酸性氣火炬筒結晶堵塞的分析與改進探討

張世東++牛闖++周世昌

摘 要：本文通過對某石化企業酸性氣火炬筒體結晶的原因進行分析，闡明氨鹽結晶對酸性氣火炬運行的危害，并對此提出改進方法，以避免類似情況再次發生。

關鍵詞：酸性氣火炬筒；結晶；堵塞；原因；探討

中圖分類號：TQ519 文獻標識碼：A

1.概述

某北方大型煉油廠冬季開工投產，但由于硫磺回收裝置沒能同步開工，上游聯合裝置塔頂產生的酸性氣體無法送至硫磺回收裝置進行處理，只能全部排向酸性氣火炬系統進行無害化燃燒處理。

該酸性氣火炬選擇DN300，150m可拆卸火炬，距廠區3km，主要處理工廠開車，停車以及緊急事故情況下排放的酸性氣。開工初期，酸性氣火炬系統運行正常，但3個月后發現酸性氣火炬排放不暢，管路有憋壓現象。盡管之后使用熱水，蒸汽對酸性氣火炬系統進行加熱、沖洗處理，但最終被迫停用。后對酸性氣火炬拆卸檢查，發現在該火炬筒3～4節（約21m～28m）之間，存在大量結晶物質，如圖1所示，長度在4m左右。

2.酸性氣火炬筒結晶堵塞的分析

酸性氣成分主要有：硫化氫（H2S）占體積的45%～52%；二氧化碳（CO2）占體積的40%～45%；氨氣（NH3）含量400mg/m3～2000mg/m3；其他的二氧化硫SO2、烴類等占體積的2%～4%。在酸性氣體到達酸性氣水封罐時，遇水發生如下反應：

NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-；NH3+CO2+H2ONH4HCO3

而硫化氫和氨會直接生成硫氫化氨：NH3+H2SNH4HS

在以上反應中，溫度的高低起著關鍵作用：溫度升高時，化學平衡向生成游離的氨、硫化氫方向移動，氨和硫化氫的游離的分子增多，并從液相轉入氣相析出；而溫度降低時，化學平衡則向生成碳酸氫銨（NH4HCO3）和硫氫化銨（NH4HS）的方向移動，溫度降低，碳酸氫銨和硫氫化銨的溶解度降低，達到過飽和狀態，則以結晶形式從溶液中析出。

當酸性氣體到達酸性氣水封罐時，盡管一部分溶于水，形成酸性水，但大部分沿酸性氣火炬筒上升，達到火炬頂部，由于酸性氣火炬筒體無伴熱，在酸性氣沿火炬筒上升的過程中，溫度降低，碳酸氫銨和硫氫化銨結晶析出，并附著在管道內壁，由于沒有有效的增溫分解手段，結晶析出后不斷積聚，久而久之形成“栓塞”，影響管道正常使用。

3.酸性氣火炬系統改進探討

3.1 酸性氣火炬筒增加伴熱及保溫

碳酸氫銨和硫氫化銨結晶熱穩定性差，當加熱到65℃～80℃以上時，便開始分解，NH3、CO2和H2S。因此，在實際生產中，通常將提高酸性氣管道伴熱效果作為降低管道結晶影響的關鍵突破口，并取得了較好的效果。但對于沒有保溫和伴熱的酸性火炬筒而言，情況則發生了改變：65℃～80℃的酸性氣經過管道到達酸性氣火炬分液罐、水封罐，盡管一部分酸性氣溶于水，變為酸性水，其他則經水封罐進入酸性氣火炬，在此過程中，水封罐內的水在高溫酸性氣的攜帶下進入火炬筒，并發生如上述反應。由于火炬筒無保溫伴熱，溫度降低時，生成碳酸氫銨（NH4HCO3）和硫氫化銨（NH4HS），并達到過飽和狀態，析出結晶附著在管壁，并不斷積累，直至徹底堵死。

但使用恒溫電伴熱在火炬筒體泄漏時危險性很大；而采用蒸汽夾套式伴熱或伴熱線，需要改變火炬的材質或結構，這需要大量的、甚至對火炬的本體進行改造。而這種改造，對火炬筒體的結構和強度的影響是巨大的。如果在酸性氣火炬建設之初進行充分考慮，無疑是最好的選擇。

3.2 堿液吸收法

3.2.1 化學機理

通常，硫化氫在水中的溶解度是48∶1，即一體積的水可以溶解48體積的硫化氫，如果在堿液里面，會溶解得更多。而氨氣極易溶于水，溶解度700∶1，即一體積的水可以溶解700體積的氨氣，H2S、硫氫化銨、碳酸氫銨與堿液，如NaOH溶液的反應過程：

由以上的化學反應不難看出，酸性氣中的硫化氫以及在排放過程中產生的銨鹽，在堿洗過程中可以得到較好的處置，進而降低了在火炬筒體產生結晶的可能性。

3.2.2 酸性氣火炬分液罐、水封罐改造

考慮將在用的酸性氣火炬分液罐、水封罐進行如下改造：

（1）將分液罐、水封罐容量增大，利于對酸性氣種成分的處理與吸收。

（2）將分液罐作為酸性氣堿洗罐，用以處置酸性氣中的硫化氫以及在排放過程中產生的銨鹽；而堿洗過程中溢出的氨氣，可由水封罐進行進一步地吸收處理。

（3）現場增加一臺臥式儲罐，用以配置堿液，定期向堿洗罐供給堿液。

（4）保留酸性水工藝，定期對分液罐內NaHS含量進行分析，確定堿洗罐堿液置換周期。

結語

本文通過分析酸性氣火炬筒體結晶的原因，提出酸性氣火炬分液罐、水封罐改造的設想，不足之處希望業內同仁予以指正。

參考文獻

[1]韓大江，王金華，侯芬芬.淺談酸性氣火炬線在系統管廊中的設計[J].中國石油和化工標題與質量，2013（4）：28.