酸性水汽提技术

酸性水汽提技术
一、酸性水的来源及性质
酸性水来源及性质见下表:
产品
酸性气
主要组成：富含H2S、CO2气体。

净化水
产品指标：H2S≤10PPm，NH3≤100PPm。

液氨
产品规格：NH3不小于99.6wt%，H2S不大于2 ppm，H2O不大于0.2wt%。

产品流向
酸性气至硫化回收装置。

液氨送至氨法脱硫或作为产品。

合格的净化水返回粉煤气化装置回用。

二、工艺原理及流程
规模为2×150吨/小时
1.工艺原理及流程
汽提原理：
酸性水所含有害物质中以氨、硫化氢、二氧化碳为主。

汽提法以脱除和回
收氨和硫化氢为主要目的。

NH
3-H
2
S-H
2
O三元体系是化学平衡、电离平衡和相平衡
共存的复杂体系。

氨、硫化氢和水都是挥发性弱电解质，能互相起化学反应，并能电离成离子：氨和硫化氢能不同程度的溶解于水。

•
NH3＋ H
2O → NH
4
＋＋ OH-
硫化氢在水中也有少许电离：
H
2
S → H＋＋ HS- 2—1—2 当氨和硫化氢同时存在水中时，则生成硫氢化铵，它是弱酸和弱碱生成的盐，在水中被大量水解又重新生成游离的氨和硫化氢分子，即：
NH
4＋＋ HS-→ (NH
3
＋H
2
S)液 2—1—3
在液相的游离氨和硫化氢分子又与气相中的氨和硫化氢呈相平衡：
(NH
3＋H
2
S)
液
→ (NH
3
＋H
2
S)
气
2—1—4
结合(3)和(4)可写为：
NH
4＋＋HS-(即NH
4
HS) →(NH
3
＋H
2
S)
液
→(NH
3
＋H
2
S)
气
2—1—5
图NH
3
-H
2
S-H
2
O三元体系示意图
污水中有大量的二氧化碳，它也能溶解于水，但溶解度比硫化氢更小，在同样温度下，它的蒸汽压也比硫化氢大，因而相比挥发度也比硫化氢大，所以它比氨和硫化氢更容易汽提出来。

因此，对污水净化而言，二氧化碳的存在并无影响，但是，值得指出的是：二氧化碳的存在，特别是在低温条件下，会与氨作用
生成胺基甲酸铵。

2NH
3(g) ＋ CO
2
(g) ＝ NH
2
CO
2
NH
4
(s) 2—1—6
它是一种难溶的盐，会造成管道和阀门堵塞。

单塔侧线流程汽提塔测线温度要控制大于138℃，•重要目的就是要避免生成胺基甲酸铵、硫氢化氨等结晶堵塞。

结晶原理：
酸性水经过汽提之后，可以得到纯度为百分之九十九以上的氨气。

一般含有百分之一左右的硫化氢和其它杂质(如酚、氰、二氧化碳、水等)，如要将它制成液氨，以提供化工原料或在炼厂内部供制备催化剂及作冷冻剂等用。

就需要把所得的氨气进行压缩。

由于氨气中含有硫化氢和其它杂质，一方面会造成设备腐蚀，致使设备、机械难以连续运转；另一方面，在液氨中残存一部分硫化氢，直接影响到液氨的质量和它的再利用。

为了保护环境，更有效地利用资源，我国自行开发了这套新工艺。

并已应用到工业上取得成功。

实践证明，本工艺在技术上是可行的，•流程也简单，操作上方便、经济，所得产品纯度也符合要求。

根据一般的化学知识，氨和硫化氢可以结合生成硫氢化铵，硫化铵两种产物，这两种产物的比例因侧线来的氨气组成而异，当氨气大量过剩时，其生成物主要以硫氢化铵形式出现，硫氢化铵和硫化铵在一定的条件下，在氨和硫化氢共存时，即可得到它的生成的结晶物。

随着温度的降低，这种结晶析出物就愈来愈多。

•而且当冷却结晶温度小于7℃时，其结果去除硫化氢的效果在80％以上。

根据有关资料提供结果和热力学公式计算结果表明，•温度从0℃变化到40℃，氨和硫化氢生成硫化铵这个反应的平衡常数，随温度的变化不大。

因此，该过程的主要控制因素是气固两相共存的物理过程，从实验中可知，一旦温度降低，结晶物的形成是很迅速的。

这就说明结晶速度是很快的。

另外根据从结晶物的外观可以推
断，大部分白色结晶物是硫氢化铵，还有一些黄色油状物质主要是(NH
4)
2 S；
(NH
4)
2
S.n.NH
4
HS；(NH
4
)
2
S.2NH
3
；H
2
S(NH
3
)
4
；(NH
4
)
2
S.4MNH3，还需指出的是：•因
气体从40℃左右降至7℃以下，尚有一部分水蒸汽也同时被冷凝下来，同结晶物共生在一起，因此，该过程对结晶温度的控制是极为关键的。

经过多年的生产实践和不断摸索，总结出无论那一种氨精制工艺，操作温度对H
2
S脱除率的影响最
大，温度越低，脱除率越高，因而各厂的操作温度都从国外专利中的7℃降至目前采用的-10℃～0℃，为此各厂还开发了不同的降温措施。

吸附过程基本原理：
从化学平衡和相平衡的角度来看，冷却结晶过程不可能把氨气中的硫化氢全部去掉，根据资料介绍，硫氢化铵的蒸汽压是随温度的升高而迅速增加的，为了进一步除去氨中残有的硫化氢，我们采用吸附剂对冷却结晶后的氨气进行处理，使氨气中残存的硫化氢得到进一步去除。

吸附原理是将液体混合物经过多孔性固体物质时，其中所含的一种或数种组份的分子、原子或离子能自动地附着在固体表面上，以达到分离的目的。

多孔性固体物质能将介质的分子或原子或离子吸附到自己的表面上。

这是因为处在固体表面的质点受到相内质点的拉力，所处的力场是不平衡的，具有过剩的能量，这些不平衡的力场由于吸附作用可得到某种程度的补偿，从而使固体的表面自由焓降低。

在生产上，由于吸附操作具有选择性高的特点，它能分离其他过程难以分离的混合物，同时由于吸附速度一般较快，吸附作用可以进行得相对完全，故在氨精制系统选择适当的吸附剂，用以清除浓度很低的无用组分H
S，而得到纯度高
2
的气氨。

而吸附剂的吸附量与冷却结晶后的氨气浓度、吸附速度、气体流速、吸附剂含水量、再生的程度等因素有关。

吸附剂对硫化氢的吸附量随温度的升高而明显下降，实验证明：温度控制在40℃以下为宜。

吸附剂含水量影响硫化氢的吸附，实验证明，吸附剂含水量大于2％时，则它对硫化氢的吸附量明显下降。

再生程度影响吸附量。

再生程度的好坏说明再生后吸附剂的含水含硫化氢量多少，从而知道它对硫化氢吸附的影响。

吸附分化学吸附和物理吸附。

化学吸附剂油ZnO，物理吸附剂有Al2O3.
2. 工艺流程简述 (汽提+氨精制)
图2-1-2 单塔加压侧线抽出汽提示意流程
1－原料水罐；2－原料水泵；3－汽提塔；4、6、8－换热器；
5－一级分凝罐；7－二级分凝罐；9－三级分凝罐；10－结晶罐；
11－吸附塔；12－沉降罐；13－氨压缩机；14－液氨贮罐
图2-1-3 双塔加压汽提示意流程
1－硫化氢汽提塔；2－氨汽提塔；3－回流罐；
4、5－重沸器；6、7－换热器；8－冷凝冷却器
汽提部分:
自装置外来的酸性水混合后进入酸性水脱气罐，在低压控制下脱除水中含烃及H2S油气，含H2S油气排至系统火炬气柜进行回收；脱气脱油后的酸性水经液位调节控制后，经脱气罐底泵送入酸性水罐进行沉降脱油。

酸性水脱气罐底的酸性水由脱气罐底泵送入酸性水储罐，在此长时间静置以隔去水中大部分油，罐顶设安全水封罐和尾气脱硫系统，正常情况下酸性水贮罐中继续脱出的含H2S气体经尾气脱硫系统中装有的尾气脱臭剂脱除H2S后,排至大气。

已静置除油后的酸性水经除油泵升压送至除油器进一步除油，除油后的酸性水经酸洗水泵分为冷进料和热进料两股进入汽提塔。

其中，冷进料经过原料水冷却器后，温度降至40℃，在经由流量调节控制后进入汽提塔顶部；热进料经由流量调节控制后与原料水-氨气凝液换热器、富氨气-原料水换热器及原料水-净化水换热器换热至150℃进入汽提塔第四十四层塔板。

酸性水在汽提塔中自上而下流动，由汽提塔底重沸器汽提后，H2S和NH3组份自酸性水中逸出，由下而上从塔顶分出。

塔顶抽出来的酸性气经酸性气分液罐去下游装置处理。

塔侧第二十五层塔板上抽出的富氨气经过富氨气-原料水换热器、富氨气一级分液罐、富氨气二级冷凝器、富氨气二级分液罐、富氨气三级冷凝器及富氨气三级分液罐将温度降至38℃后进入氨精制部分。

塔底液体经重沸器加热后返回汽提塔，气体在塔内参与传质，液体作为净化水经原料水-净化水换热器换热到130℃左右，返回上游装置回用，或经空冷冷却至50℃送至污水处理厂集中处理。

1.0MPa汽提蒸汽由系统管网来，经流量控制调节后作重沸器的热源。

氨精制部分:
来自酸性水汽提三级分凝后的粗氨气，进入氨精制塔，氨精制塔温度由液氨贮罐来的液氨蒸发降温，以维持-10～0℃的操作温度，以脱除氨气中的硫化氢，含硫氨水间断排入酸性水汽提的原料水罐，塔顶氨气经分液后进入脱硫吸附器进一步精脱硫，再经氨气过滤罐后进入氨压机。

压缩机出口的氨气经氨油分离器分油，氨冷凝器冷凝后，液氨自流进入液氨贮罐贮存，产品液氨定期用液氨泵送出装置，或在装置边界处进行装瓶。

两台脱硫吸附器采用既可并联使用，也可串联使用的操作方式。

当氨精制系统中液氨贮罐出现紧急事故时，液氨可通过紧急泄氨器用生产用水稀释后，排至酸性水汽提的原料水罐。

3.2 主要操作条件
三、安全与环保
氨强吸水能力，对咽喉、眼睛刺激大。