Авторы: С.С. Демченко, Г.С. Яицких, К.П. Кулаков (АО «ИПН»)
Опубликовано на портале «Химическая техника», январь 2025
В последние годы многие нефтеперерабатывающие заводы России значительно увеличили производительность технологических установок. При этом неуклонно растёт содержание серы в сырье, что обусловливает увеличение объёма образующейся в процессе переработки нефти кислой воды. Построенные ранее установки утилизации кислых стоков чаще всего не справляются с возросшими объёмами отходов.
Основные объёмы кислой воды (КВ) образуются в процессах глубокой переработки нефти на установках гидроочистки, гидрокрекинга, коксования и др. КВ содержит в своем составе сероводород и аммиак. На некоторых старых нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) кислая вода направляется на установки отпарки, которые работают по одноколонной схеме: с верха колонны выводят кислый газ, который далее направляется на установку производства серы, а снизу выводят отпаренную воду. Кислый газ, полученный по одноколонной схеме, содержит весь объём аммиака, который содержался в исходной кислой воде. Аммиак в процессе производства серы окисляется до азота, что приводит к снижению производительности установки.
При увеличении производительности установок глубокой переработки нефти или увеличении содержания серы в нефти, поступающей на завод, остро встает вопрос увеличения производительности установок получения серы. Одним из путей увеличения производительности является очистка сероводорода от аммиака, так как исключение из состава кислого газа 1 кг аммиака позволяет увеличить производительность установки по сероводороду на 2,7 кг.
Для оптимизации процесса производства серы необходимо удалить аммиак из состава кислого газа. Для этого на современных НПЗ отпарку кислой воды проводят по двухколонной схеме (рис. 1), известной как Chevron WWT Process (сейчас права на нее принадлежат компании Bechtel).
По двухколонной схеме кислая вода поступает в колонну отпарки сероводорода, где из нее выделяют сероводород с концентрацией аммиака до 50 ppmw. Частично отпаренная кислая вода с куба первой колонны направляется во вторую колонну, где из нее отпаривается аммиак до содержания не более 50 ppmw. С верха второй колонны выводятся пары аммиака, которые далее могут быть направлены на очистку, далее на получение аммиачной воды или аммиака.
Необходимо отметить, что такая технология является достаточно энергозатратной: на очистку 100 т/ч кислой воды с содержанием сероводорода и аммиака по 1,5% мас. в кубы колонн требуется подать ~20 МВт тепла.
Одним из современных направлений снижения энергопотребления при проведении процессов ректификации многокомпонентных смесей в нескольких колонных аппаратах является использование связанных колонн или колонн с разделительной стенкой (внутренней перегородкой).
Для снижения потребления энергии и уменьшения металлоемкости в процессе отпарки кислой воды с раздельным получением аммиака и сероводорода предлагается заменить две последовательно работающие колонны одной колонной с перегородкой. Предлагаемая схема представлена на рис. 2.
Колонна отпарки кислой воды разделяется перегородкой на две части: зону концентрирования сероводорода и зону концентрирования аммиака. Отпарная часть колонны – общая для зон концентрирования сероводорода и аммиака.
Кислая вода подается в зону концентрирования сероводорода. В качестве орошения в эту зону подается охлажденная отпаренная вода. Пары поступают из общей отпарной части колонны. В данной части колонны происходит процесс абсорбции аммиака из сероводорода водой. С верха данной зоны выводится сероводород с содержанием аммиака не более 50 ppmw. Вода, насыщенная аммиаком, внизу зоны концентрирования сероводорода стекает в отпарную часть колонны.
Пары из отпарной части колонны делятся на два потока: один направляется в зону концентрирования сероводорода, а второй в зону концентрирования аммиака. В данной части колонны (кубе) происходит процесс отпарки сероводорода и аммиака из воды. Отпаренная вода с содержанием аммиака не более 50 ppmw и содержанием сероводорода не более 25 ppmw с низа колонны после охлаждения частично подается на орошение зоны концентрирования сероводорода, а балансовый избыток выводится с установки.
В зоне концентрирования аммиака в качестве острого орошения используется аммиачная вода. Поток аммиака из емкости орошения выводится на дальнейшую переработку.
Предложенная схема позволяет снизить энергопотребление по сравнению с двухступенчатым процессом отпарки кислой воды на 30%. Энергозатраты на очистку 100 т/ч кислой воды с содержанием сероводорода и аммиака по 1,5% мас. составят 14 МВт против 20 МВт. Также снизятся на 30–40% капитальные затраты на строительство в результате использования одного корпуса колонны и одного рибойлера, а не двух, что в свою очередь позволит снизить затраты на строительные и монтажные работы (фундаменты, металлоконструкции, трубопроводная обвязка, приборы КИПиА, АСУТП и т.д.) и уменьшить площадь застройки.
Данная схема может быть применена при строительстве новых установок, а также при модернизации существующих, когда требуется увеличить производительность существующей установки получения серы за счет извлечения аммиака из потока кислого газа или же рассматривается вопрос коммерциализации получения аммиака или аммиачной воды.
АО «ИПН», обладая всеми необходимыми компетенциями, квалифицированным персоналом, программным обеспечением для реализации описанной технологии, предлагает:
- разработку базового проекта или основных технических решений;
- разработку проектной документации, прохождение всех необходимых экспертиз;
- разработку рабочей документации, включая техпроект на DWC колонну;
- размещение заказа на поставку внутренних контактных устройств (российский производитель);
- авторский надзор за строительством установки.
