含硫污水汽提塔的模拟与优化
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在进料浓度、塔顶气相量、侧线采出位置、塔 底净化水中氨浓度不变的情况下, 热进料温度与 蒸汽单耗的关系见图 4 。随着热进料温 度的提 高, 蒸汽单耗减少, 每提高 1 e , 蒸汽单耗约降低
第 37卷第 5期
0. 6 kg / t污水。
刘小隽: 含硫污水汽提塔的模拟与优化
3 43
表 2 侧线采出位置的影响
模拟计算值
38. 2 / 157. 9 144. 8
1
29. 5
原料处理量及组成 w% : H 2 S占 0. 93; NH 3 占 1. 43; CO2 占 2. 5; H 2O 占 95. 14; 处理量 120 t / h。
表 1中操作数据和模拟计算结果基本吻合, 可利用该模型进行进一步的分析比较。
Abstrac t: The F low sheeting Com pute r So ftw are PRO II w as used to conduct ana log ca lculation on the Sulfur - bearing Sew ag e Stripping T owe r to get its temperatu re distribution , a proper ra tio of co ld feed to w arm feed, the side draw position and the wa rm feed tem perature. the best opera ting cond itions fo r the tow er was se t up and optim ized. K ey word s: Su lfur- bearing sew age; A na log calcu lation; O pe rating cond itions; Stripping tow er
[ 3 ] 肖佐华, 刘静翔, 张佑超. 塔安全运行与管理. 中国石化 出版社, 2005, 6: 145- 150.
S im ulation and Op tim ization of Su lfur- contain ing Sewage Stripp ing Tow er
LIU X iao-jiu
反应的化学平衡, 系统中的其他组分性质如气相
焓、气液相熵等用 SRKM 状态方程来计算, 液相
焓用理想状态方法来求解。
2 含硫污水单塔汽提的流程和原理
含硫污水汽提的作用就是分离污水中的硫化 物和氨含量, 制取硫磺和液氨, 处理后的污水达到 排放标准或者作为工艺水循环回用。目前采用单 塔汽提的工艺, 工艺流程见图 1。
20. 90
14
183. 23 0. 93 @ 10- 5
20. 7
15
189. 79 0. 92 @ 10- 5
20. 56
5. 3 侧线采出位置的影响 进料浓度、塔顶放空量和侧线采出量均不变,
仅改变侧线采出位置, 模拟结果见表 2 。 由表看出, 在其他条件不变, 侧线采出位置越
高, 蒸汽消耗降低, 但净化水的氨浓度逐渐增高, 塔顶气相中氨浓度也有所增高; 塔顶酸性气中氨 浓度增高, 易与硫化氢反应, 堵塞塔顶气相管路。
第 37卷第 5期 2008年 5月
辽宁化工 L iaoning Chem ical Industry
V o.l 37, N o. 5 M ay, 2008
含硫污水汽提塔的模拟与优化
刘小隽
(辽宁石化职业技术学院 石化系, 辽宁 锦州 121001)
摘
要: 利用流程模拟计算软件 PRO II 对含硫污水汽提塔进 行模拟计算, 得出 汽提塔温度 分布,
含硫污水中的污染物及浓度因其加工装置的
不同而异。加氢型高浓度含硫污水基本上不含氰
化物和重碳酸盐, 主要组分为硫氢化铵, 在汽提分 离中为 H2 S ) NH 3 ) H 2 O 三元酸性电解质体系, 在水中主要存在如下反应:
NH 4HS NH3 + H 2 S
H2S
H + + H S-
H S-
H + + S2-
图 1 含硫污水单塔汽提塔流程
塔顶进入塔内; 另一部分污水经与侧线抽出
3 含硫污水汽提塔的模拟计算
依据排水车间的原料组成及操作记录数据, 利用 PRO II模拟软件进行模拟计算, 模拟计算结 果与操作数据基本吻合, 模拟计算的初始条件及 模拟计算结果见表 1。
表 1 操作条件模拟计算
项目
塔顶 /塔底 /e
该塔分为 3段, 待处理污水一部分冷进料自
收稿日期: 2007-12-28 作者简介: 刘小隽 ( 1968- ), 女, 在读工程硕士。
34 2
辽宁化工
2008年 5月
气体、塔底净化水换热, 作为热进料进入塔内。在 汽提塔顶得到纯度高的酸性气, 作为硫磺回收装 置的原料。氨则向塔中部集聚, 由塔中部侧线气 相采出。塔底直接通入过热水蒸气加热, 净化水 由塔底排出。
国内各炼油厂生产规模不断扩大及进口原油含硫
量比较高, 使得含硫污水的处理量及污水中硫化 氢和氨的浓度均大幅增加。为保护环境, 减少含
硫污水汽提装置投资和降低操作费用, 优化含硫
污水处理及操作非常重要。
1 含硫污水体系的特点及 PRO II酸
包 ( SOUR ) 系统对含硫污水处理
过程的适应性
1. 1 炼油厂含硫污水体系的特点
6结 论
( 1) 优化操作参数可使汽提塔保持适宜塔板 温度分布, 完成硫化氢和氨的分离回收, 得到合格 的净化水。
( 2) 加大热冷进料比可以降低蒸汽单耗, 比 较合适的配比为 8~ 9。
( 3) 热进料温度每提高 1 e , 蒸汽单耗约降 低 0. 6 kg / t污水, 可充分利用进料污水与侧线抽 出气体和汽提塔底净化水进行换热, 提高热进料 温度, 有效降低蒸汽消耗。
过程的适应性
针对电解质体系的特征, PRO II设置 了专用 数据包 - 酸包 ( SOUR ) 系统, 它采用 W ilson 开发
的 SWEQ (酸水平衡 )方法。 SWEQ 模型把溶液中
每一种组分的 H enry定律常数作为温度和液相中
没有电离的分子组成的函数, 同时考虑了液相中 所有由于酸性气体分子的电离作用而发生的主要
NH 4HCO 3
NH 3 + H2O + CO2
H 2O + CO 2
H + + HCO3-
H
CO
3
H+ + CO23-
NH
3+
H
百度文库
CO
3
NH 2CO2- + H2 O
上述式子可以看出, 炼油厂的含硫污水是一
个集化学、电离和相平衡共存的复杂体系, 而化学
反应的存在增加了电解质体系处理的难度。
1. 2 PRO II 酸包 ( SOUR) 系统 对含硫污水处理
侧线采出 净化水质 H2 S 含量 净化水质 NH3 含量
/e
/ ( m g# L- 1 )
/ ( m g# L- 1 )
冷进料
热进料
侧线采出
操作条件 (理论板 26 )
38 /160
144
1
30
12 t / h , 35 e 108 t / h, 106 e , 9% , 第十三 第一块板进入 第五块板进入 块板抽出
获得了适宜的热冷 进料配比、侧线采出位置及热进料温度, 确定和优化了该塔的最佳操作条件。
关 键 词: 含硫污水; 模拟计算; 操作条件; 汽提塔
中图分类号: X 703 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935( 2008) 05-0341-03
原油加工过程中, 常减压蒸馏、催化裂化及加
氢裂化等工艺装置都要排出大量含硫污水。随着
图 2 塔板温度分布图
5 含硫污水汽提塔的优化
5. 1 热冷进料配比的影响 保持其他条件不变, 固定侧线采出位置及侧
线采出量, 进行不同热冷配比的计算, 将计算结果 绘成热冷配比 和蒸汽 消耗的 关系曲 线, 见图 3。 从图 3可以看出随着热冷配比值加大, 塔底蒸汽 消耗量逐渐降低。 5. 2 热进料温度的影响
4 含硫污水汽提塔的全塔温度分布 分析
图 2是模拟计算获得的操作正常时的塔板温 度分布曲线。由塔板温度分布曲线可以看出:
( 1) 40 e 以下区域, 温度较低。此时, 硫化 氢相对挥发度比氨大, 而氨的溶解度比硫化氢大, 保证塔顶获得含氨很低的酸性气。可以通过打入 冷物料实现。
( 2) 90 e 提高到 140 e 区域, 可以通过打入 热物料实现。并调整热冷料比, 保证硫化氢的汽 提效果, 又使氨能够从上部随液流向下移动, 在塔 中部积聚。
( 4) 为了降低净化水的氨浓度及塔顶气相中 氨浓度, 应适当降低侧线采出位置。
参考 文 献
[ 1 ] 游少辉, 苏志远, 吴玉海. 含硫污水汽提装置的扩能改 造. 工业用水与废水, 2002, 6: 59- 60.
[ 2 ] 大庆 石 化 总 厂 信 息 工 艺 模 拟 室. PRO II 参 考 手册, 1997, 6.
H 2O + NH 3
NH4+ + OH -
而催化裂化 ) 焦化型含硫污水中的硫化物和
氨含量随原料中硫、氮含量及加工条件不同而异, 一般属中浓度含硫污水。污水中不仅含硫氢化铵
和碳酸氢铵, 而且含有氰化物和酚, 乳化油含量
大, 需要进行脱油处理。属于 H 2 S - NH 3 - CO2 H2O 四元酸性 电解质体系。该体系除上述 反应 外, 还存在下列反应:
侧线采出板层位置 (塔顶为第 1 块板 )
蒸汽消耗 kg蒸汽 / t污水
塔顶酸性气中 NH3 含量, %
塔底净化水 中 NH 3 含量 / ( m g# L- 1 )
11
169. 82 1. 01 @ 10- 5
21. 14
12
173. 47 0. 97 @ 10- 5
21. 03
13
177. 90 0. 94 @ 10- 5
( 3) 160 e 为最高温度, 接近塔底的塔板层 间温差只有 1~ 2 e , 硫氢化铵的水解常数很大, 氨和硫化氢绝大部分以游离的分子态存在, 且溶 解度很小, 汽提作用和侧线采出的减压作用, 使氨 向塔中部积聚, 在塔底获得合格的净化水。
( 4) 3个温度区域存在使氨既不能随气流上 升从塔顶与酸性气一起出去, 又不能随液流向下 从塔底与净化水一起出去, 只能向塔中部积聚, 从 侧线采出。
第 37卷第 5期
0. 6 kg / t污水。
刘小隽: 含硫污水汽提塔的模拟与优化
3 43
表 2 侧线采出位置的影响
模拟计算值
38. 2 / 157. 9 144. 8
1
29. 5
原料处理量及组成 w% : H 2 S占 0. 93; NH 3 占 1. 43; CO2 占 2. 5; H 2O 占 95. 14; 处理量 120 t / h。
表 1中操作数据和模拟计算结果基本吻合, 可利用该模型进行进一步的分析比较。
Abstrac t: The F low sheeting Com pute r So ftw are PRO II w as used to conduct ana log ca lculation on the Sulfur - bearing Sew ag e Stripping T owe r to get its temperatu re distribution , a proper ra tio of co ld feed to w arm feed, the side draw position and the wa rm feed tem perature. the best opera ting cond itions fo r the tow er was se t up and optim ized. K ey word s: Su lfur- bearing sew age; A na log calcu lation; O pe rating cond itions; Stripping tow er
[ 3 ] 肖佐华, 刘静翔, 张佑超. 塔安全运行与管理. 中国石化 出版社, 2005, 6: 145- 150.
S im ulation and Op tim ization of Su lfur- contain ing Sewage Stripp ing Tow er
LIU X iao-jiu
反应的化学平衡, 系统中的其他组分性质如气相
焓、气液相熵等用 SRKM 状态方程来计算, 液相
焓用理想状态方法来求解。
2 含硫污水单塔汽提的流程和原理
含硫污水汽提的作用就是分离污水中的硫化 物和氨含量, 制取硫磺和液氨, 处理后的污水达到 排放标准或者作为工艺水循环回用。目前采用单 塔汽提的工艺, 工艺流程见图 1。
20. 90
14
183. 23 0. 93 @ 10- 5
20. 7
15
189. 79 0. 92 @ 10- 5
20. 56
5. 3 侧线采出位置的影响 进料浓度、塔顶放空量和侧线采出量均不变,
仅改变侧线采出位置, 模拟结果见表 2 。 由表看出, 在其他条件不变, 侧线采出位置越
高, 蒸汽消耗降低, 但净化水的氨浓度逐渐增高, 塔顶气相中氨浓度也有所增高; 塔顶酸性气中氨 浓度增高, 易与硫化氢反应, 堵塞塔顶气相管路。
第 37卷第 5期 2008年 5月
辽宁化工 L iaoning Chem ical Industry
V o.l 37, N o. 5 M ay, 2008
含硫污水汽提塔的模拟与优化
刘小隽
(辽宁石化职业技术学院 石化系, 辽宁 锦州 121001)
摘
要: 利用流程模拟计算软件 PRO II 对含硫污水汽提塔进 行模拟计算, 得出 汽提塔温度 分布,
含硫污水中的污染物及浓度因其加工装置的
不同而异。加氢型高浓度含硫污水基本上不含氰
化物和重碳酸盐, 主要组分为硫氢化铵, 在汽提分 离中为 H2 S ) NH 3 ) H 2 O 三元酸性电解质体系, 在水中主要存在如下反应:
NH 4HS NH3 + H 2 S
H2S
H + + H S-
H S-
H + + S2-
图 1 含硫污水单塔汽提塔流程
塔顶进入塔内; 另一部分污水经与侧线抽出
3 含硫污水汽提塔的模拟计算
依据排水车间的原料组成及操作记录数据, 利用 PRO II模拟软件进行模拟计算, 模拟计算结 果与操作数据基本吻合, 模拟计算的初始条件及 模拟计算结果见表 1。
表 1 操作条件模拟计算
项目
塔顶 /塔底 /e
该塔分为 3段, 待处理污水一部分冷进料自
收稿日期: 2007-12-28 作者简介: 刘小隽 ( 1968- ), 女, 在读工程硕士。
34 2
辽宁化工
2008年 5月
气体、塔底净化水换热, 作为热进料进入塔内。在 汽提塔顶得到纯度高的酸性气, 作为硫磺回收装 置的原料。氨则向塔中部集聚, 由塔中部侧线气 相采出。塔底直接通入过热水蒸气加热, 净化水 由塔底排出。
国内各炼油厂生产规模不断扩大及进口原油含硫
量比较高, 使得含硫污水的处理量及污水中硫化 氢和氨的浓度均大幅增加。为保护环境, 减少含
硫污水汽提装置投资和降低操作费用, 优化含硫
污水处理及操作非常重要。
1 含硫污水体系的特点及 PRO II酸
包 ( SOUR ) 系统对含硫污水处理
过程的适应性
1. 1 炼油厂含硫污水体系的特点
6结 论
( 1) 优化操作参数可使汽提塔保持适宜塔板 温度分布, 完成硫化氢和氨的分离回收, 得到合格 的净化水。
( 2) 加大热冷进料比可以降低蒸汽单耗, 比 较合适的配比为 8~ 9。
( 3) 热进料温度每提高 1 e , 蒸汽单耗约降 低 0. 6 kg / t污水, 可充分利用进料污水与侧线抽 出气体和汽提塔底净化水进行换热, 提高热进料 温度, 有效降低蒸汽消耗。
过程的适应性
针对电解质体系的特征, PRO II设置 了专用 数据包 - 酸包 ( SOUR ) 系统, 它采用 W ilson 开发
的 SWEQ (酸水平衡 )方法。 SWEQ 模型把溶液中
每一种组分的 H enry定律常数作为温度和液相中
没有电离的分子组成的函数, 同时考虑了液相中 所有由于酸性气体分子的电离作用而发生的主要
NH 4HCO 3
NH 3 + H2O + CO2
H 2O + CO 2
H + + HCO3-
H
CO
3
H+ + CO23-
NH
3+
H
百度文库
CO
3
NH 2CO2- + H2 O
上述式子可以看出, 炼油厂的含硫污水是一
个集化学、电离和相平衡共存的复杂体系, 而化学
反应的存在增加了电解质体系处理的难度。
1. 2 PRO II 酸包 ( SOUR) 系统 对含硫污水处理
侧线采出 净化水质 H2 S 含量 净化水质 NH3 含量
/e
/ ( m g# L- 1 )
/ ( m g# L- 1 )
冷进料
热进料
侧线采出
操作条件 (理论板 26 )
38 /160
144
1
30
12 t / h , 35 e 108 t / h, 106 e , 9% , 第十三 第一块板进入 第五块板进入 块板抽出
获得了适宜的热冷 进料配比、侧线采出位置及热进料温度, 确定和优化了该塔的最佳操作条件。
关 键 词: 含硫污水; 模拟计算; 操作条件; 汽提塔
中图分类号: X 703 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935( 2008) 05-0341-03
原油加工过程中, 常减压蒸馏、催化裂化及加
氢裂化等工艺装置都要排出大量含硫污水。随着
图 2 塔板温度分布图
5 含硫污水汽提塔的优化
5. 1 热冷进料配比的影响 保持其他条件不变, 固定侧线采出位置及侧
线采出量, 进行不同热冷配比的计算, 将计算结果 绘成热冷配比 和蒸汽 消耗的 关系曲 线, 见图 3。 从图 3可以看出随着热冷配比值加大, 塔底蒸汽 消耗量逐渐降低。 5. 2 热进料温度的影响
4 含硫污水汽提塔的全塔温度分布 分析
图 2是模拟计算获得的操作正常时的塔板温 度分布曲线。由塔板温度分布曲线可以看出:
( 1) 40 e 以下区域, 温度较低。此时, 硫化 氢相对挥发度比氨大, 而氨的溶解度比硫化氢大, 保证塔顶获得含氨很低的酸性气。可以通过打入 冷物料实现。
( 2) 90 e 提高到 140 e 区域, 可以通过打入 热物料实现。并调整热冷料比, 保证硫化氢的汽 提效果, 又使氨能够从上部随液流向下移动, 在塔 中部积聚。
( 4) 为了降低净化水的氨浓度及塔顶气相中 氨浓度, 应适当降低侧线采出位置。
参考 文 献
[ 1 ] 游少辉, 苏志远, 吴玉海. 含硫污水汽提装置的扩能改 造. 工业用水与废水, 2002, 6: 59- 60.
[ 2 ] 大庆 石 化 总 厂 信 息 工 艺 模 拟 室. PRO II 参 考 手册, 1997, 6.
H 2O + NH 3
NH4+ + OH -
而催化裂化 ) 焦化型含硫污水中的硫化物和
氨含量随原料中硫、氮含量及加工条件不同而异, 一般属中浓度含硫污水。污水中不仅含硫氢化铵
和碳酸氢铵, 而且含有氰化物和酚, 乳化油含量
大, 需要进行脱油处理。属于 H 2 S - NH 3 - CO2 H2O 四元酸性 电解质体系。该体系除上述 反应 外, 还存在下列反应:
侧线采出板层位置 (塔顶为第 1 块板 )
蒸汽消耗 kg蒸汽 / t污水
塔顶酸性气中 NH3 含量, %
塔底净化水 中 NH 3 含量 / ( m g# L- 1 )
11
169. 82 1. 01 @ 10- 5
21. 14
12
173. 47 0. 97 @ 10- 5
21. 03
13
177. 90 0. 94 @ 10- 5
( 3) 160 e 为最高温度, 接近塔底的塔板层 间温差只有 1~ 2 e , 硫氢化铵的水解常数很大, 氨和硫化氢绝大部分以游离的分子态存在, 且溶 解度很小, 汽提作用和侧线采出的减压作用, 使氨 向塔中部积聚, 在塔底获得合格的净化水。
( 4) 3个温度区域存在使氨既不能随气流上 升从塔顶与酸性气一起出去, 又不能随液流向下 从塔底与净化水一起出去, 只能向塔中部积聚, 从 侧线采出。