炼油厂酸性水汽提装置工艺设计研究

一、引言

炼油厂在原油加工过程中会产生大量酸性水，其成分复杂且含有多种有害物质，如硫化氢、氨等。酸性水汽提装置作为处理酸性水的关键设施，其工艺设计的优劣直接影响到酸性水的处理效果、资源回收利用以及炼油厂的整体环保与经济效益。因此，深入研究酸性水汽提装置的工艺设计具有重要的现实意义。

二、酸性水的来源及特性

（一）来源

炼油厂酸性水主要来源于原油的常减压蒸馏、催化裂化、加氢裂化等加工过程。在这些工艺环节中，原油中的含硫、含氮化合物经过化学反应生成硫化氢、氨等物质，它们溶解在水中形成酸性水。

（二）特性

酸性水通常具有较强的酸性， pH 值一般在 5 - 6 之间。其主要成分除了水之外，还包含大量的硫化氢（含量可高达数千 ppm）、氨（含量也较高）以及少量的其他有机和无机杂质。硫化氢具有剧毒、易燃、易爆的特性，氨则具有刺激性气味且易挥发，这些特性使得酸性水的处理面临诸多挑战。

三、酸性水汽提装置工艺设计的关键要素

（一）工艺流程选择

1. 单塔汽提流程

单塔汽提流程较为简单，通常采用一座汽提塔，将酸性水从塔顶进料，通过加热使其中的硫化氢和氨等挥发性组分在塔内实现汽提分离。该流程操作相对简便，但对于酸性水中硫化氢和氨含量较高且分离要求较高的情况，处理效果可能有限。

2. 双塔汽提流程

双塔汽提流程是目前应用较为广泛的一种。它由硫化氢汽提塔和氨汽提塔组成。酸性水先进入硫化氢汽提塔，在该塔中主要将硫化氢汽提出来，塔顶得到富含硫化氢的气体，塔底产物再进入氨汽提塔，进一步将氨汽提分离。双塔汽提流程能够更有效地分离硫化氢和氨，提高酸性水的处理质量，满足更严格的环保要求。

3. 选择依据

在选择工艺流程时，需要综合考虑酸性水的初始成分、处理量、产品质量要求以及投资和运营成本等因素。如果酸性水的硫化氢和氨含量相对较低且处理要求不是特别高，单塔汽提流程可能是较为经济实用的选择；而对于大型炼油厂，酸性水成分复杂且对硫化氢和氨的分离要求严格时，双塔汽提流程则更为合适。

（二）工艺参数确定

1. 温度

汽提温度是影响汽提效果的关键因素之一。一般来说，提高温度有助于挥发性组分（如硫化氢和氨）从酸性水中分离出来。在单塔汽提流程中，塔顶温度通常控制在 100-120^∘ C 左右，塔底温度可达到 150 - 180° C。在双塔汽提流程中，硫化氢汽提塔的塔顶温度一般在 100-110^∘ ° C，塔底温度在 140-160^∘ ° C ；氨汽提塔的塔顶温度约为 100-110^∘ C，塔底温度在 130-150^∘ C。但温度过高也可能导致设备腐蚀加剧等问题，因此需要根据具体设备材质和工艺要求进行合理调整。

2. 压力

汽提过程中的压力也对分离效果有影响。通常采用常压或微正压操作。在单塔汽提流程中，塔内压力一般维持在 0.1-0.2MPa 左右；在双塔汽提流程中，硫化氢汽提塔和氨汽提塔内的压力也大致在这个范围内。合适的压力条件有助于维持汽提塔内的气液平衡，促进挥发性组分的分离。

3. 进料流量

进料流量应根据酸性水的产生量以及汽提装置的处理能力来确定。合理控制进料流量对于保证汽提效果和设备的稳定运行至关重要。如果进料流量过大，可能导致汽提不充分，产品质量下降；如果进料流量过小，则会降低装置的运行效率，增加运营成本。

（三）设备选型与设计

1. 汽提塔

汽提塔是酸性水汽提装置的核心设备。在选型时，需要考虑塔的类型（如板式塔或填料塔）、塔径、塔高、材质等因素。对于处理量较大且分离要求较高的情况，填料塔通常具有更好的传质性能，能够提供更高的分离效率。塔径和塔高则要根据处理量、气液负荷以及所需的分离效果来计算确定。材质方面，由于酸性水中的硫化氢等物质具有腐蚀性，一般选用耐蚀合金或内衬防腐材料的碳钢等材质。

2. 换热器

换热器在酸性水汽提装置中用于实现热量的交换，以提高能源利用效率。常见的换热器类型有管壳式换热器、板式换热器等。在选型时，要根据所需的换热量、温度差、流体性质等因素来确定合适的换热器类型和规格。例如，管壳式换热器适用于处理较大流量、温度差较大的流体，而板式换热器则在小流量、高传热系数要求的情况下表现更佳。

3. 再沸器

再沸器用于为汽提塔提供热量，使其底部液体沸腾产生上升蒸汽。再沸器的选型要根据汽提塔的所需热量、操作压力、加热介质等因素来确定。一般采用蒸汽作为加热介质，再沸器的类型有釜式再沸器、热虹吸式再沸器等。釜式再沸器适用于处理较小流量、低压力的情况，热虹吸式再沸器则在处理较大流量、高压力的情况下更为合适。

4. 冷凝器

冷凝器用于将汽提塔顶出来的蒸汽进行冷凝，以便于后续的分离和处理。冷凝器的选型要根据蒸汽的流量、温度、压力以及所需的冷凝温度等因素来确定。常见的冷凝器类型有列管式冷凝器、板式冷凝器等。

四、环保与安全问题考虑

（一）环保问题

1. 废气处理

酸性水汽提装置在运行过程中会产生富含硫化氢和氨的废气。这些废气必须经过有效的处理，以满足环保排放标准。常见的废气处理方法有克劳斯法、吸收法等。克劳斯法主要用于处理硫化氢含量较高的废气，通过化学反应将硫化氢转化为单质硫，实现硫的回收利用；吸收法可用于处理含氨废气，通过特定的吸收剂将氨吸收，达到降低废气中氨含量的目的。

2. 废水处理

虽然酸性水汽提装置的主要目的是处理酸性水，但在处理过程中仍可能产生少量的废水。这些废水可能含有残留的硫化氢、氨以及其他杂质。需要对其进行进一步的处理，如采用生物处理法、化学处理法等，以确保废水达标排放。

3. 废渣处理

在酸性水的处理过程中，可能会产生一些废渣，如硫化物沉淀等。这些废渣需要进行妥善处理，一般采用填埋、固化等方式，防止其对环境造成污染。

（二）安全问题

1. 硫化氢防护

由于酸性水中硫化氢含量较高，在装置运行过程中存在硫化氢泄漏的风险。因此，必须采取有效的硫化氢防护措施，如安装硫化氢监测仪，实时监测硫化氢浓度；设置通风系统，确保工作场所空气流通，降低硫化氢浓度；为操作人员配备防毒面具等个人防护用品。

2. 设备安全

汽提装置中的设备在高温、高压以及腐蚀性环境下运行，存在设备故障的风险。要定期对设备进行检查、维护和保养，确保设备的正常运行。同时，在设备设计时要考虑其安全系数，采用合适的材质和结构，防止设备因腐蚀、疲劳等原因发生破裂、泄漏等事故。

3. 操作规程

制定完善的操作规程对于保障装置的安全运行至关重要。操作人员必须严格按照操作规程进行操作，包括设备的启动、停止、运行参数的调节等。同时，要对操作人员进行定期的安全培训，提高其安全意识和操作技能。

五、结论

炼油厂酸性水汽提装置的工艺设计涉及工艺流程选择、工艺参数确定、设备选型与设计等多个方面，同时要充分考虑环保与安全问题。合理的工艺设计能够有效提高酸性水的处理效果，实现硫化氢和氨等有害物质的分离回收，满足环保要求，保障装置的安全运行，进而为炼油厂的可持续发展提供有力支持。在未来的发展中，随着技术的不断进步，酸性水汽提装置的工艺设计也将不断优化，以适应更加严格的环保和生产要求。