[科普中国]-酸水汽提

酸性水是一种含有 H2S，NH3 和CO2 等挥发性弱电解质的水溶液，同时含有酚、氰化物和油等污染物，直接排出会对环境造成较大的危害，所以必须经过处理后，使水中的污染物含量达到一定标准后，才可以排出。目前，我国酸性水处理大多数采用蒸汽汽提法，称为酸水汽提，又称酸性水汽提。常用工艺有单塔加压侧线抽出汽提、单塔低压汽提、单塔加压汽提和双塔加压汽提四种。

酸水的来源常减压污水：降压塔顶要注入氨水，中和酸性污染物，防止设备腐蚀，通过相应的汽液分离罐分离出含氨污水，主要成分为含氨污水、悬浮汽油、汽态烃类。

催化污水：提升管中加入蒸汽与渣油、蜡油形成雾化混合物进行催化反应，从分馏塔顶回流罐及吸收稳定回用水中产生含硫含氨污水，成分为含硫含氨污水、悬浮汽油、气态烃类、H2S、氯化物。

焦化污水： 渣油中含硫化物和氨氮， 在加热炉内注入除盐水，提高流速防止结焦，经过焦炭塔从分馏塔顶冷凝分离出含硫含氨污水，成分为含硫含氨污水、悬浮汽油、气态烃类、焦粉、酸性水预处理酸性水脱气。

加氢污水：加氢反应流出物中含有硫化物和氨氮，在高压空冷前注入除盐水，防止铵盐结晶堵塞，从高压分离器底部分离出含硫含氨污水和汽提塔顶酸性水，成分为含硫含氨污水、悬浮汽油、气态烃类、H2S1。

体系分析酸性水中以NH4HS，(NH4)2CO3 和 NH4HCO3 等铵盐形式存在，这些弱酸弱碱的盐在水中电离，同时又水解形成H2S，NH3和 CO2分子，上述分子除与离子存在电离平衡外，还与气相中的分子呈平衡，该体系是化学平衡、电离平衡和相平衡共存的复杂体系。因此控制化学、电离和相平衡的适宜条件是处理酸性水和选择适宜操作条件的关键。该体系属于弱电解质体系，包含多种化学反应，如下：

(1)2H2O=H3O+ +OH-

(2)H2S+H2O=H3O+ +HS-

(3)HS- +H2O=H3O+ +S2-

(4)CO2+2H2O=H3O+ +HCO3-

(5)HCO3-+H2O=H3O++CO32- ；

(6)NH3+H2O=NH4++OH-

(7)NH3+HCO3- =NH2COO-+H2O

由于电离和水解都是可逆过程，各种物质在液相中同时存在离子态和分子态两种形式。离子不能从液相进入气相，故称“固定态”，分子可从液相进入气相，称为“游离态”。各种物质在水中离子态和分子态的数量与操作温度、操作压力及它们在水中的浓度有关。根据 H2S-NH3-CO2-H2O 四元素体系性质，NH4HS等在水中的水解反应常数 KH 随温度升高而升高，即水中游离态的 H2S，NH3和 CO2分子随温度升高而增加，因此汽提塔的温度应高于 110 ℃。相平衡与各相分在液相中的浓度、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 CO2 在水中的溶解度很小，相对挥发度以及与溶液中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 NH3 却不同，它不仅在水中的溶解度很大，而且与 H2S和 CO2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，通入水蒸汽起到了加热和降低相中 H2S，NH3 和 CO2 分压的双重作用，促进它们从液相转入气相，从而达到净化酸性水的目的2。

酸性水汽提工艺国内普遍应用的酸性水汽提工艺主要有单塔加压侧线抽出汽提、单塔常压无侧线汽提、单塔加压无侧线汽提和双塔加压汽提四种工艺流程。四种工艺对比如下：

单塔加压侧线抽出汽提工艺单塔加压侧线抽出汽提工艺，酸性水分成冷、热进料分别进入塔内，冷热进料比为 0.25~0.40。35~40 ℃的冷进料打入塔顶，塔顶压力为 0.5~0.6 MPa，塔顶排出纯度很高的酸性气，去硫回收装置。热进料与侧线抽出气体、塔底净化水换热后，温度可达140~150 ℃，从塔的中上部进料。塔底由重沸器或直接蒸汽供热，塔底温度 160~165 ℃，可将绝大部分 H2S、NH3 、CO2 汽提出来，塔底得到净化水。 在塔顶冷料向下和汽提蒸汽向上的作用下， NH3向塔中部集聚，形成一个 H2S 含量低，NH3 浓度最高的集聚区，并由此抽出含氨 15 %~20 %的侧线气，侧线抽出比 7 %~10 %，侧线气经过三级变温、 变压， 高温分水、 低温固硫后， 得到纯度 99 %以上的氨气， 这种氨气中含 H2S 体积分数为 0.2 %~0.5 %， 可先用浓氨水循环洗涤法或(和)低温结晶-活性炭吸附法脱硫，将 H2S 降低到 10 mg/L 以下，再用精脱硫剂吸附将 H2S 降到 2 mg/L 以下，然后用氨压机生产液氨。当加热蒸汽温度>180 ℃时，蒸汽单耗150~200 kg/t 废水。

该工艺流程较简单，蒸汽耗量低、占地小、投资及操作费用低，对酸性水中硫化氢及氨浓度有很宽的适用性，副产氨气质量可以达到国家合格品标准。 该工艺已广泛用于国内炼油石化行业，形成了我国独特的污水汽提技术路线，是炼油化工冶金等行业处理含硫污水较为理想的工艺。适于处理量较大，对于副产氨可以回用或有出路的工厂。

单塔低压汽提工艺单塔低压汽提工艺，是按塔顶气能自压排至火炬或硫回收装置来确定塔顶压力，一般在 0.12~0.15 MPa。如果塔顶压力为 0.15MPa，并且要求氨在水中的溶解度近于零，塔顶温度应在 82 ℃以上，一般取 104~114 ℃，这样可获得良好的净化水质。

这种汽提工艺有塔顶气冷凝回流和不冷凝回流两种流程。无冷凝回流，塔顶气中 95 %(体积分数)以上是水蒸气，只能去火炬焚烧，在 1370~1425 ℃，将 H2S、NH3 氧化为 SO2 、N2 和 H2O 排放，1 t 废水蒸汽耗量 100~115 kg。有塔顶气冷凝回流，可以大幅度减少排气中的水含量，产生的气体可以送硫回收装置，废水耗蒸汽在 130~180 kg； 进入硫回收装置的气体， 由于含高浓度的氨，需要用特殊喷嘴燃烧成含 SO2 气体，该气体再与炼厂干气脱出的H 2 S 按 H 2 S/SO 2 摩尔比 2 调配，通过克劳斯反应生产硫磺。

该工艺流程简单、设备少、消耗低，建设费和操作费便宜，净化水质好，净化水可以回用，此工艺仅需要硫磺回收装置设置烧氨火嘴，在 1250 ℃以上的高温下，将氨完全分解，解决炼厂副产氨无出路所带来的污染，而且投资及占地最省。

单塔加压汽提工艺如果酸性水量小，H2S 和 NH3 浓度不高，只是希望获得高纯度的酸性气进硫回收装置，允许氨留在水中，可以采用单塔加压无侧线汽提工艺。其依据是，在同样温度压力下的水中，硫化氢比氨的溶解度小的多，低温、超大气压的情况下更是如此。一般控制塔顶温度 30~50 ℃，压力 0.3~0.5 MPa，可获得氨浓度很低的酸性气。 该工艺在有塔进、 出水换热时1 t废水蒸汽耗量仅为50~80 kg。

双塔加压汽提工艺在双塔加压汽提工艺中，有两座汽提塔，简称 H2S 塔和 NH3塔。酸性水是先进 H2S 塔(这种流程易操作，能耗低)。进 H2S 塔酸性水分两路，进塔顶部分称冷进料；另一部分与塔底热水换热后进塔的中上部，称热进料；塔底直接通入水蒸汽或用重沸器将部分塔底液转化为水蒸汽汽提，塔底温度 160~170 ℃。为得到高纯度酸性气，塔顶要有适宜的温度和压力，一般为 35~40 ℃，0.5~0.7 MPa，此时，冷进料可使塔内上升气流中的氨被洗涤吸收而进入液相， 酸性气中氨含量可小于 1.5 %， 满足硫回收装置要求。塔底出水换热后进入 NH3 塔中上部，塔底汽提，塔底温度为135~155 ℃，塔底净化水可达到 NH3 50~100 mg/L、H2S 20~30mg/L；塔顶温度 125~145 ℃，压力为 0.25~0.40 MPa，塔顶排出含有水蒸汽和硫化氢的富氨气体，该气体可经过一、二、三级分凝系统后去氨精制系统生产氨水或液氨。

该工艺流程复杂，蒸汽耗量较高，投资及占地面积大，但对污水量和污水浓度变化适应性强， 开停工方便， 易建立气液平衡，生产平稳，可同时获得高纯度的 H2S 和 NH3 ，净化水质好，适于处理量大，硫化氢及氨浓度都很高，副产氨厂内回用或有出路的工厂3。

本词条内容贡献者为:

包申旭 - 副教授 - 武汉理工大学资源与环境工程学院