減壓塔塔頂尾氣脫硫

劉長旭 唐 濱

福陸中國工程建設(shè)有限公司 （上海 201210）

在以往煉油廠的操作中，減壓塔塔頂含烴類尾氣一般作為燃料送去加熱爐燃燒。隨著國內(nèi)環(huán)保要求的日益提高，采用直接燃燒的方式處理該尾氣很難滿足國家或者地方的排放法律法規(guī)要求。某項目減壓塔塔頂抽真空廢氣含有H2S，直接用作燃料氣燃燒后的廢氣中SOx超標，通過增加一個胺洗脫硫塔，可以將尾氣中H2S 的物質(zhì)的量分數(shù)降低至原來的0.05%，然后送往進料加熱爐作為燃料氣，加熱爐煙氣SOx實現(xiàn)達標（低于100 mg/m3）排放。

1 流程簡介

減壓塔塔頂抽真空尾氣組成如表1 所示。

表1 減壓塔塔頂抽真空尾氣組成

這股尾氣如果直接用作燃料氣，燃燒產(chǎn)生的煙氣中SOx將嚴重超標，因此首先要脫除其中的H2S。

尾氣中的酸性氣脫除工藝主要分為4 種：濕法（可再生溶劑）、干法、膜分離法和生物法。濕法又可分為化學(xué)溶劑法、物理溶劑法和物理-化學(xué)溶劑法3 種。

1.1 尾氣脫酸工藝比較

尾氣中酸性氣體脫除工藝及其優(yōu)缺點如表2 所示。膜分離法由于造膜費用高，而且不能保證脫硫的精度與純度，還未被廣泛應(yīng)用；生物法具有誘人的工業(yè)應(yīng)用前景，但技術(shù)上還處于研究開發(fā)階段，目前仍然面臨許多挑戰(zhàn)。這兩種新興的酸性氣體脫除技術(shù)，還需要進一步研究與發(fā)展，本文暫不作詳細論述。

1.2 脫酸工藝選擇

根據(jù)尾氣組成和對H2S 的要求，可以選擇N-甲基二乙醇胺（MDEA）溶液作為脫硫工藝的吸收劑，達到選擇性脫除H2S 的目的。用胺液吸收H2S時：既有物理吸收又有化學(xué)吸收，且吸收能力強；胺液基本不降解，對裝置腐蝕性較小且蒸汽壓較低，吸收酸氣損失小。

MDEA 是在20 世紀80 年代初作為一種選擇性脫除H2S 的溶劑開始獲得工業(yè)應(yīng)用的，在實踐中，MDEA 卓越的低能耗性質(zhì)也迅即被人們發(fā)現(xiàn)。因此，無論在國內(nèi)還是國外，著眼于其節(jié)能特點，從20 世紀80 年代開始了MDEA 的應(yīng)用熱潮。經(jīng)過近40 年的發(fā)展，時至今日，以MDEA 為主劑已開發(fā)出多種溶液體系，其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了整個氣體脫硫脫碳領(lǐng)域。

另外，選擇MDEA 作為吸收溶劑的原因是，在各種胺液中，MDEA 溶液的腐蝕性最小。即便如此，在實際操作過程中還是出現(xiàn)過設(shè)備腐蝕。所以，在選擇設(shè)備和管道材料時需充分考慮腐蝕問題，給設(shè)備提供足夠的腐蝕裕量。

與其他胺液相比，MDEA 溶液發(fā)泡性的強弱，文獻中有不同的認識。有文獻認為，MDEA 溶液本身的泡沫多于其他胺液，但是其腐蝕較輕，產(chǎn)生的可穩(wěn)定泡沫的硫化鐵少，所以發(fā)泡問題較其他胺液輕。

表2 酸性氣脫除方法比較

從俄羅斯研究人員所測定的胺液發(fā)泡性能（見表3）來看：MDEA 溶液的泡沫并不高，泡沫穩(wěn)定時間也不長；但所示數(shù)據(jù)難以歸納出規(guī)律性。

表3 胺液發(fā)泡性能比較

王隆祥等[1]依據(jù)重慶天然氣凈化總廠7 套使用MDEA 的裝置運行8 年的經(jīng)驗，在肯定其取得巨大技術(shù)經(jīng)濟效益的同時，指出MDEA 抗污染性能較差，從而容易導(dǎo)致溶液發(fā)泡。因此，應(yīng)當注意采取防止MDEA 溶液被污染的措施并積累經(jīng)驗。

1.3 脫硫塔設(shè)計計算

該胺洗脫硫塔流程設(shè)計是在項目基本設(shè)計完成之后提出的，本著盡量利用現(xiàn)有MDEA 供給的基礎(chǔ)，采用可行的技術(shù)方案進行脫硫處理。流程簡圖如圖1 所示。

圖1 胺洗脫硫塔流程

由于脫硫后尾氣將作為進料加熱爐的燃料氣，量不足時引入一股燃料氣作為補充。根據(jù)GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》要求，工藝加熱爐煙氣中SO2質(zhì)量濃度需低于100 mg/m3，脫硫尾氣中的H2S 需滿足一定要求，才能實現(xiàn)加熱爐煙氣的達標排放。

根據(jù)分析，當加熱爐負荷為30%時，補充的燃料氣（基本不含H2S）量最小，對脫硫尾氣中H2S含量要求最高，經(jīng)過ProMax 燃燒計算，可以得到此時脫硫后尾氣中的H2S含量，結(jié)果如表4 所示。

表4 各氣體組分及其物質(zhì)的量分數(shù)%

因此，當需要將加熱爐煙氣SO2含量控制在標準范圍內(nèi)時，脫硫后尾氣中H2S 物質(zhì)的量分數(shù)需控制在0.05%以內(nèi)，根據(jù)計算結(jié)果（見表5）進行脫硫塔的計算。

經(jīng)PRO/Ⅱ模擬計算，脫硫塔操作條件如下：塔頂溫度為50.36 ℃，塔頂壓力為121.33 kPa；塔釜溫度為53.85 ℃，塔釜壓力為126.00 kPa。

由于減壓塔塔頂尾氣的壓力較低，為保證尾氣進氣壓力滿足爐子燒嘴的要求，脫硫塔設(shè)計選擇低壓降填料，同時為了滿足脫硫要求，選擇三段填料進行塔設(shè)計，具體見表6。為避免液體夾帶導(dǎo)致液滴進入燒嘴，在塔頂配備了絲網(wǎng)除沫器。

表5 脫硫前后尾氣及胺液組分及其物質(zhì)的量分數(shù)%

表6 減壓塔及填料相關(guān)情況

在原有的設(shè)計中，減壓塔塔頂尾氣來自于蒸汽抽真空系統(tǒng)的冷凝分離器，為了防止烴類冷凝，需要把原有設(shè)計的進氣溫度改成45 ℃，這樣保證了和貧胺液之間有5 ℃的溫差。同時，由于硫吸收塔的操作壓力很低，為了保證富胺液能夠返回胺再生系統(tǒng)，增加了一臺富胺液泵。

在塔的設(shè)計中，由于胺洗的操作會產(chǎn)生少量油相組分并累積到塔釜，因此考慮了撇油器，來保證操作過程中排出可能產(chǎn)生的油相，同時將撇油器的出口連接到富胺液泵的出口，以便于操作。

2 結(jié)語

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格，如何控制各種含烴含硫廢氣的排放和回收利用越來越為人們所關(guān)注。通常，煉廠脫硫塔的壓力為0.6～0.8 MPa，而在這個壓力下，減壓塔塔頂尾氣是不能被送入常規(guī)脫硫塔進行處理的。在考慮利用裝置現(xiàn)有脫硫溶劑的同時，參考相關(guān)項目，設(shè)計了一個新的脫硫系統(tǒng)，來滿足尾氣燃燒后的地方排放要求。

經(jīng)過脫硫處理后的氣體，H2S 質(zhì)量濃度為50 mg/m3。該股物流和燃料氣混合后作為常規(guī)燃料氣進入到燃料系統(tǒng)可滿足煙氣的排放指標要求。在環(huán)保達標的前提下充分利用了減壓塔塔頂尾氣，達到了節(jié)能減排的目的。

本項目生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣若直接用作燃料氣會給環(huán)境造成嚴重破壞，選用胺液吸收的方法進行處理，不僅可凈化尾氣，又可充分利用尾氣（將其用作燃料氣），節(jié)能環(huán)保。該做法值得在合適的工廠進行推廣。