摘要：锦西石化分公司净化车间含硫污水汽提装置原存在处理能力偏低,净化水水质较差等 问题 .通过采用立体传质塔板代替原浮阀塔板对汽提塔进行扩能改造,同时对装置内其它设备进行相应改造,使装置的处理能力由原来不足15 t/h提高到40 t/h,净化水质量也有明显改善。
关键词：含硫污水 污水处理 汽提 传质 塔板
锦西石化分公司净化车间含硫污水汽提装置是重油深度加工系统工程的配套装置，主要用于处理100×104t/a焦化装置和80×104t/a柴油加氢两装置排出的含硫含氨污水。通过降低污水中的硫化物和氨氮含量，保证污水达标排放;同时从废水中回收硫化氢和氨气分别生产硫磺和液氨。
1 工艺流程
该装置流程包括汽提系统和氨精制回收系统两大部分。其中汽提系统采用单塔加压汽提侧线抽氨工艺。原料水经污水罐静止脱油后经原料泵分冷热两路进料，一路经冷却后由塔顶填料段上方人塔作为冷进料控制塔顶温度;另一路经与分一和分二液相、侧线抽出的富氨气、塔底净化水换热后从40层塔盘上方进塔，作为热进料;塔底用重沸器加热。在一定的压力和温度梯度下各组分在塔内形成一定的浓度梯度，H2S被汽提至塔顶去制硫装置生产硫磺;塔底净化水经与原料水换热冷却后排放。由于冷进料的作用，在塔的中部形成一个富氨区。富氨气体从塔中部抽出后经过三段冷凝分离变成粗氨气去氨精制系统。气氨在氨精制系统经过纯液氨循环洗涤、结晶、吸附等脱硫步骤后，由氨压机压缩后制得 工业 液氮。工艺流程如图1。
该装置设计处理能力为25t/h，设计进水水质为ρ(S2-)=2500mg/L，ρ(氨氮)=2500mg/L，但由于实际进水浓度偏高、水质差、塔盘易结垢等多种问题，使装置的处理能力不足15t/h，净化水质量也较差，远不能满足石化分公司对污水处理的需要，因此将净化车间污水汽提装置进行扩能改造十分必要。
2 原装置存在问题 分析
2.1 原浮问塔板效率偏低
由于原浮阀塔板的传质效率低，在进水硫化物(S2-)的质量浓度为8000mg/L、氨氮的质量浓度为10000mg/L。以上时，汽液相接触不充分，难以达到较好的平衡，处理量达14t/h时，操作就开始不稳定，侧线带液量明显增加，汽提塔出水中硫化物和氨氮含量明显增高，ρ(氨氮)>300mg/L。导致出水不合格。
2.2 进水含油和悬浮物浓度高
由于原料水含油量较高，而且其中含有大量的焦粉等悬浮物。又由于只有2座500m3的进水调节罐，调节容积偏小，因此污水的停留时间短。经在污水调节罐中沉降脱油后，仍有一部分污油和悬浮物进人塔内。油气直接 影响 塔内汽液相的正常平衡，且造成侧线带液，进一步降低塔的处理能力;悬浮物易在塔内结垢。结垢不仅会使塔板上的浮阀变重，影响浮阀的正常移动，减小气相通量，脱落的垢还会堆积在降液管和受液槽的夹缝中，减小液相的通量，从而加剧侧线带液，降低塔的处理能力和汽提塔的出水质量。
2.3 装置改造思路
①采用新型高效塔板提高塔的处理能力和净化水质量，同时使塔具有较强的抗堵塞能力。
②汽提塔处理能力提高后再相应提高重沸器、换热器、原料泵和氨压机的负荷能力。
③完善脱油措施，减少进塔原料带油。
3 装置扩能改造的主要 内容
3.1 汽提塔的改造
3.1.1 塔板的改造
根据国内同类装置的改造经验，采用新型的高效塔板对汽提塔进行改造是提高装置处理能力的一条 经济 、有效的途径。经过充分的调查 研究 ，我们采用了新型高效的立体传质型塔板(CTST)代替原浮阀塔板来改造汽提塔。
CTST为立体结构，包括梯形喷射罩和基础板两大部分。这种形式打破了传统塔板传质区域为平面的局限性。通过在罩内发生拉膜提升一破碎一碰顶返回-喷射-互喷-分离6个步骤，将气液传质区域扩展到塔板至罩顶的立体空间，使塔板的空间利用率可达40%-60%。其操作工况示意如图2。
由于CTST独特的结构和喷射操作方式，使其有以下优异的技术性能。
①通量大。与浮阀塔板相比，CTST无论是气相还是液相通量均可以提高50%-100%。
②塔板效率高。与高效率的F1浮阀塔板相比，CTST塔板效率可高出40%以上。
③塔板压降低。
④操作弹性大。开孔率为11%时，F1浮阀的操作弹性为3.4-4.3，而CTST的操作弹性可达5.4～7.2。
⑤对物料适应性强。塔极抗堵塞能力强。且能够处理易发泡物料。
改造后汽提塔关键数据如表1所示。
表1 改造后汽提塔的关键数据
| 参数 | 侧线抽口以下（1-26层） | 侧线抽出口以上（27-40层） |
| 塔径/mm | 1200 | 1000 |
| *板间路/mm | 450 | 450 |
| 塔板数n | 26 | 14 |
| 受液盘深/mm | 50 | 50 |
| 降液管底隙/mm | 90 | 90 |
| 益流堰长/mm | 889 | 795 |
| 益流堰高/mm | 25 | 15 |
| 进口堰长/mm | 1024 | 902 |
| 进口堰高/mm | 40 | 40 |
| 开孔率/% | 5.66 | 27-32层4.28 |
| 33-40层3.57 | ||
| 空塔气速/（m.s-1) | 0.66 | 0.4 |
| 空塔动能因子FT | 1.25 | 0.69 |
| 板孔气速/（m.s-1) | 11.60 | 9.34 |
| 板孔动能因子F0 | 22.0 | 16.1 |
| 降液管风停留时间/s | 3.5 | 3.5 |
| 全塔压降/MPa | 0.06 | 0.06 |
3.1.2 汽提塔的改造内容
①用高效立体传质塔板CTST代替原浮阀塔板，提高塔的处理能力和净化水的质量。
②对降液管进行改造。降液管面积不变，将降液管的底隙高度由原来的45mm扩大为90mm，增加液相流通能力。
③降低溢流堰并增加进口堰，在保证液相通量的同时又可保证汽提效果。
④将底部液封盘高度由60mm提高到104mm，保证最低层溢流堰的液封。
3.2 新增换热器
3.2.1 增加重沸器
根据核算结果，增加了1台125m2重沸器与原210m2的重沸器并联。即总换热面积由原210m2增至335m2。从而满足扩能后塔底供热的需要。
3.2.2 增加换热器
根据核算结果，增加了 2台125m2的汽提塔进、出水换热器，使换热总面积由410m2增加到660m2。满足了降低汽提塔出水温度的需要和节能的要求。
3.3 更换原料泵和氨压机
根据装置扩能改造后处理能力达40t/h的设计要求，将2台旧原料泵更换为负荷较大的新泵，额定流量由25t/h增至46t/h。同时考虑到改造后氨压机负荷将有一定的增加，将原6AW-10型氨压机更换为SAS-10型，从而满足扩能后的生产需要。
4 改造效果及存在 问题
4.1 改造效果
改造前后的测试数据见表2。表2的数据分别取改造前后2组典型数据，装置经过改造后，取得了以下明显效果：
表2 改造前后装置标定数据
| 监测项目 | 改造前 | 改造后 | ||
| 处理量/（t.h-1) | 14 | 12.5 | 42 | 24 |
| 全塔压降/MPa | 0.12 | 0.11 | 0.06 | 0.06 |
| 进水ρ（油）/（mg.L-1) | 620 | 705 | 920 | 880 |
| 进水ρ（S2-）/（mg.L-1) | 9536 | 9968 | 6384 | 5920 |
| 进水ρ（NH3-N）/（mg.L-1) | 16400 | 16100 | 13380 | 9600 |
| 出水ρ（S2-）/（mg.L-1) | 23.2 | 36 | 17.7 | 16 |
| 出水ρ（NH3-N）/（mg.L-1) | 365 | 521 | 232 | 120 |
| 出水ρ（油）/（mg.L-1) | 300 | 330 | 500 | 450 |
①处理能力大大提高。由原来不足15t外提高到40t/h，井且可在25-42t/h范围内正常操作。
②净化水质量也有明显改善，其中氨氮质量浓度由原来300mg/L以上降至200mg/L左右。消除了侧线带液现象。
③全塔压降大幅降低。由改造前的0.12MPa降至0.06MPa。
④装置开工周期大大延长。改造前由于垢物堵塞问题，平均4个月就需停车清理汽提塔一次。
改造后的CTST塔板能保证汽提塔的开工周期在1年以上不用处理堵物。改造至今装置已平稳运行13个月无任何垢物堵塞迹象。。
4.2 装置仍存在的问题及措施
本次对汽提装置的扩能改造由于时间紧且技改资金不足，增加进水调节罐的方案暂未实施。处理量提高后，污水停留时间短、脱油效果差的问题更加突出。计划新上2座1000m3的污水罐，预计可完全解决进塔污水带油量大的问题。
5 结语
本次改造取得了良好的效果，不仅使装置的处理能力由15t/h提高到40t/h，而且净化质量也得到明显的改善，汽提装置的操作弹性也明显增强，能够保证长周期运行，满足了分公司对污水一次处理的需要。
汽提装置改造前，由于分公司内部污水处理能力不足，原计划对2套催化污水汽提装置进行改造重新投入运行，概算投资为1000万元;净化汽提装置扩能改造投资只有99万元节约一次性投资901万元。
装置的实际处理量提高后，还降低了污水的单位加工成本，由改造前25.21元/t污水降至23.09元/t污水，按实际处理量30t/h 计算 ，每年可节约污水处理成本51万元。同时每年增产酸性气可多产硫磺200t，创效益12万元，多产液氮100t，创效益20万元。改造后平均每年可避免因汽提塔结构堵塞而造成的非计划停车2次，减少直接 经济 损失10万元。以上合计，每年还可多创效益为93万元。
