賈金鋒，隗小山，曾偉，薛金召，廖有貴

(湖南石油化工職業(yè)技術學院，湖南岳陽 414000)

石化裝置所產生的酸性水是一種含有H2S、NH3和CO2等揮發(fā)性弱電解質的水溶液，同時含有酚、氰化物和油等污染物，直接排放會對環(huán)境造成較大的危害。因此，酸性水必須經過處理后，使水中的污染物含量達到一定標準后才可以排出。國內酸性水處理大多采用蒸汽汽提法，該工藝稱為酸性水汽提。

某煉油廠酸性水汽提裝置設計公稱規(guī)模100 t/h，實際處理量為60.6 t/h，設計年開工時間為8 400 h，采用單塔加壓帶側線抽出技術，將酸性水中的硫化氫從塔頂抽出后自壓至二部硫磺回收裝置處理，富氨氣體從側線抽出，經三級分凝后得到較純凈的氣氨進入氨精制，合格的凈化水回用至上游各裝置。所加工的進料來自催化、延遲焦化、汽柴油加氫裝置和火炬的酸性水。為降低裝置能耗，筆者利用 Aspen Plus 流程模擬軟件對酸性水汽提裝置進行流程模擬計算，并考察了冷熱進料比、側線采出量、側線采出位置、一級凝液罐溫度和熱進料溫度對酸性水汽提裝置操作的影響。

1 模型建立

1.1 模擬工藝流程

應用Aspen Plus軟件自帶的流程圖繪制功能，采用 Rad Frca 嚴格計算模塊，選用專用于電解質系統(tǒng)的ELECNRTL物性方法，應用電解質向導自動生成電解質組分，選取數(shù)據(jù)庫中的Henry常數(shù)表征H2S、NH3在水中的溶解度(數(shù)據(jù)庫中自帶有H2S和NH3在水中的電離平衡常數(shù))，建立汽提塔的穩(wěn)態(tài)模型[1-3]。

1.2 模擬物性方法的選擇

Aspen Plus 軟件中模擬流程的具體物性方法可在Properties-Methods一欄選擇，基于活度系數(shù)模型的ELECNRTL是最通用的電解質物性方法，能處理濃度范圍較廣的電解質溶液[4]。ELECNRTL物性方法主要采用NRTL電解質模型計算吉布斯能、焓和活度系數(shù)等液相參數(shù)，采用Redlich-Kwong狀態(tài)方程計算熵、密度、焓和吉布斯能等氣相參數(shù)，而且特別適用于從低壓到中壓范圍且氣相非理想程度較低的系統(tǒng)[5-6]。因此，選擇ELECNRTL方法。

1.3 選用模塊可行性驗證

以酸性水汽提裝置汽提塔2020年10月9日12∶00的標定數(shù)據(jù)為基礎，對汽提塔進行嚴格模擬計算，模擬值與標定數(shù)據(jù)對比見表1。

由表1可見：模擬計算中凈化水的硫化氫含量大大低于實際值，分析其原因，可能為實際裝置凈化水中的硫并不是以H2S的形式存在，通過汽提作用無法除去；模擬計算結果中凈化水氨含量與標定數(shù)據(jù)吻合程度較高，酸性水汽提塔頂溫度模擬值與實際值相差僅0.21 ℃，蒸汽流量模擬值與實際值相差僅0.119 t/h，說明該模型較為準確，能夠反映裝置實際生產運行狀況。

表1 污水汽提塔參數(shù)對比

2 降低能耗的模擬計算

針對汽提塔的蒸汽能耗控制，在保證塔頂酸性氣和塔底凈化水產品質量的前提下，對關鍵控制參數(shù)(冷熱進料比、熱進料溫度、側線抽出量、側采位置、側線一級凝液罐溫度等)進行綜合分析，來確定其對汽提塔各參數(shù)及產品質量的具體影響。

2.1 冷熱進料比

在模擬過程中控制側線抽出量、塔頂酸性氣量不變，分析冷熱進料比對凈化水氨含量、凈化水硫含量、汽提塔蒸汽耗量及塔頂溫度的影響，結果見表2。

由表2可見：總處理量在60.42 t/h，隨裝置冷熱進料比的提高，凈化水氨含量、硫含量逐漸降低，汽提蒸汽量逐漸增加。凈化水氨指標為不大于120 mg/L，硫指標為不大于30 mg/L，而實際裝置凈化水氨質量濃度為65 mg/L，硫質量濃度為6.3 mg/L，因此可適當降低冷熱進料比，對凈化水進行卡邊操作并保證塔頂溫度不超指標，考慮綜合能耗，將冷熱進料比例降至0.11，控制凈化水氨質量濃度在100 mg/L以下，可節(jié)省汽提蒸汽0.5 t/h。

表2 冷熱進料比影響分析

2.2 側線采出量

在模擬過程中通過控制冷熱進料、酸性氣抽出量不變，分析側線抽出量對凈化水質量、汽提蒸汽量和塔頂溫度的影響，結果見表3。

表3 側線采出量的影響分析

由表3可見：在控制冷熱進料比、酸性氣采出量不變的情況下，隨側線采出量增大凈化水中氨和硫化氫會降低而汽提蒸汽用量會增大，實際裝置側采量為9.243 t/h，將側線采出量適當降低至8.8 t/h進行卡邊操作并保證塔頂溫度不超指標，可節(jié)省蒸汽0.4 t/h。

2.3 側線采出位置

污水汽提塔的側采位置有3個，分別為20#、22#、24#層抽出口，在模擬過程中通過控制酸性氣量、側線采出量、冷熱進料比不變，分析側采采出位置對汽提蒸汽量的影響，結果見表4。

表4 側采位置的影響分析

由表4可見：側線抽出口下移，能耗稍有降低，凈化水中氨含量升高較多，在當前工況下，24#抽出位置凈化水氨含量最低，通過調節(jié)其他參數(shù)節(jié)汽的余地也最大，因此當前側線采出位置24層抽出口為最佳抽出口，無需調整。

2.4 一級凝液罐溫度

在模擬過程中，通過側線抽出量控制凈化水氨含量不變(凈化水硫含量也會基本不變)，控制塔頂酸性氣抽出量不變，分析一級凝液罐溫度(一級凝液罐壓力保持不變)對汽提蒸汽量、塔頂溫度、側線抽出量、氣氨純度的影響，結果見表5。

表5 一級凝液罐溫度的影響分析

由表5可見：一級凝液罐溫度過低，會增加汽提蒸汽消耗，但影響較小。當前工況下，一級凝液罐溫度為127.7 ℃ ，可適當提高。

2.5 熱進料溫度

在模擬過程中，控制側線及塔頂抽出、冷熱進料比不變，研究熱進料溫度對產品質量及能耗的影響，結果見表6。

表6 熱進料溫度的影響分析

由表6可見：隨著熱進料溫度的提高，凈化水中氨和硫化氫的含量會相應升高，但均未超過指標，此時塔底所用蒸汽會減少。因此，將熱進料溫度提高到150 ℃，可節(jié)約蒸汽0.5 t/h。

2.6 綜合優(yōu)化結果

根據(jù)優(yōu)化模擬結果，對操作參數(shù)進行綜合調整優(yōu)化，優(yōu)化前后對比見表7。

表7 優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對比

由表7可見：在保證塔頂含氨酸性氣和塔底凈化水產品質量的前提下，對汽提塔關鍵控制參數(shù)(冷熱進料比、側線采出量、側線采出位置、一級凝液罐溫度、熱進料溫度等)進行調整組合，有效降低了裝置的能耗。在優(yōu)化后的模擬工作狀況下，可以節(jié)約蒸汽1.026 t/h。

3 實際裝置應用優(yōu)化參數(shù)

根據(jù)Aspen Plus軟件模擬優(yōu)化數(shù)據(jù)，2020年11月9日調整了酸性水汽提裝置參數(shù)，調整前后的能耗對比見表8。

表8 酸性水汽提裝置參數(shù)調整前后的能耗對比情況

由表8可見：采用模型優(yōu)化數(shù)據(jù)進行裝置參數(shù)調整后，蒸汽單耗有明顯下降，從基準工況的228.94 kg/t下降到平均215.28 kg/t，顯著降低了裝置的能耗。

根據(jù)模型優(yōu)化方案，在日常生產中采用優(yōu)化汽提塔可節(jié)約蒸汽為1.026 t/h，按蒸汽價格138元/t計算，全年(按8 400 h計算)收益為1.026×8 400×138＝118.9 萬元。

4 結論

1)利用Aspen Plus 軟件中的 Rad Frca 嚴格計算模塊和 ELECNRTL 物性方法對酸水汽提裝置進行模擬，模擬結果與實際操作基本一致。

2)在冷熱進料比為1.1，側線采出量為8.8 t/h、側線采出位置不變，一級凝液罐溫度為129.2 ℃，熱進料溫度為150 ℃的優(yōu)化條件下，模擬計算結果表明可節(jié)約蒸汽1.026 t/h。優(yōu)化參數(shù)應用于實際裝置后，蒸汽單耗顯著降低，從基準工況的228.94 kg/t下降到平均215.28 kg/t，據(jù)此計算，全年可增加效益118.9萬元。