三元体系

空管堵塞的现象。

六、影响汽提效率的因素汽提塔负荷也是影响汽提效率的关键因素。

负荷大，汽提管内液膜厚，停留时间短，汽提效率低。

压力降低汽提效率明显提高，使NH3尽可能回收，从而降低精馏段系统的负荷。

汽提塔汽提效率不够，造成精馏段系统的负荷增加。

精馏段系统为了吸收过多的氨，必定增加水量，从而带入侧线系统水量增多，氨回收率就会下降。

七、进水含油和悬浮物浓度高由于进料含油量较高，而且其中含有大量的焦粉等悬浮物。

油气直接影响塔内汽液相的正常平衡，且造成侧线带液，进一步降低塔的处理能力；悬浮物易在塔内结垢。

结垢不仅会使塔板上的浮阀变重，影响浮阀的正常移动，减小气相通量，脱落的垢还会堆积在降液管和受液槽的夹缝中，减小液相的通量，从而加剧侧线带液，降低塔的处理能力和汽提塔的出水质量。

由于携带焦粉，易引起塔盘结焦，堵塞浮阀及换热器等设备，严重影响汽提装置平稳操作及净化水质量。

八、蒸汽耗量影响蒸汽耗量的决定因素就在用于汽提部分的蒸汽量，进料量是决定总蒸汽耗量的最主要的因素。

油份对蒸汽耗量的影响不仅仅在于它吸热汽化，更重要的是油份作为表面活性物质，在汽提塔内强烈的汽水接触情况下，极易发生起泡现象。

大量的泡沫使气液相的传质汽提蒸汽的冷凝过程不能得到有效进行。

在造种情况下，为了保证出水水质，只有加大汽提蒸汽量，强化气液间的接触，这势必增加蒸汽耗量。

液相在从塔顶到达塔底的过程中，为达到操作温度，必须吸收汽提蒸汽。

九、塔顶酸性气采出降低富氨气中的H2S含量。

正常稳定的汽提操作是保证液氨质量的关键，99%以上的硫是通过汽提系统除去的，汽提操作不正常会导致加重氨精制负荷，影响液氨质量等一系列问题。

根据硫化氢汽提塔底水中的H2S含量，决定是否需要提高硫化氢汽提塔的分离效率，降低塔底水中的H2S含量，以降低富氨气中的H2S含量。

十、侧线富氨汽抽出根据侧线抽出温度调整汽提蒸汽量和侧线抽出比，使汽提塔“氨峰”位置处于侧线抽出口附近，提高抽出气中NH3/H2S值，再通过合理设置的三个分凝器的温度和压力，降低富氨气中的H2S含量。

进料段温度自塔顶向下温差较大，有利于氨的吸收而在塔顶得到净化的酸性气；汽提段温差较小，有利于游离态的硫化氢和氨的分离。

汽提塔操作知识（第一部分）汽提塔工艺原理及流程11.3.1 汽提原理炼油厂含硫污水所含有害物质以氨、硫化氢、二氧化碳为主。

汽提法以脱除并回收氨和硫化氢为主要目的；是化学平衡、电离平衡和相平衡共存的复杂体系。

控制化学、电离和相平衡的适宜条件是处理含硫污水和选择适宜操作条件的关键。

了解NH3-H2S-H2O三元体系的热力学性质，可以更好地理解汽提法的原理和操作。

氨、硫化氢和水都是挥发性弱电解质，能互相起化学反应，并能电离成离子：氨和硫化氢能不同程度地溶解于水。

因此“NH3-H2S-H2O”三元体系是一个化学、电离和相平衡共存的复杂体系。

氨溶于水后一部分以游离氨存在，一部分被电离成NH4+和OH—，如下式：NH3+2H2O= NH4++2 OH—(2-1-1)氨溶解于水是放热的，温度升高，电离平衡常数K A随温度升高而降低，温度越高，K A 降低越明显，氨的电离平衡常数很小（K A=2.01×10-5mol/kg），因此，氨在水中主要是以游离的氨分子存在，仅有极少量的铵离子。

硫化氢在水中也有少许电离：2 H2S=2H++2HS—(2-1-2)硫化氢在水中的电离常数K S也受温度影响，与K A不同，温度对K S的影响可分为二种情况：当温度低于125℃时，K S随温度升高而升高。

当温度高于125℃时，K S随温度升高而降低，因为硫化氢的电离平衡常数K S值比K A还小，所以硫化氢在水中几乎全部以游离的硫化氢分子存在。

氨和硫化氢同时存在于水中时，生成硫氢化铵，在水中被大量水解又重新生成游离的氨和硫化氢分子，即：NH4++ HS—→（NH3+ H2S）1(2-1-3)发生双水解反应NH4HS→NH4++ HS——+ H2O→NH3。

H2O + H2S→（NH3+ H2S）1在液相的游离氨和硫化氢分子又与气相中的氨和硫化氢呈相平衡：（NH3+ H2S）1→（NH3+ H2S）g(2-1-4)结合式(2-1-3)和(2-1-4)可写为：NH4++ HS—（即NH4HS）→（NH3+ H2S）1→（NH3+ H2S）g(2-1-5) 也可以用图2-1-1表示：图2-1-1 NH3-H2S-H2O三元体系示意图图2-1-1中的气相条件下，氨和硫化氢是分子态，液相条件下，氨和硫化氢有离子和分子二种形式，离子不能挥发可称为固定态，分子可以挥发可称为游离态或自由态。

氨和硫化氢在水中主要是以离子态还是以分子态存在，与温度、压力及其在水中的浓度有关。

硫氢化铵在水中进行如式(2-1-3)的水解反应，其水解常数K H同样受温度影响，温度升高，K H增加，温度降低，K H减少。

当温度降低时，K H减小反应式(2-1-3)的反应向左移动。

故溶液中NH4+和HS—离子浓度逐渐增加，因此，在低温段，是以离解反应为主。

当温度升高时，K H增加，此时硫氢化铵不断水解，溶液中游离的氨和硫化氢分子逐渐增加，相应汽相中氨和硫化氢的分压也随之升高，因此在高温段的界限约为110℃，低于110℃，温度对K H的影响不大，K H值较低，高于110℃，K H随温度升高迅速增加，由此可见，要将污水中的氨和硫化氢脱除，温度应该大于110℃。

污水汽提开工时规定塔底温度大于120℃后开始排放净水，以及正常生产时塔底温度控制为160℃左右的道理也就在此。

氨和硫化氢在水中的溶解度与气体在溶液中的一般规律相同，随温度升高而降低，随压力增加而增加。

氨在水中的溶解度远大于硫化氢在水中的溶解度，但是若在硫化氢水溶液中通入氨，则硫化氢的溶解度就大大提高。

在约38℃和0.45Mpa时，由于氨的存在，硫化氢在水中溶解度可增加17倍以上。

如前所述，氨在水中或硫化氢在水中，两者都以游离的分子态存在，但在有一定量的氨和硫化氢同时在水中，则由于酸的反应，NH4+（铵根）和HS—离子浓度迅速增加。

有人曾指出：当温度等于32.2℃，氨和硫化氢分子比为1时，有98.44%的氨或硫化氢以离子形式存在。

然而，氨和硫化氢的离解度不仅与温度压力有关，且还与液相中氨和硫化氢的浓度有关。

例如在138.22℃和0.446Mpa时，当液相中氨的浓度（W A）和硫化氢的浓度（W S）分别为W A=51.5%，W S=17.08%时，相应的游离氨和硫化氢的摩尔浓度，氨占其总量的83.45%，而硫化氢只占其总量的0.17%，也就是说138℃，0.446MPa的条件下，当氨和硫化氢的摩尔大于5时，溶解于水的氨只有16.54%，被电离成NH4+，而硫化氢却有99.8%被电离成HS—，游离的硫化氢分子极少，溶液中几乎都是以HS—离子的形式被“固定”在液相，单塔侧线流程汽提塔的侧线抽出口塔盘温度要控制大于138℃，目的就是要控制侧线抽出的富氨气体中氨和硫化氢的分子比大于5从而保证通过三级分凝流程可以取得高纯度的氨气。

虽然硫化氢的溶解度远小于氨，但其饱和蒸气压比同温度下的氨大得多，故其相对挥发度也就比氨大，因此，只要溶液中有一定数量的游离硫化氢分子存在，则与呈平衡的气相中的硫化氢浓度就很可观。

正是由于氨的溶解度比硫化氢大得多，而硫化氢的相对挥发度比氨大得多，所以，单塔侧线流程的汽提塔在低温的顶部可以获得含氨很少的酸性气体。

来自催化裂化和焦化的含硫污水中有一定量的二氧化碳，它也能溶解于水，但溶解度比硫化氢更小，在同样温度下，它的蒸气压也比硫化氢大，因而相比挥发度也比硫化氢大，所以它比氨和硫化氢更容易汽提出来。

因此，对含硫污水净化而言，二氧化碳的存在并无影响，但是，值得指出的是：二氧化碳的存在，特别是在低温条件下，会与氨作用生成胺基甲酸铵。

2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4(s) (2-1-6)它是一种白色固体，难溶的盐，会造成管道和阀门堵塞。

单塔侧线流程汽提塔侧线抽出口塔盘温度要控制大于138℃，保证侧线抽出气体A比S大于5，除了保证氨气纯度外，还有一个重要目的就是要避免生成胺基甲酸铵、硫氢化氨等结晶堵塞，保证安全生产。

由于水解是吸热反应，因而加热可促进水解作用，使游离的硫化氢、氨和二氧化碳分子增加，但这些游离分子是否都能从液相转入气相，这与它们在液相中的浓度、溶解度、挥发度以及与溶液中其他分子或离子能否发生反应有关，如二氧化碳在水中的溶解度很小，相对挥发度很大，与其他分子或离子的反应平衡常数很小，因而最容易从液相转入气相，而氨却不同，它不仅在水中的溶解度很大，而且与硫化氢和二氧化硫的反应平衡常数也大，只有当它在一定条件下达到饱和时，才能使游离的氨分子从液相转入气相。

显然，通入水蒸气起到了加热和降低气相中硫化氢、氨和二氧化碳分压的双重作用，促进它们从液相转入气相，从而达到净化含硫污水的目的。

11.3.4 工艺流程水蒸气汽提法在国内炼油厂占主导地位。

水蒸气汽提工艺适合于硫化氢和氨浓度很宽的范围。

用蒸汽汽提时，蒸汽起到了加热和降低气相中硫化氢、氨和二氧化碳分压的双重作用，促使它们从液相进入气相，从而达到净化水质的目的。

人们针对气相中硫化氢和氨的出路，开发了以下几种工艺。

其中带侧线的单塔加压汽提、双塔汽提和单塔低压汽提这三种工艺在炼油厂应用广泛。

11.3.4.1 回收硫化氢和氨的汽提工艺1. 单塔加压侧线抽出汽提工艺该流程利用二氧化碳和硫化氢的相对挥发度比氨高的特性，首先将二氧化碳和硫化氢从汽提塔的上部汽提出去，塔顶酸性气送至硫磺回收装置回收硫磺，液相中的氨及剩余的二氧化碳和硫化氢在汽提蒸汽作用下，在汽提塔下部被驱除到气相，使净化水质满足要求，并在塔中部形成A/S+C（即氨摩尔数/硫化氢与二氧化碳摩尔数之和）较高的富氨气体，抽出富氨气体，采用三级降温降压，进行分凝，获得高纯度气氨，并经精制、压缩制成液氨。

与常压汽提比较，采用加压汽提，相应提高了塔底温度，有利于铵盐水解，提高了净化水质量。

当然，压力升高，增加了硫化氢、二氧化碳和氨的溶解度，但在塔底150~165℃的温度下，温度已是起主要作用了，塔顶压力较高对吸收氨有利，显然提高了酸性气纯度。

由于采取原料污水和侧线抽出汽换热等措施，原料污水进塔温度达到150℃左右，同时，进塔原料水A比（S+C）（氨、二氧化碳、硫化氢摩尔比，下同）较低（比双塔流程硫化氢汽提塔较高）这都是利于提高硫化氢、二氧化碳一次脱除率，保证了侧线抽出汽A比（S+C）远大于5的要求，从而为侧线提纯氨产品创造了条件。

由于采取变温、变压三级分凝技术，逐级冷凝甩掉大量水而把氨提浓，因而，侧线抽出气氨浓度可以较低，在处理低中浓度含硫污水时，勿需增加侧线抽出比，即不依靠提高氨循环量来提高侧线抽出氨浓度，因而汽提蒸汽单耗可以较低。