羅東 雷恒 賴兵 汪年斌 羅斌 張軍 鄧翔宇 伍強(qiáng)

（西南油氣田分公司天然氣凈化總廠）

安岳凈化公司Ⅰ、Ⅱ列主體裝置分別于2019年10 月和12 月投產(chǎn)，單列設(shè)計(jì)日處理原料氣600×104m3，每列單獨(dú)設(shè)有一套與之相匹配的CANSOLV尾氣處理裝置，設(shè)計(jì)處理煙氣6×106m3/h，設(shè)計(jì)尾氣SO2排放濃度小于或等于400 mg/m3。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

硫黃回收裝置來(lái)的克勞斯尾氣、液硫池廢氣，以及脫水裝置TEG 廢氣分別引入CANSOLV 尾氣處理裝置焚燒爐高溫焚燒后，進(jìn)入文丘里組合塔被酸水冷卻，煙氣溫度從245 ℃降至55 ℃以下，然后經(jīng)過(guò)濕式電除霧器除酸霧后，煙氣進(jìn)入SO2吸收塔脫除SO2，再被加熱后從尾氣煙囪排放[1-2]。

CANSOLV 尾氣處理裝置在運(yùn)行過(guò)程中，文丘里組合塔產(chǎn)生的酸水（主要成分：H2SO4和H2SO3）和胺液凈化撬（APU）產(chǎn)生的沖洗廢水（主要成分：NaOH、Na2SO4和Na2SO3）全部排入中和罐，在中和罐內(nèi)被堿液中和后泵送至污水處理裝置（催化氧化裝置、生產(chǎn)廢水處理裝置、蒸發(fā)結(jié)晶裝置）生成淡水和粗鹽[3]。CANSOLV尾氣處理裝置流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 CANSOLV尾氣處理流程

2 生產(chǎn)廢水產(chǎn)生情況

自安岳凈化公司CANSOLV 尾氣處理裝置投產(chǎn)以來(lái)，單套尾氣處理裝置設(shè)計(jì)廢水總產(chǎn)生量為127 m3/d，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中廢水產(chǎn)生量約為180 m3/d。安岳凈化公司生產(chǎn)廢水處理裝置處理能力為1 250 m3/d，對(duì)裝置進(jìn)行水平衡計(jì)算，發(fā)現(xiàn)裝置生產(chǎn)廢水實(shí)際產(chǎn)生量約1 261 m3/d，其中兩套CANSOLV尾氣處理裝置產(chǎn)生的廢水量約350 m3/d，占生產(chǎn)廢水總產(chǎn)生量的28%左右，為重要來(lái)源之一。安岳凈化公司裝置水平衡結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 安岳凈化公司裝置水平衡結(jié)果

生產(chǎn)廢水產(chǎn)生量超設(shè)計(jì)處理量，處理不及時(shí)，導(dǎo)致生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池長(zhǎng)期處于滿液位，不僅限制CANSOLV 尾氣處理裝置APU 運(yùn)行頻次，導(dǎo)致胺液中HSS含量長(zhǎng)期超標(biāo)，還容易出現(xiàn)生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池污水外溢，造成環(huán)保事故。

3 生產(chǎn)廢水來(lái)源分析

CANSOLV 尾氣處理裝置廢水產(chǎn)生來(lái)源有三個(gè)：文丘里組合塔酸水、APU廢水、電除霧器沖洗水。單套尾氣處理裝置廢水產(chǎn)生量見(jiàn)表1。

表1 單套尾氣處理裝置廢水產(chǎn)生量

其中，文丘里組合塔酸水產(chǎn)生量與煙氣溫度直接相關(guān)，煙氣設(shè)計(jì)溫度小于或等于55 ℃，煙氣溫度越高，酸水被煙氣帶走越多，排放至中和罐的則越少，目前煙氣溫度控制在42～45 ℃。APU設(shè)計(jì)運(yùn)行頻次為8 次/d，目前每天啟運(yùn)頻次約10～11 次。電除霧器沖洗水量與沖洗時(shí)間和頻次相關(guān)，廠家建議每次沖洗時(shí)間5～10 min，1～2 天沖洗一次，當(dāng)前沖洗時(shí)間為9～10 min/次，每天沖洗一次。

4 優(yōu)化測(cè)試

4.1 提高煙氣溫度

將煙氣出文丘里組合塔溫度從35 ℃緩慢升至55 ℃，每次提升1 ℃，穩(wěn)定運(yùn)行觀察1天。在提高煙氣溫度期間，主要觀察文丘里組合塔的廢水排放流量、煙氣加熱器進(jìn)口端管箱底部凝液排放流量、廢水調(diào)節(jié)池溫度，以及尾氣SO2排放濃度。煙氣溫度和廢水排放測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 煙氣溫度和廢水排放測(cè)試數(shù)據(jù)

通過(guò)提高煙氣溫度測(cè)試，得出如下結(jié)論：

1）隨著煙氣溫度升高，尾氣處理裝置文丘里組合塔廢水產(chǎn)生量明顯下降，減少的水分隨煙氣被帶至煙氣加熱器進(jìn)口端排液設(shè)施排放，還有部分通過(guò)煙囪排放至大氣。

2）整個(gè)調(diào)整過(guò)程，尾氣SO2排放濃度波動(dòng)較小，且排放值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于400 mg/m3，尾氣處理裝置運(yùn)行平穩(wěn)。

3）隨著煙氣溫度升高，廢水調(diào)節(jié)池溫度逐漸上升，當(dāng)煙氣溫度提升至52 ℃時(shí)，生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池溫度已上升至40 ℃，達(dá)到了生產(chǎn)廢水處理裝置RO反滲透膜運(yùn)行溫度上限。

4）在確保生產(chǎn)廢水處理裝置RO反滲透膜正常運(yùn)行情況下（廢水調(diào)節(jié)池溫度≤40 ℃），最終確定煙氣出文丘里組合塔溫度最佳控制范圍為50 ～52 ℃，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，文丘里組合塔廢水排放量最低。調(diào)整前，煙氣控制溫度約40 ℃，調(diào)整后煙氣控制溫度為50 ℃，平均每天減少?gòu)U水排放量約33 m3。

4.2 降低DS溶液熱穩(wěn)定性鹽含量

影響DS 溶液熱穩(wěn)定性鹽含量的因素主要為兩方面：一是煙氣中硫酸霧和SO3含量較高，煙氣經(jīng)過(guò)DS 溶液后，硫酸霧和SO3進(jìn)入溶液形成硫酸鹽，導(dǎo)致熱穩(wěn)定性鹽含量偏高；二是APU 除鹽能力下降。

4.2.1 提高電除霧器運(yùn)行電壓

由于目前沒(méi)有手段對(duì)煙氣中硫酸霧和SO3含量進(jìn)行分析，查閱DS 溶液熱穩(wěn)定性鹽含量變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)自5月18日起，兩列尾氣處理裝置熱穩(wěn)定性鹽上升趨勢(shì)較以往更快，檢查發(fā)現(xiàn)濕式電除霧器由于絕緣子室竄漏放電，濕式電除霧器降壓運(yùn)行。導(dǎo)致電除霧器除霧效果不好[4]，濕式電除霧器設(shè)計(jì)運(yùn)行電壓為72 kV，故障期間運(yùn)行電壓僅為41 kV左右。

以Ⅰ列尾氣處理裝置為例，煙氣中硫酸霧和SO3含量較高，進(jìn)入DS溶液后，直接導(dǎo)致熱穩(wěn)定性鹽含量升高。5 月28 日，更換絕緣子室穿墻套管，四個(gè)絕緣子室增加氮?dú)庹龎罕Ｗo(hù)后，提升濕式電除霧器運(yùn)行電壓，熱穩(wěn)定性鹽含量明顯下降[5]。濕式電除霧器整改前后Ⅰ列尾氣處理裝置熱穩(wěn)定性鹽含量數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 濕式電除霧器整改前后Ⅰ列熱穩(wěn)定性鹽含量分析數(shù)據(jù)對(duì)比

5月28日以后，將濕式電除霧器運(yùn)行電壓提升至設(shè)計(jì)電壓，除霧效果較好，熱穩(wěn)定性鹽含量逐漸下降，但仍未降至設(shè)計(jì)范圍1.1～1.3 摩爾當(dāng)量范圍內(nèi)。

4.2.2 優(yōu)化APU運(yùn)行效果

APU 通過(guò)陰離子樹(shù)脂[6]除去DS 貧液中的HSS，但運(yùn)行一次將產(chǎn)生廢水5.75 m3，且設(shè)計(jì)每天啟運(yùn)頻次為8 次，使用壽命為2 000 次。當(dāng)前APU 啟運(yùn)頻次已達(dá)到平均11 次/d，但無(wú)法繼續(xù)降低至1.1～1.3摩爾當(dāng)量范圍內(nèi)。查閱APU 樹(shù)脂使用次數(shù)為1 218次，離設(shè)計(jì)使用壽命2 000 次還有很大距離，但樹(shù)脂顏色偏紅，初步推測(cè)APU 樹(shù)脂存在中毒[7]，性能下降，除鹽能力降低。隨后取APU 廢水進(jìn)行分析，分析結(jié)果顯示Ⅰ列APU 除鹽能力為33 kg/次，已遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)51 kg/次，證實(shí)了Ⅰ列APU 樹(shù)脂除鹽能力明顯下降。

立即更換樹(shù)脂，規(guī)定每天APU啟運(yùn)頻次為8次，發(fā)現(xiàn)DS 貧液中熱穩(wěn)定性鹽含量逐漸下降。32 天后，熱穩(wěn)定性鹽含量已降至1.25摩爾當(dāng)量。更換樹(shù)脂后Ⅰ列熱穩(wěn)定性鹽含量分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 更換樹(shù)脂后Ⅰ列熱穩(wěn)定性鹽含量分析數(shù)據(jù)

熱穩(wěn)定性鹽含量降至1.25 摩爾當(dāng)量后，目前APU 啟運(yùn)次數(shù)已降至4 次/d，兩套尾氣處理裝置平均每天可以減少APU廢水排放69 m3。

4.3 減少電除霧沖洗時(shí)間

濕式電除霧器需定期用除鹽水進(jìn)行沖洗，防止陰極線和陽(yáng)極管上雜質(zhì)積累結(jié)垢，影響除霧效果。除鹽水沖洗流量約為0.283 m3/min，根據(jù)廠家提供的每次沖洗時(shí)間5～10 min，每天沖洗一次進(jìn)行調(diào)整。以濕式電除霧器陰極線和陽(yáng)極管不結(jié)垢正常運(yùn)行為前提，調(diào)整除鹽水每次沖洗時(shí)間和沖洗頻率。調(diào)整除鹽水每次沖洗時(shí)間結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。

表5 調(diào)整除鹽水每次沖洗時(shí)間結(jié)果統(tǒng)計(jì)

通過(guò)測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)，降低除鹽水沖洗時(shí)間，觀察兩天，當(dāng)除鹽水沖洗時(shí)間降至5 min/次，陰極線和陽(yáng)極管上無(wú)明顯雜質(zhì)積累。因此，我們將除鹽水每次沖洗時(shí)間定為5 min。并按照該沖洗時(shí)間測(cè)試沖洗頻次，調(diào)整除鹽水沖洗頻次結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。

表6 調(diào)整除鹽水沖洗頻次結(jié)果統(tǒng)計(jì)

通過(guò)測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)在除鹽水沖洗時(shí)間為5 min/次的情況下，沖洗頻次增加到4 天時(shí)，明顯可以觀察到陰極線和陽(yáng)極管上有雜質(zhì)積累，存在結(jié)垢的傾向。為確保設(shè)備運(yùn)行安全，選擇每2天沖洗一次。調(diào)整前后，可以減少電除霧器沖洗廢水排放量約1.6 m3/d。

5 優(yōu)化效果及效益

5.1 尾氣處理裝置廢水產(chǎn)生量

根據(jù)裝置優(yōu)化措施[8-10]，控制煙氣溫度50 ℃，單套APU 啟運(yùn)頻次4 次/d，電除霧器2 天沖洗1 次，每次沖洗5 min，重新進(jìn)行裝置水平衡核算，核算結(jié)果顯示尾氣處理裝置每天排放廢水約250 m3，比優(yōu)化前每天減排約98 m3，優(yōu)化效果明顯。

再看裝置生產(chǎn)廢水產(chǎn)生量，優(yōu)化后，生產(chǎn)廢水每天產(chǎn)生量約1 159.3 m3，低于設(shè)計(jì)處理量1 200 m3/d，生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池液位逐漸下降。生產(chǎn)廢水COD濃度已降至96 mg/L，雖然仍高于設(shè)計(jì)上限值70 mg/L，但比優(yōu)化前已明顯下降。目前生產(chǎn)廢水處理裝置和蒸發(fā)結(jié)晶裝置運(yùn)行平穩(wěn)。

5.2 環(huán)保效益

CANSOLV 尾氣處理裝置優(yōu)化后，顯著降低了廢水產(chǎn)生量，減少了蒸發(fā)結(jié)晶裝置廢鹽產(chǎn)生量，減少了固體廢棄物的產(chǎn)生，優(yōu)化操作后每月平均減少3 t固體廢棄物。

5.3 經(jīng)濟(jì)效益

CANSOLV 尾氣處理裝置優(yōu)化后，顯著降低了尾氣處理裝置廢水產(chǎn)生量，減少了尾氣處理裝置中和廢水堿液用量。

投入成本：更換APU活性樹(shù)脂1 m3，惰性樹(shù)脂0.1 m3，使用壽命8 個(gè)月，折算為每月投入成本為16 600 元。平均每月減少堿液用量18 t，節(jié)省堿液成本費(fèi)用45 000 元，每月少產(chǎn)生3 t 固體廢棄物，相應(yīng)每月減少固體廢棄物處理費(fèi)3 750元。

此外，廢水產(chǎn)生量減少，降低了生產(chǎn)廢水處理裝置運(yùn)行負(fù)荷，降低了裝置運(yùn)行能耗。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，7 月生產(chǎn)廢水處理裝置共處理廢水32136m3，裝置當(dāng)月電耗65985kWh，單價(jià)0.55元/kWh；當(dāng)月耗水量576 t，單價(jià)4 元/t；主要化工藥劑如：碳酸鈉6.5 t，單價(jià)3 000元/t；混凝劑PAC 4 t，單價(jià)6 000 元/t；反滲透膜阻垢劑0.1 t，單價(jià)42 000 元/t；工業(yè)鹽4.5 t，單價(jià)600 元/t；次氯酸鈉2 t，單價(jià)3 500元/t。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出每處理1 m3生產(chǎn)廢水的成本單價(jià)為2.99元/m3。

活動(dòng)開(kāi)展后，平均每月尾氣處理裝置廢水產(chǎn)生量降至7 212 m3，減少?gòu)U水產(chǎn)生量3 038 m3，節(jié)約生產(chǎn)裝置運(yùn)行能耗9 083.6元。

6 總結(jié)及建議

1）通過(guò)提高煙氣出文丘里組合塔溫度，可以將更多的水分通過(guò)煙氣帶至煙囪排放，從而減少生產(chǎn)廢水產(chǎn)生量。但煙氣出文丘里組合塔溫度盡可能控制在50～52 ℃范圍內(nèi)，防止生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池溫度超高。

2）通過(guò)提高濕式電除霧器運(yùn)行電壓，可以有效去除煙氣中的硫酸霧和SO3，有效控制熱穩(wěn)定性鹽的增量，從而降低APU啟運(yùn)頻次，減少生產(chǎn)廢水產(chǎn)生量。濕式電除霧器運(yùn)行電壓盡可能控制在70～72 kV，偏低除霧效果不佳，偏高則存在電氣元件使用壽命縮短的問(wèn)題。

3）通過(guò)適當(dāng)降低濕式電除霧器沖洗時(shí)間，適當(dāng)延長(zhǎng)濕式電除霧器沖洗時(shí)間間隔，也會(huì)減少尾氣處理裝置廢水產(chǎn)生量。調(diào)整濕式電除霧器沖洗時(shí)間和頻次后，需加強(qiáng)對(duì)電除霧器運(yùn)行電壓、現(xiàn)場(chǎng)看窗除霧效果、陰極線和陽(yáng)極管結(jié)垢情況等的檢查，防止內(nèi)部構(gòu)件結(jié)垢。

4）樹(shù)脂性能越好，除鹽能力越強(qiáng)，隨著使用次數(shù)的增加，樹(shù)脂除鹽能力逐漸下降，需定期對(duì)樹(shù)脂除鹽能力進(jìn)行分析，避免出現(xiàn)樹(shù)脂除鹽能力下降，但未及時(shí)更換，導(dǎo)致APU啟運(yùn)頻次超設(shè)計(jì)，產(chǎn)生較多廢水。