贾金锋，曹法凯，隗小山，刘文虎，佟凤宇，赵 克，薛金召

(湖南石油化工职业技术学院，湖南 岳阳 414012)

酸性水是一种多元水溶液，主要含有氨气、硫化氢和二氧化碳等挥发性组分，同时含有氰化物、酚和油等污染物，必须经过严格处理，使水中的污染物含量达到一定标准后才可以排出，否则会对环境造成较大的危害。这些溶质在酸性水中主要以碳酸氢铵、碳酸铵、硫化氢铵等铵盐的形式存在，这些弱酸弱碱盐在水中溶解后会分别产生游离态氨、硫化氢和二氧化碳分子，而这些又将分别与其气相中的分子呈动态平衡的状态，因此是一个化学平衡体系。所以通过汽提的方式可以起到加热并降低气相中的氨气、硫化氢和二氧化碳分压的双重作用，进而促进酸性水中的氨气、硫化氢和二氧化碳从液相进入气相，最终实现水质的汽提净化[1-3]。

我国酸性水处理大多数采用蒸汽汽提法，称酸性水汽提。某炼油厂酸性水汽提装置，采用单塔加压带侧线抽出技术，设计公称规模一百吨每小时，实际处理量为60.44 t/h，设计年开工时间为8400 h，将酸性水中的硫化氢从塔顶抽出后自压至二部的硫磺回收处理装置，从侧线抽出富氨气体，经三级分凝后得到较纯净的气氨，而后进入氨精制，合格的净化水回流至上游各装置循环使用。为降低酸性水汽提装置的能耗，本文利用 Aspen Plus 流程模拟软件中对酸性水汽提装置进行流程模拟计算，研究了侧线采出量对酸性水汽提装置操作的影响。

1 建立模型

1.1 模拟工艺流程

本模拟工艺流程采用严格计算模块Rad Frca，选用专用于电解质系统的ELECNRTL物性方法，应用电解质向导自动生成电解质组分，选取数据库中的Henry常数表征硫化氢、氨在水中的溶解度(数据库中自带有硫化氢和氨在水中的电离平衡常数)，应用Aspen Plus自带的流程图绘制功能，绘制并建立汽提塔的稳态模型[4-5]。具体模拟流程如图 1所示。

图1 酸性水汽提装置模型流程Fig.1 Acidic water stripping device model process

1.2 模拟物性方法的选择

Aspen Plus软件中模拟流程的具体物性方法可在 Properties-Methods 一栏中选择， ELECNRTL是模拟流程中最通用的基于活度系数模型的电解质物性方法，处理的电解质溶液浓度范围较广[6]。ELECNRTL物性方法主要采用 Redlich-Kwong 状态方程计算熵、密度、焓和吉布斯能等气相参数，采用 NRTL 电解质模型计算吉布斯能、焓和活度系数等液相参数，特别适用于气相非理想程度较低的低压到中压范围的系统[7]。因此，选择 ELECNRTL 方法。

1.3 选用模块可行性验证

表1 酸性水汽提塔模型参数与操作参数对比

以酸性水汽提塔2021年7月9日24:00的标定数据为基础，对酸性水汽提塔进行严格模拟计算，模拟值与基础标定数据对比结果见表1。由表1可知，净化水中硫化氢含量比实际低很多，经分析判断，可能为实际装置净化水中的硫并不是以硫化氢的形式存在，通过汽提方式无法除去；模拟计算结果中净化水中氨含量与基础标定数据吻合程度较高，蒸汽流量模拟值与实际值仅相差0.119 t/h，酸性水汽提塔顶温度模拟值与实际值仅相差0.21 ℃，说明模型较为准确，能够反映装置实际生产运行状况。

2 侧线采出量对汽提装置能耗的影响

针对酸性水汽提塔的蒸汽能耗控制，在保证塔顶酸性气体和塔底净化水产品质量不降低的前提下，对关键控制参数侧线采出量进行综合分析，以确定侧线采出量对酸性水汽提塔各个参数及产品质量的具体影响。

工艺流程模型中通过控制冷热进料比、侧采位置、侧线一级分凝温度和酸性气抽出量不变，分析侧线抽出量对净化水质量、汽提蒸汽量和塔顶温度的影响，结果见表2和图2。

表2 侧线采出量的影响分析

图2 侧线采出量的影响分析Fig.2 Influence analysis of side line recovery

由表2和图2可知，在控制冷热进料比、侧采位置、侧线一级分凝温度和酸性气抽出量不变、总处理量为60.44 t/h情况下，随着侧线采出量的增大，净化水中氨和硫化氢含量会逐渐降低，但汽提蒸汽用量则会逐渐增大。净化水氨含量指标为≯120 mg/L，硫含量指标为≯30 mg/L，而当前净化水氨含量为65 mg/L，硫含量为6.3 mg/L，因此可适当降低侧线采出量。考虑装置综合能耗，对净化水进行卡边操作并保证塔顶温度不超指标，酸性水汽提装置侧线采量从实际操作的9.243 t/h适当降低至8.8 t/h，约可节省蒸汽0.4 t/h。

根据模型优化方案, 在日常生产中采用优化汽提塔可节约蒸汽为0.4 t/h，按138元/吨计算，全年 (按8400 h计算)节约成本为:0.4×8400×138=46.368 (万元)。

3 结 论

(1)利用Aspen Plus 软件中的 Rad Frca 严格计算模块和 ELECNRTL 物性方法对酸水汽提装置进行模拟，模拟计算结果中净化水中氨含量与基础标定数据吻合程度较高，蒸汽流量模拟值与实际值仅相差0.119 t/h，酸性水汽提塔顶温度模拟值与实际值仅相差0.21 ℃，说明模型较为准确，能够反映装置实际生产运行状况;

(2)考虑装置综合能耗，对净化水进行卡边操作并保证塔顶温度不超指标，酸性水汽提装置侧线采量从实际操作的9.243 t/h适当降低至8.8 t/h，约可节省蒸汽0.4 t/h，全年(按8400 h计算)节约成本46.368万元。