裴貴彬，李克見(jiàn)，趙 炯，王志濤

(中原油田石油化工總廠，河南 濮陽(yáng) 457000)

脫硫系統(tǒng)溶劑再生塔操作波動(dòng)分析及優(yōu)化

裴貴彬，李克見(jiàn)，趙 炯，王志濤

(中原油田石油化工總廠，河南 濮陽(yáng) 457000)

中原油田石油化工總廠催化裂化裝置脫硫系統(tǒng)的乙醇胺再生塔在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)沖塔現(xiàn)象，不僅使乙醇胺損耗增加，也嚴(yán)重影響干氣和液化氣的產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)分析并查找原因，對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將再生塔塔底的汽返溫度控制在115～120 ℃，液化氣重組分體積分?jǐn)?shù)控制在1.5%以下，干氣重組分體積分?jǐn)?shù)控制在2%以下，富液閃蒸罐壓力控制在0.30 MPa左右，乙醇胺過(guò)濾量調(diào)整到3 th，經(jīng)過(guò)調(diào)整，平穩(wěn)了脫硫系統(tǒng)的操作，保證了干氣和液化氣的產(chǎn)品質(zhì)量，減少了乙醇胺的損耗。

脫硫系統(tǒng) 再生塔 波動(dòng) 優(yōu)化

中原油田石油化工總廠的催化裂化裝置脫硫系統(tǒng)是與500 kta催化裂化裝置和250 kta汽油選擇性加氫裝置相匹配的氣體產(chǎn)品脫硫系統(tǒng)，包括干氣脫硫、液化氣脫硫和溶劑再生三部分。該工藝使用N-甲基二乙醇胺(MDEA)作為脫硫劑，不僅脫除干氣、液化氣中的含硫化合物，還脫除加氫裝置循環(huán)氫中的硫。脫硫裝置的操作波動(dòng)就會(huì)使得MDEA中的H2S含量升高，甚至MDEA的貧液和富液中的H2S含量基本一致，造成干氣和液化氣中的H2S無(wú)法脫除，同時(shí)脫硫劑耗費(fèi)嚴(yán)重，大量的脫硫劑MDEA跑損。其次，脫硫操作的波動(dòng)也造成加氫裝置循環(huán)氫中的硫含量升高，氫分壓降低，導(dǎo)致加氫汽油的硫含量超標(biāo)，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，降低脫硫裝置的操作波動(dòng)，對(duì)穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高整體效益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。中原油田石油化工總廠催化裂化裝置脫硫系統(tǒng)的乙醇胺再生塔在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)沖塔現(xiàn)象，不僅使乙醇胺損耗增加，也嚴(yán)重影響干氣和液化氣的產(chǎn)品質(zhì)量。本文主要分析脫硫再生塔操作波動(dòng)的原因及采取的措施。

1 裝置現(xiàn)狀

1.1 工藝流程

催化裂化裝置干氣、液化氣脫硫系統(tǒng)的原則流程見(jiàn)圖1。來(lái)自吸收-穩(wěn)定單元的部分干氣、液化氣分別進(jìn)入各自的脫硫塔下部，與來(lái)自溶劑罐的貧MDEA脫硫劑逆流接觸，氣體中的H2S和CO2被貧液脫硫劑吸收，脫除H2S和CO2的凈化氣從塔頂引出，經(jīng)沉降分液罐分液后送出裝置。自干氣脫硫塔、液化氣脫硫塔來(lái)的富MDEA溶液匯合一起進(jìn)入貧富液換熱器管程，換熱后進(jìn)入富液閃蒸罐，脫除脫硫劑中攜帶的輕烴組分，然后進(jìn)入溶劑再生塔頂部，塔底富液在重沸器的加熱及汽提作用下，富液中的H2S和CO2被解析出來(lái)，并與水蒸氣一起從溶劑再生塔頂出來(lái)，經(jīng)再生塔塔頂冷凝器冷卻后，進(jìn)酸性氣分液罐，冷凝的酸性水由回流泵打到再生塔塔頂作冷回流，富硫化氫氣體從罐頂分出裝置作為制硫原料。再生后的貧液經(jīng)貧富液換熱器貧液冷卻器，冷卻后進(jìn)溶劑罐循環(huán)使用。液體中的固體雜質(zhì)和降解產(chǎn)物的存在使腐蝕加劇并促使溶液起泡，為使裝置正常運(yùn)行，特設(shè)有過(guò)濾系統(tǒng)，將溶液中大于10 μm的固體雜質(zhì)過(guò)濾掉，然后返回溶劑罐。

1.2 裝置現(xiàn)狀分析

從2013年8月開始，脫硫再生塔開始出現(xiàn)頻繁波動(dòng)，具體表現(xiàn)為酸性氣分液罐經(jīng)常出現(xiàn)液位瞬間突升，直至滿罐，從原來(lái)的2～3天波動(dòng)1次，到1天波動(dòng)1次，直至1天波動(dòng)數(shù)次。2013年8—12月脫硫再生塔的波動(dòng)情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出：2013年8—12月脫硫再生塔操作一直不平穩(wěn)，直接造成MEDA貧液中的H2S濃度升高，進(jìn)而使得干氣、液化氣質(zhì)量不能達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，另外，也直接導(dǎo)致乙醇胺的損耗加大，僅8—10月乙醇胺消耗達(dá)40 t以上，生產(chǎn)成本直線上升；從10月份開始，當(dāng)再生塔出現(xiàn)波動(dòng)后，開始對(duì)再生塔進(jìn)行蒸塔，雖然波動(dòng)次數(shù)有所減少，但是效果還是不理想。因此對(duì)催化裂化裝置脫硫系統(tǒng)現(xiàn)行生產(chǎn)狀況進(jìn)行研究分析，查找再生塔操作波動(dòng)的原因、規(guī)律及影響因素，最大限度地平穩(wěn)脫硫操作，以提高經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 脫硫系統(tǒng)的原則流程

表1 2013年裝置生產(chǎn)情況以及產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

注： 液化氣和干氣中硫的質(zhì)量濃度均控制在200 mgm3以下為合格，每天分析1次。

2 操作條件對(duì)脫硫操作的影響

2.1 汽返溫度的影響

再生塔塔底重沸器用飽和蒸汽作為熱源，受飽和蒸汽壓力和溫度的影響，也會(huì)造成汽返溫度的波動(dòng)，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，不利于胺液的再生；溫度過(guò)高，會(huì)使塔底產(chǎn)生的蒸汽量增大，進(jìn)而影響到塔內(nèi)氣液相的平衡，也容易造成操作的波動(dòng)，使得貧液中的H2S濃度升高。當(dāng)再生塔塔底溫度超過(guò)125 ℃時(shí)，脫硫劑就會(huì)產(chǎn)生熱降解，使胺液中的降解產(chǎn)物增多，也會(huì)影響再生塔的操作穩(wěn)定[1-2]。汽返溫度對(duì)貧液中H2S濃度的影響見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，隨著汽返溫度的升高，貧液中H2S濃度降低，當(dāng)溫度高于115 ℃后，貧液中H2S濃度的變化趨勢(shì)變緩，這主要是因?yàn)闇囟冗^(guò)高時(shí)，雖然對(duì)富液再生效果有利，但是容易破壞乙醇胺的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[3-4]。因此綜合考慮，控制汽返溫度在115～120 ℃較為合理。

圖2 汽返溫度對(duì)貧液中H2S濃度的影響

2.2 液化氣重組分的影響

從吸收-穩(wěn)定單元的穩(wěn)定塔塔頂出來(lái)的液化氣進(jìn)入到液化氣脫硫塔，與乙醇胺逆流接觸除去其中的硫化氫。當(dāng)液化氣中重組分含量較高時(shí)，就會(huì)使得富液中帶部分輕烴。液化氣重組分含量對(duì)貧液中H2S濃度的影響見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，隨著液化氣中重組分含量的增加，貧液中H2S濃度升高。這主要是因?yàn)橐夯瘹庵械牟糠种亟M分在液化氣脫硫塔內(nèi)被乙醇胺洗滌下來(lái)，隨部分富液進(jìn)入脫硫再生塔。這部分輕烴的存在，易造成乙醇胺起泡[5]。而胺液系統(tǒng)發(fā)泡，就會(huì)導(dǎo)致霧沫夾帶嚴(yán)重，使得塔內(nèi)上升的氣相攜帶著大量的胺液從塔頂出來(lái)，造成沖塔。因此，將液化氣重組分體積分?jǐn)?shù)控制在1.5%以下為宜。

圖3 液化氣重組分含量對(duì)貧液中H2S濃度的影響

2.3 干氣中重組分的影響

從吸收-穩(wěn)定單元的再吸收塔塔頂出來(lái)的干氣，首先進(jìn)入到干氣分液罐，經(jīng)分液進(jìn)入干氣脫硫塔塔底，與塔頂下來(lái)的乙醇胺逆流接觸以脫去其中的H2S。如果干氣中的重組分含量較高，且干氣線速較大時(shí)，就會(huì)使得氣液分離不充分，使富液中帶部分輕烴。干氣重組分含量對(duì)貧液中H2S濃度的影響見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，隨著干氣中重組分含量增加，貧液中的H2S濃度增大。這主要是因?yàn)楦蓺庵械牟糠种亟M分在干氣脫硫塔內(nèi)被乙醇胺洗滌下來(lái)，不可避免部分會(huì)隨富液進(jìn)入脫硫再生塔，這部分輕烴的存在，加重了乙醇胺的發(fā)泡，造成脫硫再生塔發(fā)生大規(guī)模的霧沫夾帶，造成沖塔。因此，將干氣重組分體積分?jǐn)?shù)控制在2%以下為宜。

圖4 干氣重組分含量對(duì)貧液中H2S濃度的影響

2.4 富液閃蒸罐壓力的影響

富液閃蒸罐可將溶解在溶液中的烴類閃蒸出來(lái)，富液通過(guò)自壓進(jìn)入再生塔塔頂，閃蒸烴經(jīng)調(diào)節(jié)閥降壓后送至瓦斯管網(wǎng)。富液閃蒸罐壓力對(duì)貧液中H2S濃度的影響見(jiàn)圖5。從圖5可以看出：隨著壓力的升高，貧液中的H2S濃度基本穩(wěn)定，當(dāng)壓力超過(guò)0.30 MPa時(shí)，貧液中H2S濃度開始升高。這主要是由于壓力較低時(shí)，有利于閃蒸罐中輕烴組分的解析，但再生塔是靠富液閃蒸罐的自壓進(jìn)料，故壓力過(guò)低雖然有利于輕烴的解析，但對(duì)進(jìn)料不利，使得再生塔進(jìn)料減少且不平穩(wěn)，造成操作波動(dòng)；當(dāng)壓力高于0.35 MPa時(shí)，不利于輕烴組分的解析，就會(huì)使得再生塔進(jìn)料的富液帶輕烴組分，引起脫硫劑起泡，產(chǎn)生霧沫夾帶[6]。因此，富液閃蒸罐的壓力控制在0.30 MPa左右為宜。

圖5 富液閃蒸罐壓力對(duì)貧液中H2S濃度的影響

2.5 乙醇胺過(guò)濾量的影響

圖6 乙醇胺過(guò)濾量對(duì)貧液中H2S濃度的影響

脫硫胺液系統(tǒng)的胺液經(jīng)過(guò)多年的循環(huán)使用，溶液質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化。由于其中穩(wěn)態(tài)鹽、降解產(chǎn)物、固體懸浮物和烴類物質(zhì)的存在，不僅使胺液性質(zhì)發(fā)生改變，而且造成胺液系統(tǒng)起泡嚴(yán)重，且泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)[7-8]。因此除去降解產(chǎn)物和雜質(zhì)對(duì)穩(wěn)定脫硫操作具有重要意義。乙醇胺過(guò)濾量對(duì)貧液中H2S濃度的影響見(jiàn)圖6。從圖6可以看出：隨著乙醇胺過(guò)濾量的增加，貧液中H2S濃度降低。這主要是因?yàn)橐掖及分械囊恍┓€(wěn)態(tài)鹽、降解產(chǎn)物、固體懸浮物被吸附過(guò)濾掉，改善了乙醇胺的品質(zhì)，相對(duì)減少了乙醇胺的發(fā)泡傾向；當(dāng)乙醇胺過(guò)濾量超過(guò)3 th后，貧液中的H2S濃度變化不大。因此在保證操作平穩(wěn)的情況下，乙醇胺過(guò)濾量控制在3 th左右為宜。

3 調(diào)整優(yōu)化后的效果

2014年4月，對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將再生塔塔底的汽返溫度控制在115～120 ℃，液化氣重組分體積分?jǐn)?shù)控制在1.5%以下，干氣重組分體積分?jǐn)?shù)控制在2%以下，富液閃蒸罐壓力控制在0.30 MPa左右，乙醇胺過(guò)濾量調(diào)整到3 th。2014年4—8月裝置生產(chǎn)情況以及產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。2014年9月干氣和液化氣中硫的濃度見(jiàn)圖7。

表2 2014年裝置生產(chǎn)情況以及產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

圖7 2014年9月干氣和液化氣中硫的濃度■—干氣； ●—液化氣

從表2可以看出，通過(guò)對(duì)操作條件的調(diào)整優(yōu)化，使脫硫再生塔的操作波動(dòng)降至每月5次以下，貧液中的H2S質(zhì)量濃度也下降到1.5 gL以下，有效保證了干氣、液化氣中硫含量的合格率在90%以上，每月的乙醇胺損耗降至5 t以下，產(chǎn)品質(zhì)量合格率大幅提升。從圖7可以看出，經(jīng)過(guò)對(duì)脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，干氣和液化氣中硫含量得到有效控制，滿足了干氣中硫質(zhì)量濃度在200 mgm3以下的鍋爐用氣要求。

4 結(jié) 論

為了平穩(wěn)脫硫系統(tǒng)的操作，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。將再生塔塔底的汽返溫度控制在115～120 ℃，液化氣重組分體積分?jǐn)?shù)控制在1.5%以下，干氣重組分體積分?jǐn)?shù)控制在2.0%以下，富液閃蒸罐壓力控制在0.30 MPa左右，乙醇胺過(guò)濾量調(diào)整到3 th，從而使得操作波動(dòng)得到了控制，液化氣和干氣的產(chǎn)品合格率達(dá)到90%以上。

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ANALYSIS OF OPERATION FLUCTUATION OF SOLVENT REGENERATION TOWER IN SOUR GAS DESULPHURIZATION SYSTEM AND ITS OPTIMIZATION

Pei Guibin， Li Kejian， Zhao Jiong， Wang Zhitao

(GeneralPetrochemicalWorksofZhongyuanOilfield，Puyang，Henan457000)

The reasons for operation fluctuation in the ethanol amine solvent regeneration tower of the sour gas desulphurization system were analyzed. The flood phenomena increased the loss of diethanol amine and affected the quality of dry gas and liquefied gas. Based on the analysis， the following operation parameters were required to solve flood problem：the steam temperature from the bottom of the regeneration tower was controlled at 115—120 ℃， the volume fraction of the heavier component in liquefied gas and the dry gas were reduced to less than 1.5% and 2%， respectively， the pressure of flash tank of rich diethanol amine solution was set at 0.30 MPa， the load of filtered diethanol amine was adjusted to 3 th. These measures make the operation stable， and assure the qualities of dry gas and LPG products. The loss of diethanol amine is reduced and the economic benefits of enterprises are increased.

desulfurization system； regeneration tower； fluctuation； optimization

2015-07-02； 修改稿收到日期： 2015-09-03。

裴貴彬，碩士，工程師，2011年畢業(yè)于西南石油大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，主要從事催化裂化技術(shù)管理工作。

裴貴彬，E-mail：peiguibin@163.com。