解政鼎 馬連強(qiáng) 李新浪

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某煤化工項目的凝液汽提裝置接收來自上游變換裝置的低溫凝液和低溫甲醇洗裝置的低溫凝液，采用低低壓蒸汽直接汽提，塔頂氣相冷凝分離后送入硫回收裝置，塔底汽提凝液升壓送至氣化裝置循環(huán)利用，年操作時間為8000小時。

由于上游工段輸入的變換凝液、低洗凝液氨氮含量遠(yuǎn)超設(shè)計值，導(dǎo)致汽提后凝液氨氮超標(biāo)，超標(biāo)汽提凝液返回氣化裝置循環(huán)利用，造成氨氮在系統(tǒng)內(nèi)部不斷累積，使得系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境持續(xù)惡化。為維護(hù)凝液汽提裝置正常運(yùn)行，確保汽提后凝液達(dá)標(biāo)，對凝液汽提裝置實(shí)施了技術(shù)改造。

1 凝液汽提裝置原流程

原料經(jīng)凝液預(yù)熱器(E01)和凝液加熱器(E03)加熱后，送入凝液汽提塔(T01)，用低低壓蒸汽進(jìn)行直接汽提。塔頂氣相進(jìn)入凝液預(yù)熱器(E01)，預(yù)熱汽提塔進(jìn)料凝液，酸氣冷卻后在汽提回流罐(D01)中進(jìn)行兩相分離，氣相經(jīng)壓力控制，出界區(qū)進(jìn)入硫回收裝置；液相用泵(P02)送回汽提塔。塔底的汽提凝液用泵(P01)送至氣化裝置循環(huán)利用。在凝液汽提裝置故障時，凝液自凝液緩沖罐(D02)進(jìn)入凝液冷卻器(E02)，用循環(huán)水冷卻至40℃，然后送至污水事故水池。工藝流程示意見圖1。

2 現(xiàn)有裝置存在的問題分析

2.1 存在問題

凝液汽提裝置運(yùn)行伊始就出現(xiàn)了原料和汽提凝液氨氮含量超標(biāo)的情況，變換凝液中氨氮含量平均值達(dá)到了1945mg/L，最高達(dá)到了5000mg/L；低洗凝液中的氨氮含量平均值也達(dá)到了131mg/L，與最初的設(shè)計值上游原料中氨氮總量80mg/L發(fā)生了嚴(yán)重偏差，這是導(dǎo)致凝液汽提裝置無法達(dá)到設(shè)計指標(biāo)50mg/L的重要原因。汽提凝液送往氣化裝置洗滌粗合成氣后，凝液中的氨氮又伴隨著粗合成氣進(jìn)入下游裝置，最終氨氮又從變換裝置和低溫甲醇洗裝置的低溫凝液中回到凝液汽提裝置，造成氨氮在整個系統(tǒng)中不斷累積，汽提凝液的氨氮指標(biāo)不斷惡化。

圖1 凝液汽提裝置原工藝流程示意圖

2.2 原因分析

凝液汽提裝置無法實(shí)現(xiàn)原設(shè)計指標(biāo)的原因如下：

(1)由于原料中氨氮顯著增加，導(dǎo)致需要的汽提蒸汽也增加，而汽提塔上段直徑不夠，無法通入更多蒸汽。

(2)由于凝液中氨氮增加，汽提出的氣相流量增加，塔頂壓力調(diào)節(jié)閥能力不夠，導(dǎo)致汽提系統(tǒng)超壓；同時，由于凝液中氨氮增加，緩沖罐內(nèi)閃蒸的氣相增加，凝液緩沖罐經(jīng)常處于超壓狀態(tài)，對緩沖罐出口凝液流量的穩(wěn)定造成影響。

(3)由于塔頂氣相增加，意味需要更多冷負(fù)荷來冷卻塔頂酸氣，現(xiàn)有換熱器面積不夠，換熱能力不足，造成酸氣溫度超出設(shè)計指標(biāo)，酸氣無法進(jìn)一步冷卻；同時，用進(jìn)料冷凝，冷量也不夠，需要額外補(bǔ)充冷量。

因此，本次改造需要解決汽提塔的能力瓶頸、系統(tǒng)超壓和塔頂換熱面積、冷量不足的問題。

3 改造設(shè)計

3.1 改造依據(jù)

基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計，變換凝液氨氮以2000mg/L(全部以游離氨計)作為設(shè)計基礎(chǔ)，其他數(shù)據(jù)按原設(shè)計，凝液汽提原料總量為總量850t/h(100%負(fù)荷)，最大負(fù)荷120%。

表1 凝液汽提裝置技改進(jìn)料條件與原設(shè)計條件對比

3.2 改造方案

改造提出雙塔并聯(lián)和雙塔串聯(lián)兩種方案。

(1)并聯(lián)方案對原流程改動較少，通過增加回流系統(tǒng)進(jìn)一步提高現(xiàn)有汽提塔的處理能力，同時新建一套汽提裝置，彌補(bǔ)現(xiàn)有汽提裝置處理能力的不足。其優(yōu)點(diǎn)是操作較為簡單，但新增投資較多。

(2)雙塔串聯(lián)方案是將現(xiàn)有汽提塔塔頂?shù)幕亓魉崴腿胄陆ǖ钠崴M(jìn)行再次汽提，由于氨氮得到了再次分離，返回汽提主塔內(nèi)的氨氮濃度降低，主塔底外送的汽提凝液得以達(dá)標(biāo)。其優(yōu)點(diǎn)是改造投資少，但操作較為復(fù)雜，對現(xiàn)有裝置的運(yùn)行有一定的影響。

雖然雙塔串聯(lián)的操作較為復(fù)雜，但該方案改造投資少，利用檢修的機(jī)會在現(xiàn)有汽提裝置預(yù)留接口，改造施工時原有裝置可以正常運(yùn)行。最終業(yè)主采用了雙塔串聯(lián)方案。

3.3 改造內(nèi)容

(1)降低(或取消)現(xiàn)有汽提塔的回流流量，將回流凝液部分(或全部)送入新建的較小的汽提塔進(jìn)行再次汽提，塔頂不凝氣送往硫回收裝置。調(diào)高回流溫度至95℃，全系統(tǒng)采用低低壓蒸汽伴熱，防止出現(xiàn)碳銨結(jié)晶。原汽提塔下部塔板更換為四溢流塔板，進(jìn)一步提高汽提能力。

(2)新增酸氣冷凝器，與原冷凝器并聯(lián)，采用循環(huán)水冷卻，滿足現(xiàn)有汽提塔塔頂?shù)睦淠?fù)荷的工藝要求。

(3)針對氮增加導(dǎo)致汽提氣量大幅增加的問題，對原緩沖罐的放空管線和放空壓力控制閥進(jìn)行改造，避免凝液緩沖罐超壓；對原汽提塔塔頂氣相管線和壓力控制閥進(jìn)行改造，以便蒸汽流量調(diào)節(jié)。

(4)汽提凝液增設(shè)去污水處理的副線，在氨氮超標(biāo)時，可將部分凝液排出循環(huán)系統(tǒng)，最大排出量為150t/h，為整個系統(tǒng)提供給一個額外的氨氮出口，以免造成氨氮累計過多。

3.4 技改后工藝流程

改造后的工藝流程圖如圖2所示。

上游凝液經(jīng)凝液預(yù)熱器(E01)和(E04)預(yù)熱后，進(jìn)入凝液汽提塔(T01)中部，用低低壓蒸汽直接汽提，汽提塔塔頂氣相分兩股，一股酸氣進(jìn)入凝液預(yù)熱器(E01)，預(yù)熱汽提塔進(jìn)料凝液后，氣相自凝液汽提回流罐(D01)、凝液汽提回流罐Ⅳ(D06)出來，經(jīng)壓力控制，出界區(qū)進(jìn)入硫回收裝置；另一路酸氣進(jìn)入新增酸氣冷凝器(E04)，在新增凝液回流罐Ⅱ (D04)內(nèi)氣液分離，氣相與凝液預(yù)熱器分離的酸氣匯合去硫回收裝置，液相與凝液汽提回流罐分離的液相匯合，通過凝液回流泵送至新增汽提塔Ⅱ (T02)。

回流凝液送到汽提塔Ⅱ(T02)后，通過低低壓蒸汽再次汽提。塔頂?shù)臍庀嘁来芜M(jìn)入新增酸氣冷凝器Ⅱ(E06)和新增凝液回流罐Ⅲ (D05)，分離的氣相由于氨氮含量較高，需單獨(dú)送往硫回收裝置，以免同汽提塔I塔頂酸氣混合后生成碳銨結(jié)晶。液相通過新增凝液汽提回流泵Ⅱ (P06)送回汽提塔Ⅱ回流。汽提塔Ⅱ的塔底凝液通過新增汽提凝液輸送泵Ⅱ(P05)送出。這股凝液可以與原汽提塔的汽提凝液匯合送往煤氣化裝置循環(huán)利用，也可以根據(jù)需要，利用外送凝液冷卻器(E05)冷卻到40℃后，送往廢水處理裝置。

圖2 凝液汽提改造工藝流程示意圖

4 改造后運(yùn)行情況

對2019年1月1日至7月11共285次汽提凝液分析化驗結(jié)果進(jìn)行分析， 詳見圖3。

圖3 技改后汽提凝液氨氮含量

分析結(jié)果顯示其氨氮含量平均值為92mg/L，最高值為560mg/L，超過100mg/L有50次：其中涉及工況調(diào)整24次，工藝波動6次，另有低低壓蒸汽壓力不足等其他工況。分析化驗結(jié)果表明，正常操作條件下，汽提凝液的氨氮含量明顯降低，氨氮指標(biāo)滿足低于100mg/L的要求，保證了整個氣化洗滌用水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。與改造前相比，汽提凝液指標(biāo)具有明顯改善。

5 結(jié)語

針對現(xiàn)有凝液汽提裝置能力不足的問題，增加冷量和換熱面積，提高汽提能力，保證了汽提凝液的氨氮指標(biāo)合格，并且增加了減少氨氮在系統(tǒng)內(nèi)累積的手段，確保凝液汽提裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

隨著煤化工項目規(guī)模越來越大，凝液汽提裝置的規(guī)模也在提升。作為氣化洗滌用水的重要一環(huán)，凝液汽提裝置對于全廠節(jié)約用水起著至關(guān)重要的作用。目前凝液汽提裝置運(yùn)行普遍存在以下氨氮濃度過高的問題，需要加以重點(diǎn)關(guān)注。

(1)由于上游難以預(yù)知的原因[1]，導(dǎo)致原料氨氮濃度增加，需要設(shè)計時考慮足夠的裕量，避免出現(xiàn)裝置能力不足的情況。

(2)部分裝置設(shè)計時，塔頂回流凝液不回流至汽提塔，這樣有利于降低塔底汽提凝液氨氮濃度，但是回流凝液的氨氮濃度很高，污水處理裝置通常難以直接處理，需要尋找更好的處理辦法。例如氨氮濃度如果非常高，可以考慮采用汽提塔側(cè)線抽氨工藝，制取液氨或氨水[2,3]。