廢酸氣處理系統製程原理廢酸氣處理系統製程原理

桃園煉油廠廢酸氣鹼洗處理系統桃園煉油廠廢酸氣鹼洗處理系統(97A025)(97A025)

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目 錄目 錄

A. A. 前言前言B. B. 設計條件設計條件C. C. 製程概述製程概述D. D. 操作模式操作模式

AA ．前言．前言 • 美國 孟山都公司設計和製造一套用於廢酸氣之氣體中去除硫化氫的洗滌系統，為使設備具有最佳性能，考量對設備的適當運作及操作者之人身安全，所有操作人員需徹底熟悉此套設備、設備供應商手冊及說明以後才能操作此套設備。

• 本操作手冊是用於操作此洗滌系統的人員瞭解這套系統能做什麼，功能是如何執行及操作人員要如何操作這套系統，本手冊的下列章節包含了有關本系統設計依據，控制和警報系統，系統運轉的詳細內容以及啟動和停止此機器設備的程式和資訊。

B. B. 設計條件設計條件• 廢酸氣氣體設計數據如下： 廢酸氣氣體設計數據如下：

正常情況正常情況 最大情況最大情況廢酸氣流量 廢酸氣流量 NM3/hrNM3/hr 300300 3,0003,000

廢酸氣溫度 廢酸氣溫度 o C o C 100100 100100

廢酸氣壓力 廢酸氣壓力 Kg/cm2absKg/cm2abs 1.241.24 1.241.24

廢酸氣組成，廢酸氣組成， mole % mole %

氮氣 氮氣 N2N2 48.0048.00

氨氣 氨氣 NH3NH3 15.0015.00 30.0030.00

水氣 水氣 H2OH2O 15.0015.00 30.0030.00

二氧化碳 二氧化碳 CO2CO2 2.002.00

硫化氫 硫化氫 H2SH2S 20.0020.00 40.0040.00

CC ．製程概述．製程概述 -1-1 • 洗滌系統主要由四只逆向鹼液噴流與廢酸氣氣體接觸洗滌系統主要由四只逆向鹼液噴流與廢酸氣氣體接觸

構成，以去除廢酸氣氣體中之硫化氫，如上述設計依構成，以去除廢酸氣氣體中之硫化氫，如上述設計依據所示，此洗滌系統可在大範圍的條件和流速下運作。據所示，此洗滌系統可在大範圍的條件和流速下運作。

• 廢酸氣氣體經第一個入口管進入洗滌塔，入口管是一廢酸氣氣體經第一個入口管進入洗滌塔，入口管是一個垂直的管路，內有兩只逆向噴流噴流器，它是一個個垂直的管路，內有兩只逆向噴流噴流器，它是一個能產生激烈混合的氣液區域的噴灑接觸器，氣體由垂能產生激烈混合的氣液區域的噴灑接觸器，氣體由垂直管路的頂端進入，與逆向噴流器向上噴出的洗滌液直管路的頂端進入，與逆向噴流器向上噴出的洗滌液相互碰撞。相互碰撞。

• 當液體被氣體逆轉時就會產生一個被稱為“泡沫區”當液體被氣體逆轉時就會產生一個被稱為“泡沫區”的強湍流的柱波，泡沫區之液體表面高速更新，並且的強湍流的柱波，泡沫區之液體表面高速更新，並且能有效地冷卻氣體到絕熱飽和溫度，同時吸收硫化氫，能有效地冷卻氣體到絕熱飽和溫度，同時吸收硫化氫，即使在廢酸氣最大量情況下，洗滌塔也能吸收硫化氫即使在廢酸氣最大量情況下，洗滌塔也能吸收硫化氫氣體。氣體。

CC ．製程概述．製程概述 -2-2

• 逆向噴流器接觸階段由一逆向噴流器接觸階段由一個在入口中的逆向噴流噴個在入口中的逆向噴流噴嘴組成，逆向噴流噴嘴是嘴組成，逆向噴流噴嘴是一個很大的孔，喉部開放一個很大的孔，喉部開放的噴嘴會產生一個全錐形的噴嘴會產生一個全錐形液體流，它對於形成所需液體流，它對於形成所需的泡沫區是最主要關鍵，的泡沫區是最主要關鍵，圖圖 11 為逆向噴流噴嘴的為逆向噴流噴嘴的照片。照片。 圖 1 ：逆向噴流噴嘴

CC ．製程概述．製程概述 -3-3• 在接觸到第一階段反向噴流後，氣體會進入與第一階在接觸到第一階段反向噴流後，氣體會進入與第一階

段相同的第二反向噴流階段，在每一階段，硫化氫都段相同的第二反向噴流階段，在每一階段，硫化氫都會被循環鹼液（氫氧化鈉）吸收，與鹼液反應生成硫會被循環鹼液（氫氧化鈉）吸收，與鹼液反應生成硫化鈉，在氣液體混合物經過第二反向噴流階段後，就化鈉，在氣液體混合物經過第二反向噴流階段後，就會進入一個分離貯槽會進入一個分離貯槽 (T-1O1)(T-1O1) ，液體會落入洗滌塔下，液體會落入洗滌塔下之貯槽中。之貯槽中。

• 這一分離貯槽是一個水平貯槽，貯槽內有一個擋板，這一分離貯槽是一個水平貯槽，貯槽內有一個擋板，擋板從水平貯槽頂端向下延伸，直到槽底部大約擋板從水平貯槽頂端向下延伸，直到槽底部大約 0.50.5米處，將貯槽分為兩腔室，使液體可在兩腔室之間流米處，將貯槽分為兩腔室，使液體可在兩腔室之間流動，形成一個液封阻止氣體在兩腔室之間混合，貯槽動，形成一個液封阻止氣體在兩腔室之間混合，貯槽器所具有的尺寸可於處理廢酸氣最大量情況時作為一器所具有的尺寸可於處理廢酸氣最大量情況時作為一個暫儲存槽，儲存反應後的硫化鈉液體。個暫儲存槽，儲存反應後的硫化鈉液體。

CC ．製程概述．製程概述 -4-4• 如上所述，氣體進入氣液分離的第一個腔室，氣體就如上所述，氣體進入氣液分離的第一個腔室，氣體就

從上到下經過兩只逆向噴流接觸階段，經第從上到下經過兩只逆向噴流接觸階段，經第 33 和第和第 44階段的氣液混合，總共經過四階段反向噴流後進入貯階段的氣液混合，總共經過四階段反向噴流後進入貯槽第二腔室，氣體和液體在此會再次分離，氣體經兩槽第二腔室，氣體和液體在此會再次分離，氣體經兩只除霧板除去水氣後從貯槽頂端管線排出。只除霧板除去水氣後從貯槽頂端管線排出。

• 兩座鹼液循環泵浦兩座鹼液循環泵浦 (( 一座備用一座備用 )) 會將貯槽鹼液送迴反會將貯槽鹼液送迴反向噴流的四個階段進行循環，因循環洗滌鹼液吸收了向噴流的四個階段進行循環，因循環洗滌鹼液吸收了硫化氫，鹼液的硫化氫，鹼液的 PHPH值就會降低，須加入新鮮鹼液以值就會降低，須加入新鮮鹼液以控制控制 PHPH值，以保持洗滌液持續不斷從廢酸氣流中除值，以保持洗滌液持續不斷從廢酸氣流中除去硫化氫的能力，系統去硫化氫的能力，系統 PHPH值由兩只值由兩只 PHPH測量計量測測量計量測(AE-101A/B)(AE-101A/B) ，控制系統會依，控制系統會依 PHPH 量測值調整新鮮鹼量測值調整新鮮鹼液的供給量，貯槽的液的供給量，貯槽的 PHPH值必須控制和保持在值必須控制和保持在 1212 的的水準，防止硫化鈉還原為硫化氫。水準，防止硫化鈉還原為硫化氫。

CC ．製程概述．製程概述 -5-5• 硫化氫會與鹼液反應，產生硫化鈉，此鹽化合物須被硫化氫會與鹼液反應，產生硫化鈉，此鹽化合物須被

氧化，再從系統中排出，否則它增加到一定量時，可氧化，再從系統中排出，否則它增加到一定量時，可能會產生鹽析情況，透過控制循環液體的密度，可以能會產生鹽析情況，透過控制循環液體的密度，可以將此鹽化合物從系統中排出，鹽化合物濃度增加時，將此鹽化合物從系統中排出，鹽化合物濃度增加時，液體密度比重也會增加，藉一只密度比重計監測液體液體密度比重也會增加，藉一只密度比重計監測液體密度，並且控制排放閥，當液體密度比重過高，排放密度，並且控制排放閥，當液體密度比重過高，排放控制閥控制閥 (AV-104)(AV-104) 會自動打開，密度比重低時，則它會自動打開，密度比重低時，則它會自動關閉，當鹽化合物被排出後，液位控制功能會會自動關閉，當鹽化合物被排出後，液位控制功能會將水加入密度比重降低的貯槽中，以保持貯槽液位，將水加入密度比重降低的貯槽中，以保持貯槽液位，新加入的水亦可間接控制密度比重。應當注意，在洗新加入的水亦可間接控制密度比重。應當注意，在洗滌塔貯槽中的液體溫度必須保持在滌塔貯槽中的液體溫度必須保持在 2727攝氏度以上，攝氏度以上，否則固態硫化鈉鹽就會在貯槽容器內形成。否則固態硫化鈉鹽就會在貯槽容器內形成。

CC ．製程概述．製程概述 -6-6• 在硫化鈉鹽排放前，須將排放的硫化鈉進行氧化，氧化方式是加入次氯酸鈉 (NaOCl) ，次氯酸鈉 (NaOCl) 會將硫化鈉 (Na2S) 氧化為硫酸鈉 (Na2SO4) ，次氯酸鈉加入量是由兩只 ORP計（氧化還原電位計） (AE-103A/B)來比對控制，同時藉 PH測量計 (AE-102A/B)測得 PH值，控制加入新鮮鹼液以避免 PH值降低，另因氧化作用為高放熱反應，須將排放液加水冷卻，加入水量由溫度控制閥來控制。排放液的四種流體 – 硫化鈉、次氯酸鈉、鹼和水都在一個管路線上靜態攪拌器中混合。 ORP 、 PH值和溫度變數是在此靜態攪拌器下游測量，控制器會進行相對應調整，以維持流出物中所需的設定值。

CC ．製程概述．製程概述 -7-7• 第一個化學反應鹼吸收硫化氫化學反應是依照下列化學等第一個化學反應鹼吸收硫化氫化學反應是依照下列化學等

式產生的：式產生的： H2S + 2NaOH → Na2S + H2OH2S + 2NaOH → Na2S + H2O

• 氣相中的硫化氫會被吸收到液體中，然後與鹼反應。氣相中的硫化氫會被吸收到液體中，然後與鹼反應。• 第二個化學反應氧化反應是依照下列化學等式產生的：第二個化學反應氧化反應是依照下列化學等式產生的： Na2S + 4NaOCl → Na2SO4 + 4NaClNa2S + 4NaOCl → Na2SO4 + 4NaCl

• 上述反應的產物，硫酸鈉和氯化鈉是穩定、易溶的鹽，應上述反應的產物，硫酸鈉和氯化鈉是穩定、易溶的鹽，應當注意如果在次氯酸鈉將硫化鈉氧化成硫酸鈉之前，若硫當注意如果在次氯酸鈉將硫化鈉氧化成硫酸鈉之前，若硫化鈉溶液的化鈉溶液的 PHPH值低於值低於 1111 ，硫化氫氣體則可能會從液體，硫化氫氣體則可能會從液體流出釋放出去，形成一個潛在危險的狀況。 流出釋放出去，形成一個潛在危險的狀況。

DD ．操作模式．操作模式 -1-1• 硫化氫洗滌系統設計有三種不同的運轉硫化氫洗滌系統設計有三種不同的運轉模式，正常模式、異常模式和混合模式，模式，正常模式、異常模式和混合模式，混合模式為出現於異常模式後，儲存於混合模式為出現於異常模式後，儲存於貯槽的硫化鈉以貯槽的硫化鈉以 22天的時間用正常運轉天的時間用正常運轉模式作處理模式，將硫化鈉徐徐排出。 模式作處理模式，將硫化鈉徐徐排出。

DD ．操作模式．操作模式 -2-2• 正常模式：正常模式： 大多數情況下，運轉模式都是正常模式，大多數情況下，運轉模式都是正常模式，正常模式期間，氣體流量為正常模式期間，氣體流量為 300 NM3/hr300 NM3/hr ，硫化氫含，硫化氫含量量 20vol%(20vol%(或約或約 91Kg/hr)91Kg/hr) ，如上文所描述，硫化氫，如上文所描述，硫化氫與鹼液反應生成硫化鈉，在穩態下，與鹼液反應生成硫化鈉，在穩態下， 45 wt%45 wt% 的鹼液的鹼液流量約為流量約為 0.34m3/hr0.34m3/hr ，當硫化鈉的濃度會升高至約為，當硫化鈉的濃度會升高至約為循環液體循環液體 10 wt%10 wt% ，密度控制系統將會排放硫化鈉溶，密度控制系統將會排放硫化鈉溶液，在穩態條件下，硫化鈉流出物的排放流量約為液，在穩態條件下，硫化鈉流出物的排放流量約為 1.1.25 m3/hr25 m3/hr ，如上文所述，，如上文所述， ORPORP 、、 PHPH值和溫度控制值和溫度控制迴路會分別控制加入次氯酸鈉、新鮮鹼液和急冷水，迴路會分別控制加入次氯酸鈉、新鮮鹼液和急冷水，控制氧化反應和冷卻混合階段。約需要控制氧化反應和冷卻混合階段。約需要 5.5 m3/hr5.5 m3/hr 的的次氯酸鈉來氧化硫化鈉，因氧化為高放熱反應，會加次氯酸鈉來氧化硫化鈉，因氧化為高放熱反應，會加入約入約 12m3/hr12m3/hr 的急冷水，將混合溫度降到的急冷水，將混合溫度降到 77oC77oC ，詳，詳細情形可參閱正常模式質能平衡表。細情形可參閱正常模式質能平衡表。

DD ．操作模式．操作模式 -3-3• 異常模式：異常模式： 偶爾會發生異常模式，異常情形會持續偶爾會發生異常模式，異常情形會持續 22小時或更少的時間，在此情形下，氣體流量為小時或更少的時間，在此情形下，氣體流量為 33,,000000 NM3/hrNM3/hr ，硫化氫含量約，硫化氫含量約 40 vol %40 vol % ，是正常模式下洗，是正常模式下洗滌塔必須除去的硫化氫量的滌塔必須除去的硫化氫量的 2020倍，硫化氫總流量為倍，硫化氫總流量為18251825 Kg/hr Kg/hr ，考量桃廠下游廢鹼處理限量之要求，，考量桃廠下游廢鹼處理限量之要求，而加大洗滌塔貯槽容器的尺寸，作為一座收集硫化鈉而加大洗滌塔貯槽容器的尺寸，作為一座收集硫化鈉的緩衝貯槽。在後的緩衝貯槽。在後 22天裡貯槽溶液流出物排放速率會天裡貯槽溶液流出物排放速率會增加，直到所有異常模式情形下產生的硫化鈉都被氧增加，直到所有異常模式情形下產生的硫化鈉都被氧化和處理為止，化和處理為止， 4545wtwt%% 的鹼液在持續的鹼液在持續 22小時內的流小時內的流速速 6.366.36 m3/hr m3/hr ，在此期間，貯槽容器中會產生，在此期間，貯槽容器中會產生 5050 m m33 的硫化鈉溶液，貯槽的液位允許增加的硫化鈉溶液，貯槽的液位允許增加 5050 m3 m3 。詳。詳細情形可參閱異常模式質能平衡表細情形可參閱異常模式質能平衡表 ((或是或是 PFDPFD圖之圖之質能平衡表質能平衡表 )) 。。

DD ．操作模式．操作模式 -4-4• 正常模式和異常處理混合模式的組合：正常模式和異常處理混合模式的組合： 此模式會在一次異常模式產生後，並且進此模式會在一次異常模式產生後，並且進

入氣體已經恢復了正常流速和成分時發生，約持續入氣體已經恢復了正常流速和成分時發生，約持續 22天的時間，在此情形下，在異常期間所收集到的額外天的時間，在此情形下，在異常期間所收集到的額外的硫化鈉加上正常模式期間正常產生的硫化鈉會一併的硫化鈉加上正常模式期間正常產生的硫化鈉會一併被處理，在此運轉模式期間，硫化鈉流速、次氯酸鈉被處理，在此運轉模式期間，硫化鈉流速、次氯酸鈉流速和急冷水的流速都會達到最大值，到達靜態攪拌流速和急冷水的流速都會達到最大值，到達靜態攪拌器的硫化鈉流速為器的硫化鈉流速為 2.32.3 m3/hr m3/hr ，次氯酸鈉的流速為，次氯酸鈉的流速為1010 m3/hr m3/hr ，而急冷水的流速為，而急冷水的流速為 2222 m3/hr m3/hr ，最終導致，最終導致流出物的流速為流出物的流速為 34.434.4 m3/hr m3/hr ，次氯酸鈉和水會再次，次氯酸鈉和水會再次加入以控制流出物的加入以控制流出物的 ORPORP 及溫度。詳細情形可參閱及溫度。詳細情形可參閱混合模式質能平衡表。混合模式質能平衡表。