关于制氢装置凝液水质调整的探讨

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[摘要]克拉玛依石化公司制氢装置在实际生产中，转化凝液的水质不能够达到回用指标。通过对汽提塔结构、凝结水量、凝结水温度、磷酸盐加药量等影响因素的分析，经过一段时期的调整，转化凝液实现回收利用，降低了生产成本。

[关键词]制氢 凝结水 汽提 影响因素

中图分类号T061 文献标识码

1.概述

克拉玛依石化公司制氢装置采用水蒸汽转化原理，将原料天然气转化为一氧化碳、二氧化碳、氢气后，再经过PSA系统提纯，达到生产氢气的目的。

为了充分利用原料天然气中的烃类，装置在转化炉管进口前引入远高于化学反应式计量系数的水蒸汽。过剩的水蒸汽在转化反应后随着温度的逐级降低，以工艺凝结水的方式在分液罐中从工艺介质中分离出来。这部分凝结水量很大，且溶有较多的二氧化碳，经过汽提塔汽提，将凝液中的酸性物质分离出来，得到合格的凝结水送往下游车间回收利用。

2.凝结水汽提原理

2.1 汽提原理

气提是一个物理过程，它采用一个气体介质破坏原气液两相平衡而建立一种新的气液平衡状态，使溶液中的某一组分由于分压降低而解吸出来，从而达到分离物质的目的。

如：A为液体，B为气体，B溶于A中达到气液平衡，气相中以B气相为主（P=PA+PB），加入气相汽提介质C时，气相中A、B的组分均降低（即P=PA+PB+PC）从而破坏了气液平衡，A、B物质均向气相扩散，但因气相中以B为主，趋于建立一种新的平衡关系，故大量B介质向气相中扩散，从而达到气液相分离目的。通过控制气提介质的量可以控制气提程度。

2.2 凝结水汽提原理

脱除凝结水中二氧化碳有两种方法： ①引入惰性介质以降低气相中二氧化碳的分压； ②提高凝结水的温度，以增加凝结水中二氧化碳的饱和蒸汽压。

3.汽提塔控制参数介绍

本装置对凝结水的控制指标为：电导率

电导率是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。当施加电压于导体的两端时，其电荷载子会呈现朝某方向流动的行为，因而产生电流。电导率是以欧姆定律定义为电流密度和电场强度的比率。

对于凝结水来说，电导率的高低相依于其内含溶质盐的浓度，或其它会分解为电解质的化学杂质。本装置在实际生产中，汽提塔操作参数的变化会直接影响到凝结水的电导率。

4.影响汽提塔操作的因素

4.1汽提塔结构

对于本装置来说，凝结水汽提塔的液相部分为转化系统产生的大量凝液，汽提介质即为塔中部通入的0.8MPa蒸汽。

一般情况下，凝液进汽提塔的温度在25℃左右，控制塔顶压力在0.12MPa左右。本装置汽提塔为一段汽提，装有两层填料。塔高8416mm，直径1000mm，壁厚8mm，进料口距塔顶883mm，蒸汽进口距塔顶3983mm。原设计为汽提塔顶部排出的不凝气，从塔顶经过换热器后入转化炉对流段焚烧，实际操作过程中发现气温较低时（尤其是冬季），不凝气排放不畅，造成汽提塔顶部压力难以控制，影响水质的调整。经过分析改造后，改变了不凝气的排放方式，将不凝气改为在汽提塔顶直接高点放空，保证了塔顶压力的正常控制。同时底部的水经过液位调节阀后进入凝结水罐，再用泵送至公司循环水车间。

4.2 装置凝结水量

由于装置在转化炉管进口前引入远高于化学反应式计量系数的水蒸汽，随着装置负荷变化，配水碳比蒸汽量也跟着做调整，未发生反应的水蒸汽冷凝后形成的凝液量也会随着蒸汽量的变化而发生变化。当转化炉入炉蒸汽量增加时，凝液量也会相应增加，凝结水汽提塔的原料量就会增加，从而影响到汽提塔的操作。此时需要根据汽提塔的进料量调整汽提蒸汽，一般情况下，进料量与汽提蒸汽成正比调节比较好，既可以保证凝液合格，也能达到节能降耗的目的。

4.3 汽提塔进料温度

由于水蒸汽汽提的原理是提高凝结水中二氧化碳的饱和蒸汽压，并降低气相中二氧化碳分压而脱除的，故汽提塔的进料温度是一个比较关键的控制参数。下列就凝结水进塔时的温度与汽提效果做一个模拟比较。在进塔前混合凝结水的温度低于100℃时，要达到指标要求的二氧化碳浓度，需要蒸汽量远高于进塔前混合凝结水的温度高于100℃时的蒸汽量。此前本装置凝结水的进塔温度为25℃，使得作为惰性介质的汽提蒸汽量变大，不利于汽提塔的操作，同时达不到节能降耗的要求。后经过调整，提高凝结水进料温度，降低汽提蒸汽量后，凝结水仍然合格，达到了节能的效果。

4.4 锅炉水磷酸盐加入量

本装置使用的配水碳比蒸汽与汽提塔采用的汽提蒸汽，都是由转化系统的两个废热锅炉产生的。由于控制锅炉水指标需加入磷酸盐，所以用于配水碳比的3.5MPa蒸汽与用于汽提的0.8MPa蒸汽中也会含有磷酸根。实践表明，锅炉水中磷酸盐含量的多少会对凝结水汽提的合格情况造成很大影响。见下表：

表1一周中凝结水与锅炉水分析对比

项目 锅炉水磷酸根 凝结水电导 凝结水PH

周一 12.5 44 9.5

周二 8.8 39 9

周三 2.1 36 8.9

周四 2.9 32 9.52

周五 15 46 9.8

周六 16.8 46 9.8

周日 0 30 9.48

表中是实际操作中一周之内汽提后的凝结水与锅炉水的分析结果，在此期间汽提塔的控制参数均未做调整。从上表的结果可以看出，锅炉水的磷酸根大小，直接影响到凝结水汽提之后的电导率，而锅炉水也是有控制指标的。因此在保证锅炉水合格的前提下，要同时保证凝结水合格，就需要对锅炉水加磷酸盐量及汽提蒸汽量做出相应的调整。

经过一段时间的实践，发现对汽包进行间歇性定量加药，可以使锅炉水磷酸根及汽提塔凝液同时达到标准。

5.结论

通过分析各种影响因素，以及对汽提塔的改造和操作调整，我装置凝结水已达到外送要求。生产实践表明，本装置对凝结水汽提塔的改造及操作调整都是必要且有效的。

参考文献

[1]王义东 酸性水汽提装置的改造与运行 黑龙江石油化工 2000

[2]戴文松 制氢装置工艺凝结水汽提方案的探讨 北京 1995