CN103408084A - 内置石墨冷凝器的单塔全吹出工艺凝液汽提工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内置石墨冷凝器的单塔全吹出工艺凝液汽提工艺，在汽提塔内顶部设置石墨冷凝器，工艺凝液进入汽提塔，在塔底热源的汽提作用下，自下向上流动的气相与自上向下流动的液相进行热质交换，工艺凝液中溶解的气体和水蒸汽进入石墨冷凝器部分冷凝，冷凝下来的液相依靠重力作用返回汽提塔，未冷凝的气相在塔顶出汽提塔进入下游装置或火炬系统，经过汽提的工艺凝液在塔底出汽提塔去其他装置循环利用或去废水厂进一步处理。本发明工艺解决了工艺凝液汽提装置普遍存在的腐蚀问题，而且简化了流程，节约了投资，更易于操作。

Description

内置石墨冷凝器的单塔全吹出工艺凝液汽提工艺

技术领域

本发明涉及一种工艺凝液汽提工艺，特别是涉及一种内置石墨冷凝器的单塔全吹出工艺凝液汽提工艺。

背景技术

工艺凝液在化工、石化及炼油等行业中广泛存在，来源于工艺气体中的水蒸汽，由于工艺气体温度降低，工艺气体中的水蒸气凝结产生了工艺凝液。工艺凝液中绝大部分是水，还有部分工艺凝液的温度较高，含有大量的热量，在当前水资源、能源日趋紧张的大背景下，循环利用工艺凝液势在必行。工艺凝液中或多或少的都含有可溶解气体，溶解的气体因工艺气体不同而不同，如煤基合成气变换工艺凝液中含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、氰化氢、羰基硫等气体。在工艺凝液循环利用之前，必须将其中溶解的气体分离出来，工艺凝液汽提就成了工艺凝液循环利用的重要过程。

目前，典型的工艺凝液汽提工艺流程是：自汽提塔顶部的气相通过管道进入外置的冷凝器，气相在冷凝器内部分冷凝，冷凝下来的液相进入回流罐，经回流泵升压返回汽提塔顶部，未冷凝的气相进入下游装置或火炬系统。流程的塔顶冷凝及回流系统包括冷凝器、回流罐、回流泵及相关的管道均由金属材质制成，存在的主要问题是腐蚀问题。比如，神华宁煤集团煤制烯烃一期工程的变换工艺凝液汽提装置，因腐蚀的原因，外置的金属冷凝器E-45803A/B完全报废，于2012年7月更换后，仅使用了5个月再次出现因腐蚀发生的泄露问题；再如神华包头项目，汽提装置外置的金属冷凝器仅运行了60天，550根换热管腐蚀穿孔28根，运行90天后该冷凝器完全报废。上述厂家均进行了大量研究工作，试验了包括不锈钢316L、哈氏合金等在内的多种耐腐蚀金属材料，效果均不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是工艺凝液汽提装置普遍存在的腐蚀问题，为达上述目的，本发明提出了一种内置石墨冷凝器的单塔全吹出工艺凝液汽提工艺。

在汽提塔内顶部设置石墨冷凝器，工艺凝液进入汽提塔，在塔底热源的汽提作用下，自下向上流动的气相与自上向下流动的液相进行热质交换，工艺凝液中溶解的气体和水蒸汽进入石墨冷凝器部分冷凝，冷凝下来的液相依靠重力作用返回汽提塔，未冷凝的气相在塔顶出汽提塔进入下游装置或火炬系统，经过汽提的工艺凝液在塔底出汽提塔去其他装置循环利用或去废水厂进一步处理。

本发明工艺通过汽提塔内顶部设置石墨冷凝器的方法，省掉了现有典型流程中的冷凝器、回流罐、回流泵及相关的管道，消除了腐蚀发生的部位。

本发明工艺，其中所述汽提塔是化工、石化及炼油等行业中常见的分离设备，可以采用板式塔，也可以采用填料塔。汽提塔内部设置的冷凝器采用石墨换热器，石墨换热器是传热组件用石墨制成的换热器，制造换热器的石墨具有不透性﹐常用浸渍类不透性石墨和压型不透性石墨，石墨换热器耐腐蚀性能好﹐传热面不易结垢﹐传热性能良好。

本发明工艺，其中所述工艺凝液在化工、石化及炼油等行业中广泛存在，来源于工艺气体中的水蒸汽，由于工艺气体温度降低，工艺气体中的水蒸气凝结产生了工艺凝液。工艺凝液中或多或少的都含有可溶解气体，溶解的气体因工艺气体不同而不同，如煤基合成气变换工艺凝液中含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、氰化氢、羰基硫等气体。本发明工艺可用于各种工艺凝液，用于分离出工艺凝液中溶解的气体，尤其适用于有较强腐蚀性的工艺凝液，比如含有二氧化碳、硫化氢、氨、氰化氢及氯离子等的工艺凝液。

为了保持进入汽提塔的工艺凝液的流量稳定，本发明优选的工艺是：自上游装置的工艺凝液经缓冲罐缓冲，进汽提塔的工艺凝液流量稳定，可以保证汽提塔稳定操作。工艺凝液在缓冲罐中可以部分分离出溶解的气体，分离出溶解的气体后，工艺凝液在预热升温过程中可以避免出现两相流而影响换热效果，同时还可以避免两相流损坏工艺凝液预热器。

为了降低汽提塔塔底热源的消耗，本发明还可优选的方案是：工艺凝液进入汽提塔之前经过预热过程，一种方案是：塔底换热方案，即工艺凝液进入汽提塔之前与出汽提塔底部的经过汽提的工艺凝液换热；另一种方案是：塔顶换热方案，即工艺凝液进入汽提塔之前流经塔内顶部设置的石墨冷凝器与塔内气相换热。在下游装置需要常温的汽提后工艺凝液的情况下，例如，汽提后工艺凝液送到废水处理厂，预热热源选择自汽提塔底部的经汽提的高温工艺凝液（即采用第一种预热方案）；在下游装置需要高温的汽提后工艺凝液的情况下，例如，汽提后工艺凝液去其他装置循环利用，工艺凝液可以流经汽提塔内顶部内置的石墨冷凝器与塔内气相换热升温（即采用第二种预热方案）。

在汽提塔塔底热源是水蒸汽的情况下，本发明有两种汽提方案，一种方案是：直接蒸汽汽提方案，即蒸汽直接通入汽提塔底部，直接给汽提塔提供热源；另一种方案是：间接蒸汽汽提方案，即在汽提塔底部设置再沸器，蒸汽通入再沸器，间接给汽提塔提供热源。在汽提后工艺凝液去其他装置循环利用的情况下，推荐采用直接蒸汽汽提方案（即采用第一种汽提方案），直接蒸汽汽提方案可以省掉汽提塔再沸器及蒸汽凝液回收相关的设备，降低设备投资，简化装置操作，汽提塔消耗的蒸汽产生的蒸汽凝液混入汽提后工艺凝液，在下游装置循环利用；在汽提后工艺凝液不能被其他装置循环利用的情况下，如汽提后工艺凝液去废水处理厂进一步处理，推荐采用间接蒸汽汽提方案（即采用第二种汽提方案），间接蒸汽汽提方案可以减少废水排放，减少汽提蒸汽消耗，而且能够回收汽提塔消耗的蒸汽产生的高品质蒸汽凝液。

本发明工艺，为提高汽提效率，汽提塔的操作压力应该尽量低，一般在0.01～0.20MPaG之间，优选在0.05～0.15MPaG之间，但必须满足下游装置或火炬系统的压力要求。

本发明工艺，其中所述汽提塔塔内气相在石墨冷凝器内的冷凝温度应控制在合适的范围内，冷凝温度过高，出汽提塔的气相含有的水蒸气过多；冷凝温度过低，会导致汽提塔壳体和汽提塔内件腐蚀加重，还有会结晶盐出现，堵塞石墨冷凝器及管道。石墨冷凝器的冷凝温度一般控制在70～110℃之间，优选在85～93℃之间。

本发明工艺，为避免自汽提塔顶至下游装置或火炬系统的气相在管道内冷凝，避免管道腐蚀，管道优选采取伴热措施，保持气相温度一直处于气相露点温度（即石墨冷凝器的冷凝温度，或气相出汽提塔时的温度）以上，不得有凝液产生。

附图说明

图1为本发明内置石墨冷凝器的单塔全吹出工艺凝液汽提工艺的示意图（间接蒸汽汽提塔底换热方案）；

图2为本发明内置石墨冷凝器的单塔全吹出工艺凝液汽提工艺的示意图（直接蒸汽汽提塔顶换热方案）；

附图标记说明：1-顶部内置石墨冷凝器的汽提塔；2-石墨冷凝器；3-汽提后工艺凝液输送泵；4-汽提塔再沸器；5-工艺凝液预热器；6-工艺凝液冷却器。

具体实施方式

以下是实施例及其试验数据等，但本发明的内容并不局限于这些实施例的范围。

实施例1

实施背景：煤基合成气变换工艺凝液经汽提处理后并冷却至常温送废水厂进一步处理，汽提出来的气相（含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、氰化氢、羰基硫等气体）送硫回收装置回收硫磺。

结合实施背景分析，由于汽提后工艺凝液需要冷却至常温送入废水厂进一步处理，为减少废水排放量、降低循环水消耗、降低蒸汽消耗并回收高品质蒸汽凝液，本实施例选用间接蒸汽汽提塔底换热方案，具体工艺流程如图1所示。

变换工艺凝液（含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、氰化氢、羰基硫等气体）首先进入工艺凝液预热器5与来自汽提塔1底部的高温的汽提后工艺凝液换热，然后进入汽提塔1汽提。汽提塔塔底设置再沸器4，采用间接蒸汽汽提方案，可以回收高品质蒸汽凝液并减少蒸汽消耗及塔底废水排放。塔内气相自下向上流动，流经塔顶内置的石墨冷凝器2部分冷凝，石墨冷凝器采用循环水换热，冷凝温度90℃，液相靠重力作用返回汽提塔，气相（含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、氰化氢、羰基硫等气体）出汽提塔进入硫回收装置。为避免不凝气在塔顶管道进一步冷凝出现液相而发生腐蚀，塔顶管道采取蒸汽伴热（或电伴热）措施，温度保持在塔顶气相露点温度（即石墨冷凝器的冷凝温度，或气相出汽提塔时的温度）以上。塔底经汽提的高温凝液与进料工艺凝液换热降温后，在工艺凝液冷却器6内通过循环水进一步降温，而后用汽提后工艺凝液输送泵3升压，送入废水厂进一步处理。

实施例2

实施背景：煤基合成气变换工艺凝液经汽提处理后送煤气化装置循环利用，煤气化装置要求汽提后工艺凝液的温度尽量高，汽提出来的气相（含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、氰化氢、羰基硫等气体）送硫回收装置回收硫磺。

结合实施背景分析，由于汽提后凝液送入煤气化装置循环利用，而且煤气化装置要求温度尽量高，本实施例采用直接蒸汽汽提塔顶换热方案，具体工艺流程如图2所示。

变换工艺凝液（含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、氰化氢、羰基硫等气体）首先进入汽提塔顶部的石墨冷凝器2与汽提塔1内部的气相换热，然后进入汽提塔1汽提。汽提塔塔底采用直接蒸汽汽提方式。塔内气相自下向上流动，流经塔顶石墨冷凝器2部分冷凝，冷凝温度90℃，液相靠重力作用返回汽提塔，气相（含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、氰化氢、羰基硫等气体）出汽提塔进入硫回收装置。为避免不凝气在塔顶管道进一步冷凝出现液相而发生腐蚀，塔顶管道采取蒸汽伴热（或电伴热）措施，温度保持在塔顶气相露点温度（即石墨冷凝器的冷凝温度，或气相出汽提塔时的温度）以上。塔底经汽提的高温凝液用汽提后工艺凝液输送泵3升压，送入煤气化装置循环利用。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种内置石墨冷凝器的单塔全吹出工艺凝液汽提工艺，其特征在于：在汽提塔内顶部设置石墨冷凝器，工艺凝液进入汽提塔，在塔底热源的汽提作用下，自下向上流动的气相与自上向下流动的液相进行热质交换，工艺凝液中溶解的气体和水蒸汽进入石墨冷凝器部分冷凝，冷凝下来的液相依靠重力作用返回汽提塔，未冷凝的气相在塔顶出汽提塔进入下游装置或火炬系统，经过汽提的工艺凝液在塔底出汽提塔去其他装置循环利用或去废水厂进一步处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：工艺凝液进入汽提塔之前经过缓冲罐缓冲，使进入汽提塔的工艺凝液的流量稳定，同时在缓冲罐内部分分离出工艺凝液中溶解的气体。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：工艺凝液进入汽提塔之前，与出汽提塔底部的经过汽提的工艺凝液换热或者流经塔内顶部设置的石墨冷凝器与塔内气相换热，然后再进入汽提塔。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在汽提塔塔底热源是水蒸汽的情况下采用直接蒸汽汽提的方法或采用再沸器间接蒸汽汽提的方法。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：自汽提塔顶至下游装置或火炬系统的气相管线要伴热，保持气相温度一直处于气相露点温度以上，不得有冷凝液产生。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：汽提塔的操作压力在0.01～0.20MPaG之间，优选在0.05～0.15MPaG之间，并且同时满足下游装置或火炬系统的压力要求。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：出汽提塔塔顶的气相的温度控制在70～110℃之间，优选在85～93℃之间。

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