NCMA脫碳溶劑在干氣提濃裝置的應(yīng)用

劉百強(qiáng)，朱道平

（1.中國石化武漢分公司，武漢430082；2.南化集團(tuán)研究院江蘇省氣體凈化新型溶劑工程技術(shù)研究中心）

從煉油廠干氣中提取乙烯資源，已成為煉化一體化實現(xiàn)資源優(yōu)化利用和降低乙烯生產(chǎn)成本的重要手段［1］。其中，脫硫脫碳是干氣精制的一個重要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)有干氣精制裝置中，有的單獨(dú)建設(shè)一套脫硫脫碳系統(tǒng)，采用一乙醇胺（MEA）進(jìn)行脫硫脫碳［2］，有的先利用煉油脫硫裝置以甲基二乙醇胺（MDEA）進(jìn)行脫硫，再用氫氧化鈉洗滌脫除其中的CO2［3－4］。中國石化武漢分公司采用中國石油化工集團(tuán)公司和四川天一科技公司共同開發(fā)的煉油廠干氣回收C2資源成套技術(shù)［5］，建設(shè)了一套2×104m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）干氣提濃裝置。該裝置以催化裂化干氣和焦化干氣為原料，分離出富含C2的氣體，通過精制后作為乙烯裝置原料。該裝置包括變壓吸附、壓縮、脫硫脫碳和微量雜質(zhì)脫除4個單元。其中，脫硫脫碳單元設(shè)計采用MDEA作為吸收劑吸收C2氣體中所含的H2S和CO2。綜合考慮全廠溶劑再生單元配置，設(shè)計由現(xiàn)有的1號或2號催化裂化裝置的溶劑再生單元為干氣提濃裝置提供貧胺液，不再新建溶劑再生設(shè)施。干氣提濃裝置脫硫脫碳單元胺液循環(huán)量設(shè)計值為33t/h，新增的負(fù)荷使得單獨(dú)一套催化裂化裝置溶劑再生單元的負(fù)荷達(dá)到設(shè)計上限。為了優(yōu)化操作條件，降低干氣提濃裝置的貧液需求量，降低消耗，決定將原設(shè)計的MDEA溶劑更換為南化集團(tuán)研究院開發(fā)的NCMA干氣脫碳溶劑。本文主要介紹NCMA干氣脫碳溶劑在中國石化武漢分公司干氣提濃裝置的應(yīng)用結(jié)果。

1 NCMA脫碳溶劑

MDEA是從各種氣體中脫除CO2的主要方法之一。NCMA脫碳溶劑是南化集團(tuán)研究院在所開發(fā)的改良MDEA脫碳溶劑的基礎(chǔ)上，基于溶劑分子幾何構(gòu)型及所含官能團(tuán)對溶劑分子與CO2分子間相互作用的影響，通過分子設(shè)計，開發(fā)的具有適當(dāng)位阻效應(yīng)的位阻胺作為吸收CO2的活化劑。大多數(shù)MDEA溶劑的活化劑如二乙醇胺等在吸收CO2時生成穩(wěn)定的氨基甲酸鹽，在再生過程中需要較多的熱量才能分解，導(dǎo)致再生能耗較大，1mol的胺僅能吸收0.5mol CO2。同時，氨基甲酸鹽對設(shè)備的腐蝕性較強(qiáng)，又會形成水垢。此外，氨基甲酸鹽也加劇了烷醇胺與CO2的降解反應(yīng)，產(chǎn)生烷醇胺損耗增加、脫碳性能下降、腐蝕性上升等一系列問題。NCMA溶劑采用的位阻胺活化劑，在吸收CO2過程中不生成穩(wěn)定的氨基甲酸鹽，1mol的胺吸收CO2的量趨近于l mol，因此具有更大的吸收容量，同時可以避免由于氨基甲酸鹽所帶來的再生能耗較大、吸收容量低以及腐蝕、降解等問題［6］。NCMA脫碳溶劑的主要物理性質(zhì)見表1。

表1 NCMA脫碳溶劑的主要物理性質(zhì)

2 NCMA溶劑脫硫脫碳流程

NCMA溶劑脫硫脫碳的流程見圖1。從2號催化裂化裝置貧胺液儲槽出來的NCMA貧胺液分成3部分，從液化氣脫硫塔、干氣脫硫塔、提濃干氣脫碳塔上部進(jìn)入，分別吸收液化氣、干氣、提濃干氣中的H2S或CO2。吸收了酸性氣的胺液（富液）合并后與再生塔出來的貧胺液進(jìn)行換熱，回收部分貧胺液熱量后進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸出夾帶的烴類，然后進(jìn)入再生塔上部再生。再生后的胺液經(jīng)換熱并冷卻后進(jìn)入貧胺液儲槽，如此循環(huán)。溶劑再生所需熱量由催化裂化分餾塔頂循環(huán)提供。

圖1 NCMA溶劑脫硫脫碳流程示意

3 應(yīng)用結(jié)果

2號催化裂化脫硫裝置于2013年5月底調(diào)整為NCMA干氣脫碳溶劑，并與干氣提濃裝置吸收塔建立循環(huán)，6月上旬，干氣提濃裝置投料生產(chǎn)，初期只處理催化裂化干氣，至8月底引入焦化干氣，實現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。

3.1 干氣提濃裝置脫硫脫碳單元

干氣提濃脫硫脫碳單元更換NCMA干氣脫碳溶劑后，沿用原設(shè)計的壓力及溫度參數(shù)，混合干氣組成見表2，濃縮干氣胺洗工藝參數(shù)見表3。從表2和表3可以看出，雖然干氣提濃裝置處理的原料氣量低于設(shè)計值，但由于其中的CO2含量高于設(shè)計值，需要脫除的CO2總量與設(shè)計值相當(dāng)，采用NCMA干氣脫碳溶劑后，達(dá)到了如下效果：①胺液吸收CO2的能力大大提高，貧胺液的循環(huán)量由MDEA溶液設(shè)計值的33t/h下降到14t/h，大大減輕了胺液再生負(fù)荷，具有顯著的節(jié)能效果；②胺洗后產(chǎn)品氣中CO2體積分?jǐn)?shù)低于50μL/L，此前某同類裝置提濃干氣采用MDEA脫硫后，再通過強(qiáng)堿性的NaOH溶液洗滌，才能將CO2脫除至小于500μg/g［4］。可見采用NCMA溶劑脫碳，可省去堿洗工序，同時減輕乙烯裝置堿洗工序的耗堿量，減少廢堿的排放量。

表2 混合干氣組成 φ，%

表3 濃縮干氣胺洗工藝參數(shù)

3.2 催化裂化裝置裂化氣脫硫

2號催化裂化裝置裂化氣采用NCMA溶劑脫硫后，對壓力、溫度等操作條件未作改動，其運(yùn)行情況與同期1號催化裂化裝置采用MDEA溶劑的比較見表4。由表4可見，與1號催化裂化裝置采用MDEA溶劑相比，采用NCMA溶劑后，盡管原料處理量由122.5t/h增加到125.0t/h，但在脫后干氣和液化氣中H2S含量相同的情況下，總?cè)軇┭h(huán)量比 MDEA溶劑下降0.5t/h，說明NCMA溶劑的H2S負(fù)荷高于MDEA溶劑的H2S負(fù)荷；與使用MDEA溶劑相比，采用NCMA溶劑胺洗后干氣中CO2含量可下降24%，這將降低干氣提濃裝置半產(chǎn)品氣的壓縮負(fù)荷；胺洗后液化氣中的硫醇亦低于使用MDEA溶劑的硫醇量，可降低后續(xù)液化氣脫硫醇裝置的消耗。

表4 催化裂化裝置脫硫單元運(yùn)行結(jié)果

4 結(jié) 論

工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，將MDEA溶劑更換為NCMA脫碳溶劑達(dá)到了預(yù)期效果，胺液吸收CO2的能力大幅提高，在處理量相當(dāng)?shù)那闆r下，提濃干氣吸收塔的胺液循環(huán)量由MDEA溶液設(shè)計值的33t/h下降到14t/h，胺洗后干氣中CO2含量可下降24%；液化氣中的硫醇含量亦低于使用MDEA溶劑的硫醇含量，可降低后續(xù)液化氣脫硫醇裝置的消耗，降低了裝置能耗，減輕后工序的耗堿量，減少了廢堿的排放量。

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