Преимущества DWCколонны для процесса отпарки кислой воды.

Демченко С.С. Главный технолог АО «ИПН»demchenko@truboprovod.ru

Яицких Г.С.       Директор по развитиюАО «ИПН»yaitskich@truboprovod.ru

Кулаков К.П.     Технический директор АО «ИПН»kulakov@truboprovod.ru

Степанов Д.Н. ГИ проекта ГК ООО «НОВАТЭК-Усть-Луга» DN.Stepanov@novatek.ru

Большинство современных НПЗ, которые осуществляют глубокую переработку нефти, имеют в своем составе установки отпарки кислой воды и производства серы (процесс Клауса). Нагрузка на эти установки напрямую зависит от содержания в нефти соединений серы и азота. С учетом постоянного утяжеления нефтей, поступающих на переработку, и увеличения в них количества соединений серы и азота многие НПЗ сталкиваются с проблемой ограничения или падения производительности установки производства серы из-за избыточного количества аммиака в потоке кислого газа.

На НПЗ сера, содержащаяся в нефти, перерабатывается в сероводород, а азот преобразуется в аммиак. Аммиак и часть сероводорода собираются в потоках кислой воды, а затем удаляются в отпарной колонне. Из отпарной колоннысовместный поток аммиака и сероводорода направляется на установку производства серы, где сероводород преобразуется в элементарную серу, а аммиак преобразуется в азот или оксиды азота.

Наличие 1 кг аммиака впотоке кислого газа, снижает производительность установки производства серы на 2,7 кг сероводорода. Таким образом, избыток аммиака в потоке кислого газа может стать причиной того, что установка производства серы станет узким местом во всей технологической цепочке НПЗ и не позволит увеличить производительность завода или организовать переработку более дешевого сырья с большим содержанием серы.

Одним из эффективных способов удаления аммиака из потока кислого газа является проведение процесса отпарки кислой воды в две ступени, например, процесс SWSPlusкомпании Bechtel (рисунок 1). Полученный в процессе SWSPlus кислый газ содержит не более 50 ppmаммиака, а аммиак после очистки от сероводорода может быть направлен на сжигание или коммерциализирован по одному из направлений: производство жидкого аммиака или аммиачной воды (рисунок 2).

Рисунок 1.  Принципиальная схема процесса SWSPlus

Недостатком двухколонной схемы отпарки кислой воды является её высокое энергопотребление. Согласно данным [1] удельное потребление водяного пара на переработку тонны кислой воды, содержащей 5 % масс.сероводорода и 2,5% масс. аммиака, с учетом процесса очистки аммиака для сжигания, составляет 415 кг/1 тонну.

Рисунок 2.Схема очистки и коммерциализации аммиака сырца

Одним из эффективных способов повышения энергоэффективности процессов многоступенчатой ректификации является использование колонн с разделительной стенкой. Данные колонны нашли широкое применение в различных процессах для химических, нефтехимических, газоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих производств. На данный момент в мире насчитывается более 150 процессов, где используются колонны с разделительной стенкой. Например, данные колонны нашли широкое применение в процессах каталитического крекинга и изомеризации углеводородов С5-С6. Использование колонн с вертикальной разделительной стенкой в процессе изомеризации С5-С6 позволяет увеличить октановое число изомеризата на 3-5 пунктов.

АО «ИПН» разработало процесс отпарки кислой воды в колонне с верхней разделительной стенкой, который позволяет в одной колонне получить сероводород, очищенный от аммиака, и аммиак сырец, и при этом снизить энергопотребление на 30% по сравнению с двухколонной схемой. Принципиальная схема процесса отпарки кислой воды в колонне с верхней разделительной стенкой представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема процесса отпарки кислой воды в колонне с верхней разделительной стенкой

При сравнении рисунков 1 и 3 видно, что схема отпарки кислой воды в колонне с разделительной стенкой требует меньшее количество технологического оборудования. Это позволяет снизить капитальные затраты на строительство, сократить площадь застройки и сократить сроки выполнения проектных и строительных работ.

Специалисты АО «ИПН» выполнили расчет энергопотребления процесса отпарки кислой воды по двухколонной схеме и расчёт энергопотребления отпарки в колонне с верхней разделительной стенкой. Практическиеданные о работе установки отпарки кислой воды по двухколонной схеме были приняты из [1]. В расчете учтен узел очистки аммиака сырца от сероводорода для дальнейшего сжигания (остаточное содержание сероводорода менее 100 ppm). Результаты расчета представлены в таблице 1.

№	Параметр	Ед.изм.	Двухколонная схема		Колонна с верхней разделительной стенкой
			Практические данные [1]	Расчёт АО «ИПН»
1.	Расход кислой воды	т/ч	50	50	50
2.	Содержание H2S в кислой воде	% масс.	5,0	5,0	5,0
3.	Содержание NH3 в кислой воде	% масс.	2,5	2,5	2,5
4.	Содержание NH3 в кислом газе	ppmw	<100	1	1
5.	Содержание NH3 в отпаренной воде	ppmw	<50	50	50
6.	Содержание H2S в отпаренной воде	ppmw	<10	1	1
7.	Содержание H2S в аммиаке	ppmw	<1500	75	10
8.	Тепловая нагрузка ребойлера	МВт	-	2,96 7,30	7,00
9.	Тепловая нагрузка конденсатора	МВт	-	5,53	1,91
10.	Удельный расход пара 1,0 МПа на 1 тонну кислой воды	кг/т	415	361	246

Из данных таблицы 1 можно сделать следующие выводы:

·         процесс отпарки кислой воды по схеме с колонной с разделительной стенкой позволяет получить кислый газ и аммиак такого же качества, как в схеме с двумя раздельными колоннами;

·         удельный расход водяного пара на 1 тонну кислой воды по схеме с колонной с разделительной стенкой на 32% ниже, чем в двухколонной схеме;

·         нагрузка на конденсационную аппаратуру по схеме с колонной с разделительной стенкой на 65%ниже,чем в двухколонной схеме;

·         снижение нагрузки на конденсационную аппаратуру позволяет снизить капитальные затраты на её приобретение и строительство;при этом также снижаются энергозатраты (электроэнергия, оборотная вода) на конденсацию и охлаждение аммиака на выходе с установки.

По оценке АО «ИПН» общее снижение капитальных затрат на строительство установки отпарки кислой воды по схеме с колонной с разделительной стенкой на 30…40% ниже, чем по двухколонной схеме.

Выводы

Использование процесса отпарки кислой воды в колонне с вертикальной разделительной стенкой для новой установки позволяет сократить капитальные затраты на строительствои операционные затраты на дальнейшую эксплуатацию на 30…40%.

Использование процесса отпарки кислой воды в колонне с разделительной стенкой для действующей установки позволяет сократить капитальные затраты на реконструкцию, разместить новое оборудование в границах существующей застройки и увеличить производительность установки производства серы за счет исключения аммиака из потока кислого газа.

 

Литература

1. Arthur L Kohl, Richard Nielsen. Gas Purification 5-th Edition. Gulf Professional Publishing

2. Патент на изобретение RU№2824117 «Способ отпарки кислой воды в ректификационной колонне с вертикальной разделительной стенкой».