液態(tài)烴脫水安裝閃蒸罐可行性分析研究

【摘 要】大慶煉化公司北罐區(qū)閃蒸罐設(shè)計(jì)壓力等級(jí)低，存在較大安全隱患，不符合規(guī)范《鋼制壓力容器GB150-1998》中第3.4.3條設(shè)計(jì)壓力指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。本文經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件分析、理論計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)模擬生產(chǎn)，符合壓力等級(jí)和使用規(guī)范的閃蒸罐。

【關(guān)鍵詞】液態(tài)烴；閃蒸罐；設(shè)計(jì)安裝；分析研究

前言

北罐區(qū)閃蒸罐設(shè)計(jì)壓力等級(jí)低，存在較大安全隱患。不符合規(guī)范《鋼制壓力容器GB150-1998》中第3.4.3條設(shè)計(jì)壓力指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力?，F(xiàn)丙烷罐區(qū)閃蒸罐（設(shè)計(jì)壓力0.6MPa）儲(chǔ)存介質(zhì)為丙烷和水，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)與丙烷球罐設(shè)計(jì)壓力（1.8MPa）一致；液化氣、拔頭油罐區(qū)閃蒸罐（設(shè)計(jì)壓力0.66MPa）儲(chǔ)存介質(zhì)為液化氣、拔頭油和水，應(yīng)與液化氣球罐設(shè)計(jì)壓力（1.8MPa）；丁烯-1罐區(qū)閃蒸罐（設(shè)計(jì)壓力0.66MPa）儲(chǔ)存介質(zhì)為丁烯-1和水，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)與丁烯-1球罐設(shè)計(jì)壓力（1.96MPa）一致；閃蒸罐放火炬線無(wú)伴熱線，存在脫水易凍堵火炬線的風(fēng)險(xiǎn)。

1.液態(tài)烴醇胺吸收法凈化工藝流程

流程可劃分為胺液高壓吸收和低壓再生兩部分。原料氣經(jīng)滌氣除去固液雜質(zhì)后進(jìn)入吸收塔（或稱接觸塔）。在塔內(nèi)氣體由下而上、胺液由上而下逆流接觸，醇胺溶液吸收并和酸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成胺鹽，脫除酸氣的產(chǎn)品氣或甜氣由塔頂流出。吸收酸氣后的醇胺富液由吸收塔底流出，經(jīng)降壓后進(jìn)入閃蒸罐，放出吸收的烴類氣體和微量酸氣。經(jīng)貧/富胺液換熱器，富胺液升高溫度后進(jìn)入再生塔上部，液體沿再生塔向下流動(dòng)與重沸器來(lái)的高溫水蒸氣逆流接觸，絕大部分酸性氣體被解吸，恢復(fù)吸收能力的貧胺液由再生塔底流出，在換熱器中與冷富液換熱，增壓、過(guò)濾、進(jìn)一步冷卻后，由循環(huán)泵注入吸收塔頂部。再生塔頂流出的酸性氣體經(jīng)過(guò)冷凝，在回流罐分出液態(tài)水后，酸氣送至回收裝置生產(chǎn)硫磺或送至火炬灼燒，液態(tài)水作為再生塔頂回流。

2.液態(tài)烴凈化主要設(shè)備

2.1吸收塔

塔是氣液逆向接觸和傳質(zhì)的設(shè)備，用吸收劑從天然氣內(nèi)分出酸性氣體的塔器稱吸收塔或接觸塔。吸收塔與分餾穩(wěn)定塔有兩點(diǎn)不同，一為實(shí)施氣液傳質(zhì)的原理不同，前者依據(jù)氣體組分在溶液內(nèi)的溶解度不同而實(shí)施氣液傳質(zhì)，后者依據(jù)各組分揮發(fā)度不同實(shí)施氣液傳質(zhì)；二為塔內(nèi)氣液流量不同，前者氣體流量大、液體流量小，后者液體流量大、氣體流量相對(duì)較小。盡管有上述不同，但都需好的氣液傳質(zhì)設(shè)備，因而吸收塔結(jié)構(gòu)上與分餾穩(wěn)定塔基本相同。

進(jìn)吸收塔貧液含有微量酸氣，含酸氣的量與醇胺類別有關(guān)。伯醇胺的殘余酸氣負(fù)荷為0.05～0.10（mol酸氣/mol胺液），仲醇胺為0.03～0.05，以MDEA為基料復(fù)配的吸收溶劑的殘余酸氣負(fù)荷為0.005。出塔富液的酸氣負(fù)荷常按80%酸氣平衡負(fù)荷考慮。

2.2閃蒸罐

閃蒸罐脫除醇胺富液吸收的烴類，否則這些液烴將進(jìn)入再生塔干擾胺液再生，并促使胺液在再生塔內(nèi)發(fā)泡。溶液吸收烴類的數(shù)量由吸收塔壓力、原料氣組成確定。原料氣為貧酸氣時(shí)的經(jīng)驗(yàn)值約為15m3（氣）/m3（溶液）。低壓、高溫有利于在閃蒸罐內(nèi)分出溶液吸收的烴液，因而閃蒸罐的壓力宜低于0.5MPa，溫度應(yīng)高于60℃，可獲得較好的脫烴效果。蒸出烴蒸氣的同時(shí)會(huì)帶出少量酸氣（H2S）。若閃蒸氣用做燃料，需要在閃蒸罐上部安裝小填料塔用貧胺液進(jìn)行處理，降低氣體內(nèi)H2S含量。若為氣液兩相分離，胺溶液在閃蒸罐內(nèi)的停留時(shí)間約為10～15min，若為三相分離停留時(shí)間為20～30min。

2.3各類換熱設(shè)備

重沸器 重沸器為再生塔提供熱量，其熱負(fù)荷由以下幾部分組成：①將醇胺溶液加熱至沸點(diǎn)；②使再生塔塔頂回流液（水）汽化；③補(bǔ)充水的熱負(fù)荷；④重沸器和再生塔的熱損失

重沸器熱負(fù)荷愈大，塔頂回流冷凝器的負(fù)荷愈高，回流量愈大，但可用較少板數(shù)的再生塔。反之，重沸器熱負(fù)荷小，回流量小，塔板數(shù)和塔高增加；回流冷凝器 再生塔頂?shù)幕亓骼淠鞒閺?qiáng)制通風(fēng)空冷式翅片管換熱器，它的負(fù)荷是冷卻塔頂氣并把水蒸氣凝析為水。冷卻器的入口溫度不宜超過(guò)107℃，可直接測(cè)量或由水蒸氣分壓查蒸汽表得到，出口溫度為54～62℃。

3.安裝操作步驟

醇胺脫酸氣系統(tǒng)在運(yùn)行中常遇到的問(wèn)題主要有：溶液損失和變質(zhì)、溶液發(fā)泡和設(shè)備腐蝕三類，它們相互聯(lián)系。

3.1胺溶劑損失和降解

胺液損失大體分三類，正常損失、非正常損失和降解損失；溶劑的非正常損失包括：溶劑循環(huán)系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏，吸收塔內(nèi)溶液發(fā)泡增加的溶劑損失，原料氣攜帶采出水增加的溶劑損失等。非正常損失常高于正常損失。

熱降解指溶液溫度過(guò)高產(chǎn)生的變質(zhì)現(xiàn)象，應(yīng)嚴(yán)格控制溶液的再生溫度。氧化降解指溶液和氧接觸產(chǎn)生熱穩(wěn)定性極好、不能再生的產(chǎn)物，從而導(dǎo)致溶液降解?；瘜W(xué)降解主要指氣流中的CO2、有機(jī)硫和醇胺發(fā)生副化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生難以完全再生的化合物。

為降低降解損失可采取的措施有：①保持系統(tǒng)密閉、避免空氣進(jìn)入系統(tǒng)；②觀察貧液顏色，判斷貧液品質(zhì)，經(jīng)常檢查胺液的濃度和pH值；③保證補(bǔ)充水的品質(zhì)。

觀察貧液顏色能判斷胺液的品質(zhì)。正常情況下胺液應(yīng)為淺棕色或稻草顏色，若胺液為綠色表示含有小顆粒FeS、黑色含大顆粒FeS、藍(lán)色或綠色含銅和鎳的化合物或暗紅色含胺和鐵的復(fù)雜化合物、紅色或棕色含氧化產(chǎn)物或熱降解物等，都表示胺液品質(zhì)下降。伯醇胺帶有氨味。

流出吸收塔和再生塔的甜氣和酸氣，由于溫度高于原料氣溫度，氣體內(nèi)水含量增加，使醇胺溶液的濃度增加。為保持合適的濃度需定期（小裝置）或連續(xù)（大裝置）補(bǔ)充水量?？蓮脑偕敾亓鞴藓臀账此逄砑友a(bǔ)充水。補(bǔ)充水水質(zhì)應(yīng)有嚴(yán)格要求，避免引起塔內(nèi)溶液發(fā)泡、腐蝕、堵塞和污染系統(tǒng)。補(bǔ)充水應(yīng)對(duì)氯化物（限定在20/106之內(nèi)）、溶解鹽總量（100/106）、水硬度（50/106）、鉀鈉離子（10/106）和鐵離子（10/106）含量等有嚴(yán)格規(guī)定。

4.安裝過(guò)程中防腐蝕措施

含酸氣的高溫胺液具有很強(qiáng)的腐蝕性。設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)與胺液接觸的塔器、管線等增加壁厚，留有腐蝕余量。制造中應(yīng)釋放焊接產(chǎn)生的熱應(yīng)力。操作中應(yīng)注意：避免胺液濃度過(guò)高、采用符合質(zhì)量要求的補(bǔ)充水、保持過(guò)濾器良好工作狀態(tài)以及防止再生塔溫度過(guò)高等，特別要防止氧氣通過(guò)各種途徑進(jìn)入系統(tǒng)。對(duì)腐蝕性極強(qiáng)的MEA系統(tǒng)，最容易產(chǎn)生腐蝕的部件應(yīng)使用抗腐鋼材，如：吸收塔和再生塔的塔板（或填料）、貧/富胺液換熱器、重沸器和復(fù)活釜的管束、吸收塔的富液管線和減壓閥等。