含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法，解决了现有汽提系统处理方法复杂、系统能耗高、管板及管道腐蚀性严重、设备投资高的问题。所述方法为所述高温冷凝液、中温冷凝液和低温冷凝液分别对应送入汽提塔的高温冷凝液汽提段、中温冷凝液汽提段和低温冷凝液汽提段，塔顶的汽提气经塔顶冷凝器降温至85℃-90℃后送入焚烧炉；所述高温冷凝液汽提段设再沸器，并以低压蒸汽作为热源对冷凝液进行汽提，中温汽提段和低温汽提段以高温冷凝液汽提段产生的高温闪蒸气作为热源，并通入低压氮气进行汽提。本发明工艺简单、操作控制灵活、系统稳定性好、节能降耗、最大程度减少汽提系统的腐蚀性问题发生，可延长设备使用寿命。
【专利说明】含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冷凝液汽提工艺，具体的说是一种含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法。
【背景技术】
[0002]含氨酸性冷凝液一般来自于工艺气的冷凝，如现代大型煤化工工业中，一氧化碳变换工序通常产生大量的冷凝液，由于余热分级回收，因此，通常会产生不同温度等级的工艺冷凝液。这部分冷凝液通常含有NH3、CO2、H2S、HCN、HCl和COS等腐蚀性组分，需要通过冷凝液汽提装置处理，将上述腐蚀性组分从冷凝液中汽提出来，洁净的工艺冷凝液送往其他装置回用。目前比较常见的冷凝液汽提装置包括两种，一种是采用单塔流程，单独设置塔顶冷凝器和回流系统，NH3和CO2等介质均从塔顶部出来，降温后气相送出界外，液相回流返回塔内，换热器形式包括卧式和立式；另外一种是双塔流程，根据溶解度的不同，将NH3和CO2分别汽提，并分别设置汽提气冷凝器和回流系统，换热器形式均采用立式。如发明专利CN102642881A《水煤气变换工艺冷凝液汽提装置及方法》提出了采用单塔汽提处理水煤气变换工艺产生的冷凝液，塔顶设置立式换热器，产生的闪蒸气送往火炬装置处理，产生的不凝气则送往硫回收装置处理。该发明提出通过设置不同等级的闪蒸系统以减少铵盐结晶的可能性，着重解决了系统管道堵塞以及系统超压放空引起的环保问题，但是存在汽提蒸汽消耗高、两股尾气需要分开处理，流程相对复杂的问题，且其根本上并未解决NH3、CO2, H2S在一起形成的高浓度酸性气体低温凝液对设备和管道的腐蚀问题，同时由于闪蒸罐底部存在高浓度的含有NH3、CO2, H2S等物质的液体，根据现在工程实际经验，会对闪蒸罐底部，以及塔顶冷凝器的换热管造成严重的腐蚀，且发明中闪蒸汽直接去火炬总管，仍存在少量的NH4HS、NH4HCO3长时间累积在管道中，从而堵塞火炬管，造成安全事故。发明专利CN101570350A《一种CO变换中工艺冷凝液的汽提方法》提出了采用双塔汽提分别对CO2和NH3进行汽提，着重解决汽提系统发生的铵盐结晶堵塞问题，但是存在两段汽提系统耦合较大，控制和调节措施较少，运行不稳定的问题，且在此专利的酸性气中仍然存在大量的H20、NH3、CO2, H2S,酸性气在经过二氧化碳汽提塔冷凝器后，由于温度较低，会有冷凝液冷凝出来，此处化学腐蚀非常严重。
[0003]根据工厂调研发现，在已经运行的工业装置中，上述两种流程配置的冷凝液汽提装置均出现不同程度的腐蚀，尤其是塔顶冷凝器走汽提尾气的管侧(工艺介质)换热管下段以及下管板腐蚀较为严重。一般1-2个月就必须停车进行维修，严重影响了全厂的连续运行。
[0004]因此，如何在提高含氨酸性冷凝液汽提系统的稳定性、节能降耗、降低设备投资的同时，彻底解决汽提塔及相关装置中管道及管板的严重腐蚀问题仍是技术人员急需解决的目标。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、操作控制灵活、系统稳定性好、节能降耗、最大程度减少汽提系统的腐蚀性问题发生，延长设备使用寿命的含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法。
[0006]技术方案包括所述冷凝液包括高温冷凝液、中温冷凝液和低温冷凝液，所述汽提塔由下至上包括三段，分别为高温冷凝液汽提段、中温冷凝液汽提段和低温冷凝液汽提段，所述高温冷凝液、中温冷凝液和低温冷凝液分别对应送入汽提塔的高温冷凝液汽提段、中温冷凝液汽提段和低温冷凝液汽提段，塔顶的汽提气经塔顶冷凝器降温至85°C -90°C后送入焚烧炉；所述高温冷凝液汽提段设再沸器，并以低压蒸汽作为热源对冷凝液进行汽提，中温汽提段和低温汽提段以高温冷凝液汽提段产生的高温闪蒸气作为热源，并通入低压氮气进行汽提；其中，所述塔顶冷凝器为设于汽提塔顶部的立式冷凝器，所述塔顶冷凝器包括上管箱及换热段，所述换热段被中间管板分隔成上、下两段，下段为保温段，通入保温水使冷凝器下管板的温度保持在85-95°C，上段为冷却段，通入冷却水使汽提气温度降至80-100°C，所述下段保温段的换热管下端伸出下管板平面30-50mm，换热管内产生的冷凝液直接向下流入汽提塔内。
[0007]所述汽提塔内还通入惰化剂，使汽提气中的氧气干气浓度应不超过体积百分数
3% ο
[0008]所述塔顶冷凝器的上管箱内设有喷淋装置，在开/停车工况下，通入冲洗水对塔顶冷凝器进行冲洗。
[0009]所述塔顶冷凝器的上管箱及其出口与焚烧炉连接的管道上均设有蒸汽伴热管，控制蒸汽伴热管内蒸汽温度高于汽提气温度15-25°C。
[0010]所述保温水采用汽提塔塔底的冷凝液。
[0011 ] 所述冲洗水采用汽提塔塔底的冷凝液。
[0012]所述高温冷凝液温度为150°C -180°c，中温冷凝液温度为60°C -90°C，低温冷凝液温度为30°C -50°C ;控制汽提塔内高温冷凝液汽提段的操作温度为100-200°C、中温冷凝液汽提段的操作温度为60-90°C，低温冷凝液汽提段的操作温度为40-60°C。
[0013]出塔顶冷凝器的保温水送入汽提塔的中温冷凝液汽提段。
[0014]发明人对汽提工艺流程进行了深入研究分析，对于系统能耗高的问题，发明人认为由于不同环节产生的冷凝液的温度不同，若一起进入汽提塔中进行汽提则会导致消耗的热能过高的问题，而若将冷凝液根据其温度不同进行区分，分段进入汽提塔中，不仅能够很好的利用冷凝自身的热能，而且还可以利用下段冷凝液汽提生成的闪蒸汽作为上段冷凝液汽提的全部或部分热源，从而可以大幅减少外来热源的使用量，达到节能降耗的作用。
[0015]进一步的，为了彻底解决冷凝液腐蚀及堵塞的问题，发明人对多个常发腐蚀处进行了研究，发现最易腐蚀及堵塞的位置主要集中在塔顶的冷凝器以及汽提气(又称尾气)传输的管道上，而普通的塔顶冷凝器通常仍旧是通过管道与汽提塔塔顶连接，这样极易使冷凝液储留在连接的管道及下管箱中发生腐蚀，因此，发明将塔顶冷凝器直接置于汽提塔塔顶，并取消下管箱，使冷凝器与汽提塔不经管道直接连通，汽提气上升塔顶后直接经下管板进入换热管内，这样直接解决了冷凝液储留在管道及下管箱中造成的管道腐蚀和堵塞；但这样又带来一个新的问题，由于取消了下管箱，则汽提气上升后直接冲刷下管板的底面，而下管板的顶面直接与换热段的冷却水接触，局部壁面温度会显著降低，使汽提气中的冷凝液被析出并附着于下管道的底面，产生腐蚀等问题，针对此问题，发明人对冷凝器的结构进行了改进，根据化学分析，此类铵盐结晶物在85°C以上均会被分解的特点，因此使局部管道或管板的平均温度超过85°C可以避免此问题的发生，基于此，发明人考虑通过中间管板将原有换热段分为上、下两段，与下管板接触的保温段内通入保温水对汽提气进行初步降温，同时使下管板的壁面温度保持在85-95°C，以避免汽提气中含有的水蒸汽被冷凝出来造成腐蚀以及NH4HS、NH4HC03和氨基甲酸铵等铵盐结晶物的析出，汽提气经下段的保温段初步降温后再上升，进入冷凝器上段的冷却段，在此段中通入冷却水对汽提气进一步冷却降温至80-100°C再出冷凝器，由于受汽提气直接冲刷的下管板湿度保持在冷凝温度以上，因而此处的改进同时解决了汽提气降温和防腐的问题。
[0016]进一步的，由于冷凝器取消了下管板，换热管内汽提气冷凝出的冷凝液可直接沿换热管向下落入气提塔内，这又带来一个问题，由于通常换热管的下端与下管板平齐或仅伸出2-3_，冷凝液下落出换热管时，容易聚集在换热管下端出口的周围，并沿着下管板底面分散，进一步导致下管板的腐蚀。针对此问题，发明人经过了多年实验论证，发现将换热管的下端伸出下管板平面30-50_，就可以使从换热管流出的冷凝液直接下落而不会扩散至下管板底面，从而全面避免冷凝液与下管板的接触，解决下管板腐蚀的问题。
[0017]进一步的，为了避免上管板及输出汽提气的管道的腐蚀和堵塞问题，需要对上管箱及其出口与焚烧炉连接的管道上均设有蒸汽伴热管，控制蒸汽伴热管内蒸汽温度高于汽提气温度15-25°C，均布的蒸汽伴热管能够使防止管壁的温度过低，避免汽提气与管壁接触的局部产生冷凝液。优选所述上管箱的蒸汽伴热管的管间距不应超过150mm，以保证伴热效果O
[0018]由于在开/停车工况下汽提塔内温度的不稳定，极易产生冷凝液，因此在冷凝器的上管箱加装喷淋装置，通过喷入冲洗水，起到稀释冷凝液，避免其局部储留的目的。
[0019]对于汽提后的汽提气处理，通过将汽提气送入焚烧炉内与燃料气和氧气混合燃烧，可以达标排放。
[0020]基于汽提塔底部冷凝液的温度较高，该部分冷凝液可部分回用作为保温液和冲洗水回送入汽提塔内，进一步达到节能降耗的目的。
[0021]有益效果:
[0022](I)将不同温度等级的冷凝液进行分段处理，流程配置更加合理，装置的能耗更低；
[0023](2)中温冷凝液汽提段采用低压氮气汽提，降低了塔底低压蒸汽的消耗，也相应降低了汽提尾气中腐蚀性组分的浓度，一定程度上减少了腐蚀的可能性及腐蚀强度；
[0024](3)引入惰化剂控制汽提气中的氧化浓度,从而加强了汽提系统包括设备和管道的抗腐蚀能力；通过设置冲洗管线，可以有效解决开/停车工况下高浓度工艺冷凝液的局部累积，延长设备使用周期。
[0025](4)将立式塔顶冷凝器直接置于汽提塔顶部，采用两段换热结构的塔顶冷凝器，并巧妙采用换热管的伸出下管板长度为30-50mm的特殊结构，降低工艺冷凝液中腐蚀性成分的积聚，有效解决现有运行装置中换热管和管板腐蚀的问题；
[0026](5)通过设置蒸汽伴热管对塔顶冷凝器的上管箱和输送汽提气的管道进行蒸汽伴热，进一步避免腐蚀问题和结果问题的发生，提高了系统的可靠性；[0027](6)本发明工艺简单、流程控制和调节相对比较灵活，操作简便、系统稳定性好、节能降耗、最大程度减少汽提系统的腐蚀性问题发生，大大延长了设备使用寿命，采用本发明工艺，可降低蒸汽消耗40%，系统年连续运行SOOOh后，管板及管道也不会出现腐蚀及堵塞问题发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明工艺流程图及汽提塔的结构示意图。
[0029]图2为塔顶冷凝器的结构示意图。
[0030]图3为上管箱的蒸汽伴热管的安装示意图。
[0031]其中，1-汽提塔、2-塔顶冷凝器、2.1-上管箱、2.2-保温段、2.3_冷却段、2.4_换热管、2.5-上管板、2.6-中间管板、2.7-下管板、2.8-喷淋装置、3-低温冷凝液汽提段、
4-中温冷凝液汽提段、5-高温冷凝液汽提段、6-再沸器、7-蒸汽伴热管、8-焚烧炉。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明工艺作进一步解释说明:
[0033]本发明汽提塔I由下至上包括三段，分别为高温冷凝液汽提段5、中温冷凝液汽提段4和低温冷凝液汽提段3，所述高温冷凝液汽提段5内设有再沸器6。所述汽提塔I的塔顶设有塔顶冷凝器2，所述塔顶冷凝器包括上管箱2.1及与上管箱2.1连接的换热段，所述换热段被中间管板2.6分隔成下段的保温段2.2和上段的冷却段2.3，所述换热段的换热管2.4的上端经上管板2.5与上管箱连通，下端与汽提塔I连通并伸出下管板2.7平面高度L为30-50mm，所述上管箱2.1内设有喷淋装置2.8，所述塔顶冷凝器2的出口经管道与焚烧炉8连接。所述塔顶冷凝器2的上管箱2.1及与焚烧炉8连接连接管道上均设有蒸汽伴热管7。
[0034]工艺过程:
[0035]以某工厂为例，采用煤为原料制备合成氨，一氧化碳变换工序产生的冷凝液分为3股，具体如下:
[0036]
【权利要求】
1.一种含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法，其特征在于，所述冷凝液包括高温冷凝液、中温冷凝液和低温冷凝液，所述汽提塔由下至上包括三段，分别为高温冷凝液汽提段、中温冷凝液汽提段和低温冷凝液汽提段，所述高温冷凝液、中温冷凝液和低温冷凝液分别对应送入汽提塔的高温冷凝液汽提段、中温冷凝液汽提段和低温冷凝液汽提段，塔顶的汽提气经塔顶冷凝器降温至85°c -90°c后送入焚烧炉；所述高温冷凝液汽提段设再沸器，并以低压蒸汽作为热源对冷凝液进行汽提，中温汽提段和低温汽提段以高温冷凝液汽提段产生的高温闪蒸气作为热源，并通入低压氮气进行汽提；其中，所述塔顶冷凝器为设于汽提塔顶部的立式冷凝器，所述塔顶冷凝器包括上管箱及换热段，所述换热段被中间管板分隔成上、下两段，下段为保温段，通入保温水使冷凝器下管板的温度保持在85-95°C，上段为冷却段，通入冷却水使汽提气温度降至80-100°C，所述下段保温段的换热管下端伸出下管板平面30-50mm，换热管内产生的冷凝液直接向下流入汽提塔内。
2.如权利要求1所述的含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法，其特征在于，所述汽提塔内还通入惰化剂，使汽提气中的氧气干气浓度应不超过体积百分数3%。
3.如权利要求1所述的含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法，其特征在于，所述塔顶冷凝器的上管箱内设有喷淋装置，在开/停车工况下，通入冲洗水对塔顶冷凝器进行冲洗。
4.如权利要求1所述的含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法，其特征在于，所述塔顶冷凝器的上管箱及其出口与焚烧炉连接的管道上均设有蒸汽伴热管，控制蒸汽伴热管内蒸汽温度高于汽提气温度15-25°C。
5.如权利要求1-4任一项所述的含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法，其特征在于，所述保温水采用汽提塔塔底的冷凝液。
6.如权利要求3所述的含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理系统，其特征在于，所述冲洗水采用汽提塔塔底的冷凝液。
7.如权利要求1所述的含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法，其特征在于，所述高温冷凝液温度为150°C _180°C，中温冷凝液温度为60°C _90°C，低温冷凝液温度为300C -500C ;控制汽提塔内高温冷凝液汽提段的操作温度为100-200°C、中温冷凝液汽提段的操作温度为60-90°C，低温冷凝液汽提段的操作温度为40-60°C。
8.如权利要求1所述的含氨酸性冷凝液的汽提系统及尾气的处理方法，其特征在于，出塔顶冷凝器的保温水送入汽提塔的中温冷凝液汽提段。
【文档编号】B01D3/42GK103785193SQ201410025974
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】李大振 申请人:湖北华庆石化设备有限公司