当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

08-07炼厂气胺法脱硫设计优化问题探讨


炼   油 技 术 与 工 程
20 年 8 06 月
P T E ROL M  EU REF NE I RY  ENGI ER NG NE I

第 3 卷第 8 6 期

炼厂气胺法脱硫设计优化问题探讨
郭宏超                   
中国石化集团洛阳石油化工工程公司( 河南省洛阳市 410 ) 703
摘要:      在装置现场操作数据和模拟计算结果的基础上, 对炼厂气胺法脱硫的一些问题进行了探讨, 提出了一些 优化设计和操作的设想。优化的目的主要在于稳定装置的操作 , 保证脱硫的效果和产品质量 以及提高吸收过程对 HS Z 的选择性。对于不同的原料和产品要求, 综合考虑了各种因素的影响, 提出了有针对性的解决方案。
关键词: 炼厂气 胺法脱硫 工艺设计 脱硫溶剂 选择吸收 优化

炼油厂气体脱硫装置肩负着保证产品质量      ( 硫化氢含量) 和保护环境的双重任务, 受到越来 越多的重视。由于胺法脱硫工艺具有投资少、 运 行成本低、 三废排放少、 溶剂再生后的含硫化氢酸 性气可以 CA S 送 LU 单元回收硫磺等优点, 在炼油 厂得到了广泛的应用。如何优化炼厂气胺法脱硫 的设计和操作, 以期取得更好的经济效益和社会 效益, 是一项很有意义的工作。
1 过程分析

物, 并在溶剂系统中不断积累。其结果是溶剂中 的有效浓度降低, 发泡倾向性增加。

112 原料气的温度和压力 ..
理论上,      保证原料气相对低的温度和高的压 力有利于吸收过程的进行。实践中, 原料气的温 度和压力通常取决于上游装置的操作条件。仅仅 为了强化吸收而采用额外的手段来提升压力在经 济上是非常不合理的, 故此需要首先调整其它参 数使系统能够在较低的压力下进行操作。除加氢 后的硫磺尾气由于温度较高需要用急冷水直接接

11 原料对过程的影响 . 111 原料的组成 .. 在炼油厂,      通常需要处理的原料气为干气 ( 催化裂化、 来自 加氢和焦化等装置)加氢装置 、 的循环氢气、 硫磺尾气以及炼油厂排放的其它气 体。加氢干气和循环氢由于组成中不含有 C 2 0, 对吸收过程的要求相对简单; 而催化裂化干气和 焦化干气中不仅含有 Hs还有大量的 c ,这要 ', o, 求胺法脱硫过程具有更好的选择性, 才能保证富

触冷却到4 ℃外, 0 其它多数的 炼厂气在装置的边 界已经基本具备了适合于吸收过程的温度。另 外, 降低温度并分离气体中的重烃可以保证吸收
系统乃至整个溶剂系统的稳定运行。 12 溶剂的选择和浓度 .

121 脱硫溶剂的选择 .. 国内常用的脱硫溶剂有单乙醇胺( E )二      MA 、
乙醇胺( E )二乙丙醇胺( I )N 甲基二乙 DA 、 DP ,  A 一 醇胺( D A  ME) 。 ME      D A与其他脱硫溶剂( E ,  , A M A D A DP ) E I

胺液 再生后的 酸性气具有较高的HS Z浓度, 利于
下游硫磺回收装置的运行。 原料中含有的非酸性组分通常并不参与和胺     

的反应, 但其中一些还是会对过程产生影响。如 果气体中含有的重烃在吸收塔内冷凝下来, 会导 致溶剂系统的不稳定, 严重的会引起系统的发泡 并冲塔, 造成严重后果。某些气体如减压塔顶气 含有一定量的氧气, 会使溶剂产生氧化作用, 产生
单质硫和有机酸。催化裂化干气中含有的 H N C 也会在吸收过程中转化成不可再生的氨基化合

相比 有以下特点: HS ①对 Z 有较高的选择吸收性 能。溶剂再生后酸性气中HS Z 体积分数可以达 到7%以上。②溶剂损失量小。其蒸气压最低, 0
而且化学性质稳定, 溶剂降解物少。③碱性最低, 故腐蚀性最轻。④装置能耗低。与HSC : Z,O的反
收稿日 20 - 2 10 期: 6 0 一 6 0
作者简介: 工程师, 9 年毕业于华东理工大学石油加工专 15 9

业, 从事炼油厂脱硫、 硫磺回收、 酸性水汽提等装置的工艺设
计工作。

第8 期

郭宏艇. 炼厂气胺法脱硫设计优化问题探讨

应热最小, 同时使用浓度可达 4%甚至更高, 5 溶 剂循环量低, 故再生需要的蒸气量减少。 ⑤节省 投资。因对 HS Z选择性吸收率高, 溶剂循环量降 低且使用浓度高, 故减小了 设备尺寸, 节省投资。 由于M E      D A具有以上的优点, 前国内各炼 目 油厂已经广泛采用 M E D A作为气体脱硫溶剂。 就设计者而言, 需要针对不同的工况类型、 工厂已 有脱硫装置和溶剂再生装置的溶剂选择和流程设
置情况等因素来选择合适的溶剂。

理论最佳值等于贫液人口塔盘温度下贫液 H S Z 液相浓度所对应的平衡 H S Z  气相分压。无论是 在设计上还是操作中, 如果不能保证一定的贫液 质量, 调整其它诸如溶剂循环量、 人塔温度等意义
就不大了。

溶剂循环量对过程的影响主要在于调整气体      吸收塔内的传质推动力。理论上的最小循环量指

的就是塔内 气液相中目 标组分( Z) HS达到平衡时 的循环量, 此时传质推动力等于0 。在实践中, 必
须保证在塔内各层面上具有一定的传质推动力。

122 溶剂浓度的确定 .. 溶剂浓度的确定是综合比较装置投资、      操作 费用、 操作稳定性和可靠性的过程。采用过低的 溶剂浓度会使溶剂的循环量增加, 从而导致装置

传质推动力是气相中HS Z 分压、 溶剂中HS Z 负荷
和温度的函数。当增加溶剂循环量时, 溶剂酸性 气负荷变小, 温度降低, 从而得到更大的传质推动 力并使吸收平衡朝向有利于酸性气组分吸收的方
向进行。

投资和运行成本的增加; 而过高的浓度会使吸收 效率下降, 且使溶剂系统的发泡几率增加。 其中温度的影响尤其需要引起重视,      因为对 于不同酸性气组分浓度的气体, 其吸收过程释放
的单位热量也是不同的, 即溶剂浓度的变化所产 生的影响是不同的。 需要指出的是:      当提高溶剂浓度并同时适当 增加溶剂循环量以降低富液酸性气负荷的时候, 可以降低塔内的温度并抵消因温度因素而造成的 吸收效率的下降。总之, 在保证产品质量的前提 下, 采取同样的硬件设施, 不能期望因为增加溶剂 浓度而按比 例的减少吸收塔的溶剂循环量。 在现场操作中,      直接根据添加纯脱硫溶剂的 量和系统中的溶剂藏量估算出来的现场溶剂浓度 往往是不准确的。这是因为在装置运行过程中, 溶剂系统不可避免的会产生部分杂质, 这些不可 再生的物质降低了溶剂的实际浓度。只有通过分 析化验得到溶剂中实际可以用来吸收并能够再生 的胺组分的浓度才是溶剂的真实浓度, 才能够对 生产起到指导作用。 经过理论计算和生产实践的验证,      在不同的 工况下适宜采用的 M E D A溶剂质量分数范围为

2 过程的设计和优化 21 全厂溶剂系统的设置 . 全厂脱硫溶剂的集中再生有利于降低投资和      增加安全性。但是, 由于各个脱硫单元原料的不 同, 被带人溶剂系统的“ 污染” 也在程度和方式上 有所不同, 所以, 应该避免污染程度比较高的溶剂 ( 如处理催化裂化干气、 减压塔顶气的溶剂) 和相 对比较干净的溶剂( 如处理加氢气体、 液化石油 气的溶剂) 进行混合。原料不同采用的具体解决 方案也有所不同。从全厂角度而言, 在规划溶剂

系统的集中 再生时, 采用脱硫溶剂的“ 适度集中,
清污分离” 的原则将有利于全厂各脱硫系统的稳 定并减少因为定期更换溶剂而造成的操作成本
增加。

2%-0 0 5%。具体需要综合比较装置投资, 运行
成本和吸收的效果而定。 13 溶剂的循环量和贫液质量的影响 . 在完成溶剂的选择后,      贫液的质量( 贫液中 酸性气组分的浓度) 将成为至关重要的因素。贫 液质量的意义在于确定吸收塔顶部在当前温度下

22 气体的分液 . 原料气的冷却和分液的目的是为了得到相对      低的温度并且去除气体中的重烃液体, 保证吸收 过程的稳定和吸收效果。根据工厂的实际情况, 如果工厂能够提供的冷却介质的人口温度较高, 不能得到理想的冷却效果时, 则可以省略原料气 冷却器。原料气在管道输送过程中, 环境温度的 降低极易出现凝液, 要避免这些凝液被带人吸收
塔内, 必须在进人吸收塔前设置合适的原料气分 液罐, 且分液罐距离吸收塔还要尽可能的近。有 条件的情况下还可对这段管线保温伴热。 通常情况下,      对吸收后的净化气体进行水洗 + 分液是十分必要的, 目的在于防止其中携带的胺

的HS Z 气液相的平衡, 从而能够对净化气体所能
达到的理论最好产品质量做出评估。产品质量的



2 一 4

炼 油 技 术 与 工 程

20 年第 3 卷 06 6

液对下游管线和设备带来腐蚀和损害( 尤其当气 体下游有压缩机时) 防止在吸收塔溶剂发泡冲 ; 塔时大量的胺液被气体带出造成损失。从净化气 体洗涤和分离出来的胺液返回富液系统。 由于硫磺尾气中的杂质少,      系统发泡的倾向 性很低, 对硫磺装置尾气处理的吸收塔, 可以不设 置分液罐以降低投资。但是, 依然要有监测和控 制手段以便吸收塔操作不正常时对下游的尾气焚
烧炉提供保护。 23 贫液的温度控制 .

度并选择材质。 需要指出的是,      尽管由于吸收过程的热效应

使得塔内的温度高于原料气的温度, 理论上不会 导致原料气中重烃的冷凝, 似乎没有必要控制贫 液人塔的温度高于原料气的温度, 但是从工程实 践的角度来讲, 抑制吸收系统发泡倾向是需要一 系列的措施来保证的。与原料气分液、 溶剂过滤 甚至离子交换等手段一样, 控制贫液的温度依然
十分重要。

26 气体吸收塔塔盘或填料的选择 .
浮阀塔盘、      散堆填料和规整填料都可以用来 作为气体吸收塔的吸收传质内件, 根据不同的情

要保证贫液人      塔温度比 原料气高5 1 T, 一0 
就必须对贫液的温度进行监测和控制。控制的手 段是调节溶剂再生部分贫液冷却器的循环水量。 对于全厂性的集中再生, 需要根据现场情况调整 贫液冷却器的出口温度, 或对各脱硫单元单独设 置冷却器, 尽可能使各个含烃气体吸收塔的贫液 人口 温度在一个合适的范围内。
24 富液系统 .

况, 选择合适的 传质内件。 通常采用判断气液相流动参数(P 的方法      F)
来进行选择。

当F      0 一 . 时, P为0 2 01 塔盘和散堆填料具 .
有相同的分离效率和处理能力; 规整填料分离效 率高出前两者约 5%, 0 但处理能力的优势随 F P 的增加而减小。

气体吸收塔出口的富液会含有一定量的烃      类。一方面是来源于溶剂自 身溶解的烃类, 另一 方面是由于夹带所致。富液在进行再生前通常会 先进行闪蒸以去除烃类, 但在气体吸收塔内也要 尽可能地降低富液的烃含量, 尤其是夹带的烃类。 不推荐采用较高的塔底液体停留时间, 因为这样 做的效果并不理想, 且无谓地增加了设备的投资。 通过在塔底设置聚结措施, 使夹带的烃类小液滴 逐渐聚结成大液滴并最终由于密度差而上升至液 面位置, 通过塔釜设置的排油口 定期排出。
25 吸收塔的热效应 .

当F     . 一 . 时, P为01 03 塔盘和散堆填料具有 相同的效率和处理能力; 规整填料的处理能力与 塔盘和散堆填料相同, 而传质效率的优势随 F P
的增加而逐渐下降。

当F 为0 一 . 时,      3 05 塔盘、 P . 散堆填料、 规整
填料的效率和处理能力均随 尸 尸增加而降低。规 整填料处理能力和效率的下降速度最快, 而散堆 填料则最缓慢。 当然,      以上只是一般性的原则, 在选择时还需 要兼顾考虑装置的规模、 系统允许的压力降、 对气 液相流率波动的预测、 允许的系统发泡倾向性和

气体吸收的过程是放热反应,      每一层塔盘上 都会因吸收Hs 0放出热量而导致温度的变 ' 和C 2
化。通常情况下, 温度的上升幅度是塔盘上溶剂 酸性气负荷变化值的函数。温度的变化会引起 气、 液相平衡的变化, 而液相中的酸性气组分在相 应温度下的平衡气相分压又影响在该层塔盘上的 吸收传质推动力。 相同的原料和相同的溶剂类型吸收放热的理      论值是一定的。改变温度的方法就是调整溶剂的 循环量。不使温度上升太高, 有利于提高塔盘上 的传质推动力。 研究吸收塔热效应,      计算出吸收塔内的温度 分布还会使我们得出塔内的最高温度, 从设计角 度而言, 需以此温度为基准确定吸收塔的设计温

持液量要求等因素, 然后结合工艺计算的结果综 合考虑, 才可以做出更为合理的选择。 27 塔盘数或填料高度的选择 . 这里重点讨论在选择性吸收 HS      2  的工况下, 如何确定传质高度才能在满足 HS 2  脱除效率的 同时尽可能降低 C : O的共吸收率。

尽管M E      具有较高的 DA 选择吸收性能, 依然
需要合理的设备设计作为基础。过低的塔盘数或 填料高度将难以保证净化气体中的 HS 2  浓度指

标, 而过高的 塔盘数或填料高度将使更多的C2 0
被吸收下来。

塔盘总数与吸收选择性的关系见图 1      。可以 看出, 随塔盘总数的增加, 气体中的c , 出口 o基本

第8 期

郭宏爬. 炼厂气胺法脱硫设计优化问题探讨

呈现线性减少的趋势; HS 而 Z  则在出现较明显拐

点后出口的 HS Z  流率变化微乎其微。这说明在
拐点附近的 1 一 0 8 2 层塔盘总数即是该工况下的 理论最佳塔盘数。
, . 1

于不断变化中, 装置的操作必须能够在一定的范 围内适应这些变化。另一方面, 采用吸收塔贫液 的多点进料, 可以根据现场的情况来有效的调节 CZ O的共吸收率。
02        .0

0 八


0入  ̄U

荃 退 三 -}
, 一 4

五 荟

01 .5

6 n钊

蚤 )釜 人泣 悉

n 〕

八 目




0.5卜 ‘ 一 0

0 o竺一一 . t ,/? 1 气 0 相 }c
HS 2气相分率 ( 1) X  0
0 —           

1  4  7  1  1  6  9  2  5              1   1  2   2        0  3 
1   1  1 0  2  4 1   1 2   2 2 2   2 6  8  0  2  4  6  8

塔盘/                      层

塔盘总数/                  层

图 1 塔盘总数与吸收选择性的关系

图 2 吸收塔内气相酸性气组分的浓度分布
Fg 2  bo e vpr        br  o H S& i .  A sr a Z 

F .  etn i e e b ri seit     l o h bwe a o tn cvy i 1  a sp  n  po e ti g  R i t s l
ad a nm e o ty                  n t l  br r o u t f  a

C 2 cn ao d tbtn 0 cnettn  r uo o ri i i i s

以一台具有2 层塔盘的吸收塔为例,      5 通过计

3 结束语

算得到该塔内 各层塔盘上气相中Hs O的浓 ' 和C Z 度数据。根据这些数据绘制的曲线见图2可以 , 看出: O的吸收沿塔自 C: 上而下以基本固定的速 率进行。而大部分 H S的吸收是在塔的中下部 Z  完成的, 在塔的上部由于 HS Z 基本达到了平衡,
吸收的推动力已经很小。所以在塔的上部塔盘完

成的更多的是 C : O的吸收。对于这个例子而言, 采用2 层塔盘不仅增加了无谓的投资( 5 塔高增 加)而且吸收了更多的C 2增加下游硫磺回收 , 0,
装置的负荷。 应该指出的是,      设计优化 的内容不是设计

()      1 在胺法工艺框架下, 针对不同的原料和 产品要求, 综合考虑各种因素的影响提出了有针 对性的解决方案。 ()      2 在规划溶剂再生系统全厂集中处理的时 候, 需要考虑到各种原料中的杂质对脱硫溶剂的 负面影响。避免某些或者单个脱硫单元而污染了 整个溶剂系统。所以采用“ 适度集中, 清污分离”
的原则更加科学。

()      3 合理选择溶剂类型和溶剂浓度, 在满足
产品质量的同时, 降低装置的投资和操作费用。

“ 绝对” 合理的塔盘数或填料高度, 以满足 HS Z的 产品质量要求并尽可能少的吸收 C 2而是设计 0, 的气体吸收塔必须具备一定的适应性, 即必须有 适当的传质高度余量。因为装置在实际生产过程
中, 原料的组成 、 温度、 压力、 溶剂浓度等因素都处

()      4对吸收塔内温度以及其分布的分析, 可 以作为对溶剂循环量、 塔内传质推动力及富液酸 性气负荷辅助判断的手段。 ()      5 选择和计算合适的吸收塔内 传质内件和 传质高度, 建立良 好的气液相接触条件、 保证产品
质量和吸收选择性。

(              编辑 王维宗)

S UDY  T ON  DES GN  T M I AT ON  I OP I Z I OF
REF NERY  I GAS  I AM NE  W EETENI S NG  LANT P

G o ncag u H ghn o Loag tce i l  i en Cr r i , I O E (uyn 4 10 , ea , h a) uyn P r hmc E gn r g  p a o S P C  oag  03 H nn C i eo a n e i o o tn N L 7 n A s at  ri r s i set i is d d  t bs o oe tg a  s u tn  bt c Te ny g a n w e n g  t i o h a s  pri dt ad  li r r h e e a m e  e n s  e n  f u e  i f  an a n i ao e m - o sl.  s e tn  ds n t i tn do eain a p s t t ip v uioe tn  ai , u s Cni ri f e g o i z i a p rt r r e e o  r e t ri ri l t o d ao o i pm ao n r  e  n d  m o n p ao e bi e l t y esr t slr  oa r e  ehne  dc qat ad poe  o tn eti f H S nue  uu r vl  ad  ac pout  l n i r as po s cvy  ,. h f e e  m a n n t r ui y  m v b r i e it o l r  K y  rsr i r s a i s e tnn ,poes  i , w e n g vn, ete  o tn e Wod :  e g , mn w ee g r s ds n set i s et s cv as po , eny a f e i c eg en o l e i b ri l
o t zt n p mi i i ao


相关文章:
化工工艺学教案
转化法 第三章 硫化物的脱除 第一节 脱硫概述 第...用来制造、磺胺、腈等有机物。 用于高科技原料如...蒸汽转化法 气态烃包括天然气、油田气、炼厂气、焦炉...
更多相关标签: