引言酸性水是一种含有硫化氢、氨气和二氧化碳等挥发性弱电解质的水溶液，同时含有酚类、油、焦粉、催化剂等污染物质，直接排放对环境造成较大的危害，必须对其进行净化处理后，才可以外排。目前国内酸性水处理一般采用蒸汽汽提法，又称为酸性水汽提。常用的酸性水汽提工艺包括3种：单塔低压汽提、单塔加压侧线抽氨汽提、双塔加压汽提。3种工艺各有优缺点，应根据实际情况选择。酸性水汽提装置是石油化工厂重要的环保装置，随着炼油装置大型化与进口原料油硫含量的逐步升高，酸性水汽提装置能耗水平受到关注。酸性水汽提装置的能耗包括蒸汽、循环水和电。其中蒸汽占总能耗的95%左右，是酸性水汽提装置的主要能源消耗，因此酸性水汽提装置节能主要考虑减少蒸汽用量。装置蒸汽消耗主要用于酸性水汽提塔底再沸器，降低酸性水汽提装置的能耗，应设法降低汽提塔底再沸器的热负荷。目前对酸性水汽提装置的节能研究大多是从汽提塔的操作压力、进料温度、冷热进料比、侧线抽出量等操作参数方面。实际上汽提塔的冷热进料比、侧线抽出量等参数的最佳数值随着原料水组成的变化而改变，所以需要建立生产装置模型，对装置进行模拟分析，根据模拟数据实时调整相关参数，以取得更好的节能效果。1装置概况1.1工艺技术及流程特点120 t/h酸性水汽提装置采用单塔加压侧线抽氨的汽提工艺技术，该技术主要特点是流程简单、蒸汽单耗低、占地少、投资低。汽提塔采用变径塔，塔上部直径较小，安有两层填料，塔中、下部是大直径，装有48层塔盘。与采用同径汽提塔、相同操作条件下，变径塔汽提效果更好。原料酸性水从酸性水预处理单元产生，进入汽提单元原料水缓冲罐，经泵增压后一路作为冷进料，从汽提塔顶填料上方进料；另一路经与原料水及侧线抽出物流换热升温后，作为热进料从汽提塔的第1层塔盘进料。用1.0 MPa蒸汽做塔底再沸器热源，为汽提塔提供热量。侧线气从汽提塔17层塔盘抽出，经过三级冷凝冷却和三级分凝后，得到一定目标浓度的粗氨气，送至氨精制单元。分凝液经冷却器冷却后，返回原料水缓冲罐；净化水从汽提塔底抽出，先与塔的进料原料水换热后降温，再经空冷器和水冷器冷却至目标温度后送出装置。汽提塔顶酸性气经酸性气冷凝冷却器冷却、酸性气分液罐分液后送至硫黄回收装置。该工艺特点是侧线抽出的富氨气经分凝、精制、压缩，得到的副产品液氨可作为化工原料，塔顶的酸性气作为硫黄回收装置的原料，可以回收有用的硫黄资源，做到综合治理、化害为利。装置工艺原则流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.F001图1装置工艺原则流程1.2原料组成和产品质量要求酸性水汽提装置原料来自上游常减压装置、催化装置、柴油加氢装置等炼油装置产生的酸性水。上游装置的酸性水经过预处理单元处理后，作为酸性水汽提装置原料。原料酸性水中H2S含量4 095 mg/L，NH3含量12 302 mg/L。汽提后的净化水回用于常减压装置电脱盐注水或送至污水处理场，净化水中要求H2S含量小于20 mg/L，NH3含量100 mg/L。2装置建模2.1建模基础数据以装置实际操作数据作为装置建模基础数据，装置实际操作数据如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.T001表1装置操作参数参数名称数值参数名称数值热进料流量/(t/h)86汽提塔顶温度/℃63.6冷进料流量/(t/h)34汽提塔顶压力/MPa0.49冷进料温度/℃33.4汽提塔底温度/℃161.5热进料温度/℃142.7一级分凝器压力/MPa0.44侧线气流量/(t/h)12.7二级分凝器压力/MPa0.34净化水流量/(t/h)103.5三级分凝器压力/MPa0.23汽提蒸汽压力/MPa0.84一级分凝器温度/℃133.4汽提蒸汽温度/℃200二级分凝器温度/℃69.5汽提蒸汽流量/(t/h)22.4三级分凝器温度/℃30.12.2装置建模计算数据建立酸性水汽提模型，并校核模型计算数据的准确性。模型计算结果与实际操作数据对比，如表2所示。由表2可以看出，模型计算数据与实际数据都比较接近，说明模型计算数据的准确性，可以认为模型模拟数据能反映实际情况。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.T002表2模拟数据与实际操作数据对比参数名称实际值模拟值参数名称实际值模拟值热进料流量/(t/h)8686汽提塔顶温度/℃63.663.3冷进料流量/(t/h)3434汽提塔顶压力/MPa0.490.49冷进料温度/℃33.433.4汽提塔底温度/℃161.5160.3热进料温度/℃142.7142.7一级分凝器压力/MPa0.440.44侧线气流量/(t/h)12.712.7二级分凝器压力/MPa0.340.34净化水流量/(t/h)103.5107.3三级分凝器压力/MPa0.230.23汽提蒸汽压力/MPa1.01.0一级分凝器温度/℃133.4133.4汽提蒸汽温度/℃210210二级分凝器温度/℃69.569.5汽提蒸汽流量/(t/h)22.423.5三级分凝器温度/℃30.130.13优化分析3.1侧线抽出位置优化分析通过模型计算分析汽提塔各塔板气相中各组分组成情况，从而优化侧线抽出位置。塔板气相组分分布情况如图2所示。通过模型计算，分析侧线抽出板位置与塔底负荷及净化水质量的关系，汽提塔侧线抽出板位置与塔底再沸器负荷及净化水中的H2S和NH3含量的关系，如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.F002图2塔板气相组分分布情况10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.F003图3侧线抽出板位置与再沸器负荷及净化水质量关系从塔板组分分布图中可以看出，氨浓度较高的地方主要分布在第3~第23层塔板，第15层氨浓度最高。而从抽出板位置对塔的操作影响分析，抽出板位置靠下，塔底热负荷降低，但随着抽出板位置降低，净化水中的H2S和NH3含量提高。目前侧线抽出位置为24层，而在24层塔板以后，净化水中H2S和NH3含量开始突增，而塔底负荷QB降低量开始趋于平缓，所以当前侧线从24层抽出位置较为适宜。3.2塔顶操作压力优化分析通过模型计算分析汽提塔顶操作压力与塔底热负荷及净化水质量的关系，优化塔顶操作压力。塔顶操作压力与塔底再沸器负荷及净化水中的H2S和NH3含量的关系如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.F004图4塔顶操作压力与再沸器负荷及净化水质量关系从图4中可以看出，塔顶操作压力越低，塔底再沸器负荷越低。但随着压力降低，净化水中H2S和NH3含量有所提高。汽提塔顶压力越低，再沸器蒸汽用量越少。但是塔的操作压力需要综合考虑塔顶酸性气和侧线氨气后续流程的背压需求等其他因素的限制，在各方面条件允许的情况下，适当降低汽提塔的操作压力，可减少再沸器蒸汽用量。3.3冷热进料比优化分析通过模型计算分析汽提塔冷热进料比与塔底再沸器负荷及净化水质量的关系，优化冷热进料比例。汽提塔冷热进料比与塔底再沸器负荷及净化水中的H2S和NH3含量关系如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.F005图5冷热进料比与再沸器负荷及净化水质量关系从冷热进料比与汽提塔再沸器热负荷的关系中可知，冷料量越少，再沸器热负荷越小，则蒸汽用量越少。确保净化水质量要求的情况下，应尽量降低冷热进料的比例。而从冷热进料比与净化水中H2S和NH3含量关系中可知，当冷热比例低于0.3，净化水中的H2S和NH3含量开始突增。当冷热比低于0.33，净化水中的NH3将大于指标值100 mg/L，所以冷热进料比不能低于0.33。为确保净化水的质量合格，净化水中NH3含量需预留一点余量，建议冷热进料比不低于0.36。3.4热进料温度优化分析通过模型计算，分析汽提塔热进料温度与塔底再沸器负荷及净化水质量关系，优化热进料温度。汽提塔热进料温度与塔底再沸器负荷及净化水中的H2S和NH3含量的关系如图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.F006图6热进料温度与再沸器负荷及净化水质量关系从图6中可知，随着热进料温度的提高，塔底热负荷相应降低，但净化水中的H2S和NH3含量提高。为确保净化水质量，进料温度不宜太高，建议控制在148 ℃左右。3.5侧线抽出量优化分析通过模型计算分析汽提塔侧线抽出量的大小，对汽提塔底净化水质量和塔底蒸汽用量的影响，优化侧线抽出量。保证塔顶酸性气抽出量不变的情况下，对汽提塔侧线抽出量进行灵敏度分析，分析侧线抽出量变化对塔底再沸器负荷及净化水质量的影响。侧线抽出量与塔底再沸器负荷及净化水中的H2S和NH3含量的关系如图7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.F007图7侧线抽出量与再沸器负荷及净化水质量关系侧线抽出量越小，汽提蒸汽用量越少，但是随着侧线抽出量减少，净化水中的H2S含量和NH3含量提高，当抽出量小于11.8 t/h时，净化水中的NH3含量将大于指标值100 mg/L，所以侧线抽出量不能低于11.8 t/h。装置实际操作中抽出量为12.7 t/h，净化水中NH3含量为65.11 mg/L，质量有较大余量。可以考虑优化侧线抽出量，降低装置蒸汽消耗量。4节能优化应用通过建模分析可知，酸性水汽提塔侧线抽出位置、塔顶操作压力、冷料和热进料比例、热进料温度和侧线抽出量对装置能耗都有不同程度的影响，其中塔顶操作压力和热进料温度影响较大。本装置汽提塔顶操作压力、冷热进料比、热进料温度和侧线抽出量都有优化的潜力。汽提塔实际操作压力为0.49 MPa，保证后续流程背压需求的情况下，汽提塔操作压力降低到0.43 MPa，则可减少装置蒸汽用量0.93 t/h。汽提塔实际操作冷热进料比为0.39，在保证净化水质量指标的前提下，将冷热进料比降低到0.36，可减少蒸汽用量0.44 t/h。汽提塔实际热进料温度为142.7 ℃，通过换热流程优化，将热进料提高到148 ℃，则可减少蒸汽用量0.99 t/h。装置实际操作中抽出量为12.7 t/h，保证净化水质量指标前提下，将侧线抽出量降低到12.4 t/h，则净化水中NH3含量从65.11 mg/L提高到75 mg/L，汽提蒸汽用量可降低0.33 t/h。优化后装置节能量汇总如表3所示，节能量汇总如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.T003表3项目优化前后参数对比优化项目优化前优化后操作压力/MPa0.490.43冷热进料比0.390.39热进料温度/℃142.7148.0侧线抽出量/(t/h)12.712.410.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.002.T004表4节能量汇总蒸汽降低量/(t/h)折合能耗/(MJ/t)0.9324.70.4411.70.9926.30.338.85结语通过对酸性水汽提装置进行建模计算分析，并根据分析结果对汽提塔操作压力、冷热进料比、热进料温度和侧线抽出量进行优化，酸性水汽提装置蒸汽消耗可降低2.69 t/h，降低装置能耗71.3 MJ/t。优化后可以减少污染物的排放，并且取得更好的节能效果。