含硫污水汽提塔的模拟与优化李柏春，杨刚，吕建华，李春利（河北工业大学化学工程研究所，天津300130）污水汽提塔进行模拟计算，并分析和计算热冷进料的配比、污水中氨与硫化氢的浓度、侧线采出位置及热进料温度对全塔的影响，优化出该塔的最佳操作条件，模拟计算结果与生产实际相符合，以此优化的操作条件指导济南石化等八家企业的扩产改造取得良好的效果。

　　原油加工过程中，常减压蒸馏、催化裂化及加氢裂化等工艺装置都要排出大量含硫污水。随着国内各炼油厂生产规模不断扩大及进口原油含硫量比较高，使得含硫污水的处理量及污水中H S和的浓度均大幅增加，加之污水排放标准不断提高，这在客观上要求厂家对已有的污水汽提塔进行改造或扩建。

　　含硫污水主要含H 3，含硫污水汽提塔的作用就是分离污水中的H 3，制取硫磺和液氨，处理后的污水达到排放标准或作工艺水回用。目前国内各炼油厂普遍采用单塔或双塔流程，其中单塔比双塔流程能耗低，应用较多。以前对此塔的模拟计算普遍存在着忽略物系中二氧化碳的影响及所选物系中氨、硫化氢浓度过低的问题，不符合实际生产，而通过模拟计算对汽提塔进行优化设计和操作，以前无人涉及。本文针对单塔流程进行模拟和优化，以此结果指导该塔的扩产改造，已在济南石化、锦州石化、湖南长岭石化和洛阳石化等8家企业成功应用1含硫污水单塔汽提的流程和原理污水汽提工艺是一个集化学、电离和相平衡共存的复杂体系。单塔侧线流程见图1，是利用一座塔来完成污水净化并分离H的任务，该塔分三段，待处理污水分成冷、热两部分分别进入塔内。

　　热进料经与侧线抽出气体、塔底净化水换热，进塔温度可达150 e左右，此温度大大超过硫化氢铵电离反应与水解反应的拐点温度（　e ） ，都以游离的分子态存在于热料中。35 e左右的冷进料自塔顶进入，在塔顶得到纯度高的酸性气，可进硫磺回收装置回收硫磺，或去火炬焚则向塔中部集聚，由塔中部侧线气相采出，再经三段分凝装置制取液氨。塔底直接通入过热水蒸气，或由再沸器间接加热，塔底温度为160 e左右，净化水由塔底排出。

　　1汽提塔 2、3、4一级、二级、三级分凝器5、6换热器 7、8、9一级、二级、三级冷凝冷却器10原料泵 11换热器李柏春等含硫污水汽提塔的模拟与优化2含硫污水汽提塔的模拟计算含硫污水汽提塔所处理物系具有以下特点：相平衡常数随水溶液的易挥发组分的含量和其中弱碱与弱酸的分子比呈现复杂变化，而且变化范围大弱电解质的挥发性与水的挥发性差异极大。计算中使用三对角矩阵法。

　　针对该算法在非理想物系计算时收敛困难的情况，通过经验估计塔的汽相浓度和液相浓度，用此估计值反过来计算相平衡常数，目的是给出相对合理的初值，利于收敛，采用广义逆矩阵求汽相浓度的计算值，这样避免了求稀疏矩阵时矩阵条件数太大的问题。

　　把处理离子离子相互作用获得成功的半经验Pitzer方程用于同时含有离子和分子两类溶质的弱电解质体系，作出了具有开创性的工作。之后， Wilson [ 9]，周家驹等人对此类热力学平衡计算进行了深入的研究，其中周家驹以Edwards模型为基础对活度系数方程作了修正，对计算NH O两种物系准确度大大提高，但没有对NH O四元物系进行计算，对模拟污水汽提塔具有其局限性，本文利用已发表的实验数据及工厂数据对Edwards模型中的三元离子作用参数进行了回归，使得模型更适合该塔的计算。

　　利用济南炼油厂提供的原料数据进行模拟，基本条件。模拟的计算结果中每层理论塔板上氨、硫化氢汽相浓度见图2，由图可看出在汽提塔的中部形成氨的集聚区，即出现氨峰的原因是顶部的低温，底部的高温和侧线作用，这是单塔侧线流程能够通过一座汽提塔，完成污水净化及分离H的关键。模拟计算结果与济南石化提供的标定数据基本吻合，。

　　给定条件理论板数： 26塔底设再沸器冷进料热进料塔顶放空气侧线采出塔底净化水塔底压力0. 63MPa原料组分原料质量浓度/ 项目标定数据工艺要求计算数值温度塔顶/ e不大于45填料段/ e塔底/ e侧线抽出/ e净化水含量不大于100硫化氢/ mg/ L不大于20 3含硫污水汽提塔的优化本文通过模拟计算不同的热冷进料配比、进料浓度、热进料温度及侧线抽出口位置对净化水氨浓度指标及蒸汽单耗的影响，找到该塔的适宜操作工况，以期对汽提塔的设计和实际操作提供一定的理论依据和指导。

　　3. 1热冷进料配比的影响保持其他条件不变，固定侧线采出位置及侧线采出量，进行不同热冷配比的计算，从图3可以看出如果改变热冷配比，对塔底氨浓度、蒸汽单耗的影响。本文将塔底氨浓度、蒸汽单耗作为目标变量，确定目标函数，利用有约束非线性规划中的SQP方法进行分析得出热冷配比在4. 07比较好。

　　3. 2进料浓度的影响在其他条件同上，塔底氨浓度保持在50mg/ L时改变进料的NH及H S浓度，固定进料硫化氢质量百分浓度在2. 0、1. 6、1. 0、0. 6时从大到小改变进料氨的浓度时计算热负荷的变化，模拟结果见图4.图中蒸汽单耗随进料浓度的增大而提高，这与以往定性分析的结论相同，当氨浓度不变时，随着硫化氢浓度的减少，能耗随之降低。分析认为硫化氢的脱除是在该塔的填料段，它的浓度高会造成塔顶酸性气增多，通过全塔热量衡算可知，此时导致蒸汽单耗增加。

　　3. 3热进料温度的影响在进料浓度、塔顶放空量、侧线采出位置不变的情况下，保持塔底的氨浓度在50mg/ L时，热进料温度与蒸汽单耗的关系见图5，随着热进料温度的提高，蒸汽单耗减少，每提高1 e ，蒸汽单耗降3. 4侧线采出位置的影响进料浓度、塔顶放空量、侧线采出量皆不变，仅改变侧线采出位置，模拟结果。其他条件不变，侧线采出位置越高，净化水的氨浓度越低。

　　但侧线采出位置在8板以上时，塔顶的汽相氨浓度较高，容易与硫化氢反应，造成塔顶排空管堵塞的现象。经计算在全塔理论板为26板（其中填料段为5块理论板）时，在9 ） 11板侧线采出效果比较理想。目前各厂运行的塔实际塔板在36 ） 44层，侧线采出位置在18 ） 26层（自下向上数） ，而计算结果是在实际板的22 ） 26层效果比较好。在对洛阳石化总厂污水汽提塔的改造中将侧线采出位置由第18层提高到22层，效果很好。

　　侧线采出位置（理论板）塔顶硫化氢质量浓度/ 塔底NH浓度蒸汽单耗4结论对含硫污水单塔汽提过程进行优化，得出如下结论：（ 1）虽然加大热冷比可以减低蒸汽单耗，但这是在降低净化水质量的前提下，兼顾二者，比较合适的配比选在4. 0左右。

　　（ 2）通过分析计算绘制了进料浓度与蒸汽单耗的关系图，设计和操作时可依据图确定大致的蒸汽单耗。

　　（ 3）从热进料到塔底实际塔板数在40 ） 44板，而侧线采出位置应在22 ） 26板为宜。

　　（ 4）热进料温度每提高1 e ，蒸汽单耗降低=下转第77页李柏春等含硫污水汽提塔的模拟与优化=上接第57页李柏春，等。炼油厂含硫污水汽提塔技术改造[ J] .

　　李柏春，等。立体传质塔板在含硫污水汽提塔扩产改造中的应用[ J ] .石油炼制与化工， 2000， 31周家驹，许志宏。挥发性弱电解质水溶液三元系的汽液平衡）） ） NH陈庚华，韩世钧。氨、硫化氢、二氧化碳挥发性弱电解质水溶液的性质[ J] .石油学报（石油加工） ，纳米材料的光学特性及在外墙涂料中的应用由于纳米粒子粒径小，表面分散率高，对不同波长的光线会产生不同的吸收、反射、散射等作用。纳米粒子粒径远远小于可见光的波长（ 400） 750nm） ，具有透过作用，从而保证纳米复合涂层具有较高的透明性。不同粒径的纳米材料对光的散射和反射效应不同，可产生随入射光角度不同的变色效应。粒度 300nm的纳米材料具有可见光反射和散射能力，它们在可见光区是透明的，但对紫外光具有很强的吸收和散射能力，当然吸收能力还与材料的结构有关，与纳米材料的表面催化特性相结合，赋予SiO、ZnO等纳米填充的涂料以消毒杀菌和自清洁作用。用于外墙涂料可提高耐候性和抗污染能力。某些粒径 100Lm的纳米材料对放射性A、C射线具有吸收和散射作用，可提高涂层防辐射的能力，在内墙涂料中可起到防氡气的作用。

　　张利斌等流化床内多相流动模拟研究进展