裂化、加氢精制以及硫回收等装置的酸性水进行预处理,使处理后的净化水可以回用于上游工艺装置,或满足进污水处理场的进水水质要求。酸性水中的硫化氢、氨通过汽提的方式脱除并加以回收,回收的硫化氢通过硫回收装置回收硫,回收的氨通过进一步的精制得到液氨作为化工原料,这样不但净化了酸性水,变废为宝,化害为利,也降低了企业的加工损失。因此,酸性水汽提是炼油厂不可缺少的环保装置。1　工艺技术现状

中国石化酸性水汽提所采用的工艺流程分为单塔加压侧线抽出汽提、双塔加压汽提和单塔低压全吹出汽提三类工艺,11家企业23套酸性水汽提装置(不包括2007年未投入运行的装置)中,采用单塔加压侧线抽出汽提工艺的有14套,采用双塔加压汽提工艺的有5套;具有氨精制设施生产液氨的有13套(部分汽提装置为共用一套氨精制);采用单塔低压全吹出汽提工艺的有4套。

1.1　单塔加压侧线抽出汽提工艺

理;塔底得到净化水回用于上游装置或排入污水

处理场。1.2　双塔加压汽提工艺

待处理的酸性水首先进入硫化氢汽提塔,塔顶酸性气中氨质量分数小于1%,经分液后送至硫回收装置;塔底污水换热后再进入氨汽提塔,塔顶气经两级冷凝冷却和两级分凝后,得到高浓度的粗氨气,送至氨精制部分进一步处理;塔底得到净化水回用于上游装置或排入污水处理场。1.3　单塔低压全吹出汽提工艺

待处理的酸性水经换热后进入汽提塔,塔顶含氨酸性气送至硫回收装置;塔底得到净化水回用于上游装置或排入污水处理场。1.4　氨精制工艺

经酸性水汽提得到的粗氨气进入氨精制塔,塔内温度通过液氨储罐来的液氨进行蒸发降温维持-10～0℃的操作温度,在低温工况下通过低温洗涤(或结晶),氨气中的硫化氢由气相转入液相得以脱除,塔顶氨气中硫化氢浓度一般为

3

100～200mg/m,脱除率达99%以上,再经过脱硫吸附器以脱除氨气中的少量硫化氢,出口氨气中硫化氢质量分数一般不大于3μg/g,经过氨精制后的氨气,大部分装置采用压缩机压缩并冷凝冷却得到液氨产品,个别装置(如齐鲁石化)通过

收稿日期:2008-11-08。

作者简介:雷晓虹,高级工程师,1982年毕业于西南石油大学,长期从事石油产品精制、脱硫、酸性水汽提、硫回收、碱渣处理等工艺环保装置工程设计工作。电话:0379-64885683,E2mail:leixh@lpec.com.cn

待处理的酸性水分为冷、热进料分别进入汽提塔顶部填料段和塔上部,塔顶酸性气中氨质量分数小于1%,经分液后送至硫回收装置;塔中部抽出的侧线气经过三级冷凝冷却和三级分凝后,得到高浓度的粗氨气,送至氨精制部分进一步处

—12—炼　油　技　术　与　工　程　　　　　　　　　　　　　2009年第39卷

氨蒸馏塔替代压缩机,塔顶得到氨气,再进入氨冷凝器,冷凝冷却后得到液氨产品。

1.5　产品质量

经酸性水汽提后的净化水中氨氮浓度小于100mg/L,部分装置通过注碱、提高汽提蒸汽量等措施,氨氮浓度小于50mg/L或更低,净化水中硫化氢浓度为1～20mg/L。

采用单塔或双塔加压汽提工艺后,酸性气的氨质量分数小于1%。采用单塔低压全吹出汽提工艺后,酸性气为硫化氢和氨的混合物,水质量分数一般为30%左右。

液氨产品中硫化氢质量分数小于3μg/g,液氨纯度大于99%。

2　酸性水汽提装置加工损失2.1　酸性水汽提加工损失点

酸性水中携带的氨及硫化氢,当采用单塔或双塔加压汽提工艺时,大部分氨通过氨精制工艺回收得到液氨产品,硫化氢则通过硫回收装置得到硫,少量氨及硫化氢随净化水排出装置;当采用单塔低压全吹出工艺时大部分氨随酸性气至硫回收装置,在酸性气燃烧炉中分解为氮气后随尾气排入大气中。酸性水汽提装置的损失点分析见表1。

表1　酸性水汽提装置的损失点分析Table1　Losspointsanalysisofsourwaterstrippingunit

单　元

损失描述

酸性水携带轻烃

酸性水携带轻污油

原料水罐呼出气(含有微量的硫化氢、氨氮、烃等)管线管件泄漏、放空阀漏采样

与酸性气火炬连安全阀采样

正常运行中设备检修酸性气中带氨

净化水中含硫化氢、氨

管线管件泄漏、放空阀漏采样

正常运行中设备检修液氨中含硫化氢

常压蒸馏和催化裂化装置注氨水中含硫化氢管线管件泄漏、放空阀漏采样

正常运行中设备检修氨水中含硫化氢

损失去向

低压燃料气管网回收大气、经除臭后排大气、除臭剂吸收大气、含油污水大气、化验、地面、回收、含油污水酸性气放火炬线大气、化验、含油污水、地面、回收大气、含油污水、地面、回收硫回收

上游装置(回用)、污水处理场大气大气大气

随产品出厂

常压蒸馏和催化裂化装置大气大气大气

随产品出厂

酸性水预处理

酸性水汽提系统

氨精制系统

氨水配制系统

2.2　酸性水汽提加工损失计算

根据实际操作统计数据,2007年11家企业酸性水汽提装置损失计算结果汇总见表2。2.3　酸性水汽提加工损失点分析

响,而且在原料水罐中由于油气蒸发而无法回收

而造成损失。例如某沿海炼油厂酸性水汽提装置全年统计回收轻污油约4912t,折合计算酸性水中油质量分数约0.29%;某沿江炼油厂两套酸性水汽提装置全年回收轻污油4075t,折合计算酸性水中油质量分数约0.67%,可见酸性水带油问题是十分严重的。

(2)部分装置氨精制设施不尽完善

部分酸性水汽提装置因当时建设投资等因素,没有氨精制设施,粗氨气配制成氨水回用上游装置注氨和出厂,由于氨气中仍含有约1%的硫

造成酸性水汽提装置加工损失的主要因素有:

(1)酸性水进装置带油量大

目前酸性水汽提装置比较普遍的情况是进料酸性水中携带的轻污油量比较大,造成汽提装置在酸性水预处理部分的除油压力大,这些轻污油不但对酸性水汽提塔的长周期操作带来一定的影

第6期　　　　　　　　　　　　雷晓虹.优化酸性水汽提工艺降低装置加工损失—13—

化氢,对产品的销路有一定的影响。

例如H炼油厂Ⅰ套酸性水汽提装置虽然处理量较小,只有15.6t/h,没有氨回收设施,由于是处理来自加氢裂化装置的酸性水,其氨氮质量分数达14552μg/g,产生的氨气量约220kg/h,造成氨的损失很大,且汽提出的氨送至酸性气火炬焚烧难以分解完全,造成排放NOx,对环境也产

生了污染。I炼油厂酸性水汽提装置的氨精制系统共有三台压缩机,其中两台容积式压缩机因流量小并联使用,另一台为螺杆压缩机,2007年因故障率高一直没有投用,造成正常操作时没有备机,一旦出现压缩机检修,部分氨气排至CO锅炉焚烧,造成损失,同时氨气在CO锅炉焚烧难以分解完全,造成排放NOx,对环境产生污染。

表2　2007年11家企业酸性水汽提装置损失计算结果

Table2　Losscalculationresultofsourwaterstrippingunits

装置名称

A厂

t

全年硫损失13.612.817.85.32.222.5

工艺流程

装置规模/全年处理酸

性水总量t・h-1

120+801201708560554590505065688012016015.6406013060403290100

(进塔

7100009764968368981323401714686618721838661148410934928285341391703697245447984476132283726622953.8312942361298548492511153

全年生产液氨4496全年氨氮损失41.24538.7

备　注

　Ⅰ套汽提

　Ⅱ套汽提B厂　西汽提　北汽提C厂　酸性水汽提D厂　Ⅰ套汽提　Ⅱ套汽提　Ⅲ套汽提　Ⅳ套汽提E厂　酸性水汽提F厂　一双塔　二双塔　三双塔　四单塔　五单塔G厂　酸性水汽提H厂　Ⅰ套汽提　Ⅱ套汽提　Ⅲ套汽提　Ⅳ套汽提I厂　Ⅰ套汽提　Ⅱ套汽提J厂Ⅰ套汽提Ⅱ套汽提K厂

单塔加压侧线抽出(生产液氨)

单塔低压全吹出双塔加压汽提(生产液氨)双塔加压汽提(生产液氨)单塔加压侧线抽出(生产液氨)单塔加压侧线抽出(生产液氨)

单塔低压全吹出

单塔加压侧线抽出(生产液氨)

单塔加压侧线抽出

单塔加压侧线抽出双塔加压汽提双塔加压汽提

双塔加压汽提(生产液氨)

单塔低压全吹出

单塔加压侧线抽出(生产液氨)

单塔低压全吹出

双塔加压汽提

单塔加压侧线抽出(生产液氨)

单塔低压全吹出

单塔加压侧线抽出(生产液氨)单塔加压侧线抽出(生产液氨)单塔加压侧线抽出(生产液氨)单塔加压侧线抽出(生产液氨)单塔加压侧线抽出(生产液氨)

两套汽提共用一套氨精制系统

734585311164683

67.37.810.230.3

按4套装置合计数据计算

559.53240331643183

5.12.22929.2866.21921.6

6.22.633.2

无氨精制,生产氨水无氨精制,生产氨水

停运多年

2007年处于停运状态

26.52.65.41.530.065.6

2007年12月开工

氨气至酸性气火炬焚烧

3606.36541

3.3402.10.061219.8

两套汽提共用一套氨精制系统

2007年处于停运状态

291526.75.4

　酸性水汽提单塔加压侧线抽出(生产液氨)

23套总计

71502812409627

507233734

46.49247

10.6177

处理量)

1886

　3氨水折算。

—14—炼　油　技　术　与　工　程　　　　　　　　　　　　　2009年第39卷

3　降低酸性水汽提装置加工损失的措施3.1　酸性水脱气除油

应同时考虑硫回收装置的工艺路线及工程投资,当采用单塔低压全吹出工艺处理酸性水时,必须考虑硫回收装置对这种含氨酸性气的处理,特别

是一些加工低硫原油及以催化裂化装置为主要加工装置的炼油厂,酸性气中含有一定量的二氧化碳,当混入酸性水汽提装置的含氨酸性气后,使得硫化氢的浓度大幅度降低,即使采用烧氨燃烧器,仍将影响到硫回收装置的回收率和氨的分解率以及装置的长周期稳定运行。

(4)当选择可回收氨的酸性水汽提工艺流程时,应优先选择工艺流程较简单、装置投资和能耗较低的单塔加压侧线抽出工艺;当酸性水中硫化氢和氨氮含量都很高时,可考虑采用双塔加压汽提工艺。

3.3　提高装置的操作管理水平

为使酸性水汽提装置稳定操作,实现长周期

运转,对酸性水进行脱气除油预处理是十分必要的,为提高酸性水脱气除油效果,从设计上可考虑以下措施:

(1)原料水脱气罐的设计:增加酸性水在脱气罐中的停留时间,在脱气罐中设置隔板内构件便于排油,尽量降低原料水脱气罐的压力,通过这些措施,将较轻的油气通过闪蒸排入到工厂低压燃料气管网得以回收利用。

(2)采用高效除油设备:近年来国内环保设备厂开发了一些高效除油设备,如目前较多采用的利用旋流技术和粗粒化元件组合开发的高效除油器,利用油与水的密度差进行油水分离,再通过粗粒化元件可以捕捉小的油珠使其聚集,通过自动控制阀而实现自动排油。

(3)采用“罐中罐”技术,通过罐中水力旋液分离器、自动撇油器和沉淀锥斗连成一个完整的系统,使酸性水中的轻污油实现除油。

(4)将轻污油罐设计为密闭容器,目前国内轻污油罐多设计为常压容器,放空口直接排入大气,使得装置排出的轻污油在罐内储存期间,由于轻污油蒸气压高,随着环境温差变化造成油气挥发损失,可考虑将轻污油罐设计为压力容器,将罐顶气密闭排入工厂低压燃料气管网,该容器设计压力0.35MPa即可满足要求。

3.2　选择可回收氨的酸性水汽提工艺流程

除了开好酸性水汽提装置的预处理部分,提高酸性水的脱气除油效果外,降低酸性水带油应

从源头抓起。例如中国石化镇海分公司从生产管理上抓起,首先对上游各装置排出的污水进行分级控制,控制水中的油含量,如对加氢精制装置排出的酸性水控制油浓度不大于250mg/L,对催化裂化装置排出的酸性水控制油浓度不大于200mg/L。有效地减轻了酸性水汽提装置除油的压力,保证了酸性水汽提装置的汽提塔、氨精制系统的平稳操作,减少了非计划停工,降低了装置损失。针对有焦化装置的企业酸性水中携带焦粉的情况,中国石化广州分公司的经验是加强焦化装置平稳操作,减少酸性水焦粉携带量,通过增加酸性水汽提装置酸性水罐的容量,延长沉降时间,尽量避免焦粉带入汽提塔而造成塔盘、冷换设备的堵塞,减少非计划停工。4　结　论

从上述11家企业加工损失计算结果可以看

出,采用单塔或双塔加压汽提生产液氨的工艺对降低企业加工损失是有利的,在选择工艺方案时应从以下几个方面进行综合考虑,以确定最佳的工艺路线。

(1)随着炼油厂加工装置数量和规模的增加,一个炼油厂有多套酸性水汽提装置对来自不同类型装置的酸性水进行分类处理,为降低工程投资,可考虑对粗氨气进行适当集中后进行氨精制处理。

(2)液氨的销路:目前液氨产品纯度可以达到99%以上,液氨中硫质量分数小于3μg/g,主要作为化工原料,如作为生产硝酸铵、尿素等化工产品的原料,取得了一定的经济效益。

(3)在对酸性水汽提工艺方案进行比较时,

采用单塔或双塔加压汽提生产液氨的工艺对降低企业加工损失是有利的,通过回收酸性水中的氨得到的副产品液氨可以作为化工原料,具有一定的经济效益,同时也降低了酸性气中的氨含量,有利于提高硫回收装置的处理能力,避免酸性气中的氨在硫回收酸性气燃烧炉中因没有完全分解为氮气而造成设备堵塞,影响硫回收装置长周期运行;此外也减少了排放尾气中NOx对环境的污染,这对于硫回收装置的操作都是十分有利的。

(编辑　苏德中)

第6期　　　　　　　　　　　　雷晓虹.优化酸性水汽提工艺降低装置加工损失—15—

Optimizesourwaterstrippingprocesstoreduceprocessinglosses

LeiXiaohong

SINOPECLuoyangPetrochemicalEngineeringCorporation(Luoyang471003,Henan,China)

Abstract:Thestatus2quo,processesandcharacteristicsofsourwaterstrippersin11petroleumrefinersandpetrochemicalproducersunderSINOPECareanalyzed.Theprocessinglossesofthestrippersarestudied.Thelossesofsulfurandnitrogeninsourwaterstripperoperationarecalculated.Itisproposedtoreducepro2cessinglossesbyenhancingdegassingandoilremoval,improvingstripperoperation,applyingstrippingprocesseswhichcanrecoverammonia,strengtheningmanagementofunitoperation,etc.

KeyWords:sourwater,strippingprocess,processlosses,designoptimization

国内外动态

OriginOil和Sapphire公司

以减排CO2约9kt。

两家公司联合发布的报告显示,在运输行业使用纤维素乙醇,与其他CO2减排技术相比,具有经济上的优势。报告认为,在短期内,中国建立纤维素乙醇工业则相

8

当于900×10US＄的业务发展机遇,其中,中国一些公司

将海藻燃料推向商业化

美国加利福尼亚州从事海藻燃料业务的OriginOil和

Sapphire公司于2009年4月21日宣布,采用各自的技术,

使海藻燃料实现了商业化生产。

4

到2011年,Sapphire公司将生产100×10Gal/a海藻8

基柴油和喷气燃料,到2018年将增加到超过1×10Gal/a,8而到2025年,将生产10×10Gal/a。OriginOil公司采用

将可捕捉超过75%的发展机会。该报告估算,中国到

2010年生产纤维素乙醇的成本可望为2.5US＄/Gal,并

将在2015年下降至1.5US＄/Gal。

(钱伯章摘译自CW,2009-04-21)

一步法工艺从海藻中抽出油,该工艺组合采用了电磁法和pH值调节来破解细菌壁,使这些细胞中释放出油。海藻油在上部撇出并精制,而底部剩余生物质作进一步加工成燃料和其他有用的产品。该工艺已申请了专利。

(钱伯章摘译自RenewableEnergyWorld,2009-04-21)

美国Qteros公司使纤维素乙醇推向商业化

美国马萨诸塞州Qteros公司(前SunEthanol公司)于

2009年5月20日宣布采用其“QMicrobe”(Clostridiumphytofermentans)菌种的生物加工(CBP)技术将使纤维素

农业废弃物制燃料工业

将为中国创造600万人就业机会

诺维信公司和McKinsey&Co公司于2009年4月21日联合发布评测报告认为,发展从农业废弃物制燃料技术和工业,到2020年将为中国创造600万人的就业机会,

8

并创造收入320×10RMB/a。

乙醇推向商业化,这使瓦莱罗(Valero)能源公司也成为重要的投资者。

Qteros公司首次发现QMicrobe菌种可直接通过一步

法将任何纤维素材料转化为乙醇,避开了使用二步法工艺,二步法工艺要使用昂贵的酶先破解生物质,然后再去发酵。

Qteros公司取得美国能源部的资助,经过一年半的努

两家公司在于中国召开的亚洲经济论坛会议上指出了中国开发纤维素乙醇市场的路线图。

从农业废弃物制取纤维素乙醇将给中国带来巨大的社会、环境和经济效益。诺维信公司CEOSteenRiisgaard指出:“通过将农业废弃物制取燃料乙醇,中国到2020年可减少汽油消费31Mt,从而可使中国对进口石油的依赖度下降10%。”

SteenRiisgaard表示,通过实施这一举措,中国还将可

力开发成功该工艺,采用其纤维素乙醇技术可使生产效率提高15倍。

Qteros公司接受美国政府200×10US＄资助采用其

4

完全纤维素转化技术建设的中型装置于2009年7月投运,该公司也接受了来自Venrock,BatteryVentures,BP和

Soros基金管理局的资助。

(钱伯章摘译自GreenCarCongress,2009-05-20)