含硫污水处理方法及工艺原理

• 炼油生产装置排出的酸性水中主要含有NH3、H2S和CO2。采用适当的蒸汽汽提工艺流程并控制一定的操作条件，即可把污水净化到可以达到各种不同用途的回用水水质要求、或允许作为进入污水处理场的进水水质。同时根据需要，可获得副产品NH3和H2S。因此，近年来蒸汽汽提法在国内外得到很快发展。几年来国内建立了多种酸性水汽提预处理装置，如单塔带回流低压汽提(硫化氢和氨去焚烧)、单塔加压无侧线汽提(硫化氢去火炬、氨溶于净化水中)、单塔加压侧线抽出汽提(回收硫黄、回收液氨)以及操作条件和产品不同的双塔汽提等。
• 原料酸性水是由NH3、H2S、CO2和水组成的挥发性弱电解质多元体系，酸性水汽提工艺是一个具有化学反应、电离平衡、气-液平衡共存的复杂体系。它与系统的温度、压力、浓度、摩尔比等因素密切相关。
  当氨和硫化氢同时存在于水溶液时，由于酸碱反应，在低温段(小于110℃)，溶液中分子浓度下降，离子浓度大大增加，此时以离解反应为主。由于离子是不挥发的，因此在低温段，气-液平衡主要取决于液相中游离分子的浓度。在高温段(大于110℃)，是以硫氢化铵的水解反应为主。硫氢化铵、碳酸氢铵的水解常数，氨、硫化氢、二氧化碳的亨利常数均随温度升高而增大，当酸性水热进料进入单塔加压或双塔的硫化氢塔后，随着温度升高，酸性水和回流液中的硫氢化铵、碳酸氢铵等铵盐不断水解，转化为溶于水的NH3、H2S、CO2分子，同时由于汽提作用，NH3、H2S、CO2由液相转入气相并向上移动，与塔顶打入的冷进料逆向接触，由于NH3在水中的溶解度比H2S大得多，而H2S相对挥发度比NH3大得多，最终上升的气体中NH3绝大部分被冷却水吸收后向下部流动，H2S很少被吸收继续上升。塔内上部温度越低，气体中的NH3越容易被吸收，塔顶温度控制在小于40℃，上升气体中H2S加CO2对NH3的摩尔比越来越大，从而在单塔加压或双塔的硫化氢塔塔顶便获得了纯度高的酸性气。单塔低压汽提流程由于塔顶温度一般为85-110℃，塔顶只能获得含氨酸性气。
  目前，双塔汽提按原料水先进入硫化氢塔或先进入氨塔的不同分为两种流程。
  原料水先进入硫化氢塔，塔顶得到高纯度H2S气体。摩尔比NH3/H2S为(12-15):1的塔底水进入氨塔，氨塔底由重沸器不断提供热源，塔底水为净化水，塔顶气体经冷凝冷却后得到高纯度的氨气。其中一部分冷凝液返回氨塔顶作冷回流，以控制氨塔顶温度。为了排出进入氨塔的H2S，另一部分冷凝液侧返回硫化氢塔。
  当原料水先进入氨塔时，塔底得到净化水，塔顶气体经冷凝冷却后得到高纯度的氨气。与上述流程相同，一部分冷凝液返回氨塔顶作冷回流，另一部分冷凝液作为硫化氢塔进料，驱除了大部分H2S气体的塔底水，仍返回氨塔，以保证氨塔总进料中(即原料水和硫化氢塔底水之和)摩尔比NH3/H2S为4:1，确保氨气的纯度。
  双塔的氨塔塔顶回流罐通过低温加压、气-液平衡、控制液相中的摩尔比，即NH3对H2S加CO2的摩尔比大于4-6，以提高H2S、CO2在溶液中的溶解度，并保持气相中NH3的分压，与该液相相平衡的气相，为纯度较高的氨气。
  单塔加压侧线抽出工艺，由塔底重沸器供热，冷进料从塔上部打入，使进料酸性水中的NH3、H2S、CO2反复受到自下而上的高温汽提作用和自上而下的液流的吸收作用。因为塔中部温度比上部温度高得多，H2S、CO2绝大部分被汽提至塔顶，而NH3受液流的吸收向塔的中部聚集。当塔的中部开口抽出气体，降低了气相分压，破坏了气相平衡时，液相中的NH3迅速向气相转移，这就为NH3自上部向中部集聚和自下部向中部汽提创造了条件。其结果是在塔底得到含NH3很低的净化水，在塔的中部自然形成了NH3浓度分布的高峰。从塔中部侧线抽出的富氨气体经高温分水、低温固硫的三级分凝过程，获取了高纯度氨气。侧线抽出的富氨气体由155℃降至120℃，经一级分凝器，可将抽出气中70%(体积)的水冷却下来，气氨浓度提高一倍，NH3对H2S加CO2的摩尔比提高到10以上。其气相经二级分凝，温度为70-90℃，进一步脱水和提高其摩尔比。气相再经三级分凝，温度为40℃，压力为0.12MPa，在此低温低压条件下，NH3对H2S加CO2的摩尔比已经很大，根据气-液平衡，可将微量的酸性组分固定在液相中，从而在气相中可获得高纯度氨气。
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