加氫裝置低分氣脫硫效果影響因素分析

張 甫，王 軍，易金華，梅光軍

（1.武漢金中石化工程有限公司，湖北 武漢 430223；2.鶴壁華石聯(lián)合能源科技有限公司，河南 鶴壁 458000；3.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

隨著對燃料的清潔要求越來越高，加工含硫及高硫原油數(shù)量越來越多，加工深度越來越深及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整等原因，促使加氫裝置建設(shè)得到了飛速發(fā)展，目前國內(nèi)正在加快建設(shè)大型的加氫型煉廠，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足環(huán)保要求［1，2］。在加氫過程中，低壓分離器產(chǎn)出大量含有較多氫氣的低分氣，通常H2S 含量較高，為了回收低分氣中的氫氣，往往采用低分氣脫硫，脫硫后氣體經(jīng)PSA 提純得到高純度氫氣［3~5］。文中通過流程模擬對影響低分氣脫硫效果因素進(jìn)行分析，獲得較佳的操作條件，有利于降低溶劑消耗和系統(tǒng)能耗，為同類裝置的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作提供參考。

1 低分氣脫硫原理

低分氣脫硫是將加氫裝置低壓分離器產(chǎn)生的低分氣與吸收劑接觸，從而脫除低分氣中的H2S，由于甲基二乙醇胺（MDEA）吸收劑性能好，并可再生循環(huán)使用，因而目前廣泛應(yīng)用MDEA 作為吸收劑［6，7］。

MDEA與H2S反應(yīng)方程式為：

MDEA 與H2S 反應(yīng)為可逆反應(yīng)，在低分氣脫硫反應(yīng)中化學(xué)平衡向右移動(dòng)，從而脫出低分氣中的H2S［8］。

2 工藝流程模擬

以某公司200×104t/a渣油加氫裝置低分氣脫硫?yàn)槔?，低分氣從冷低壓分離器頂部出來經(jīng)低分氣冷卻器（E-101）冷卻后進(jìn)入低分氣脫硫塔入口分液罐（D-101）除去攜帶的液體烴類，減少低分氣脫硫塔（C-101）的起泡傾向。

溶劑脫硫采用MDEA（貧胺液），溶劑濃度為25%，從貧胺液緩沖罐（D-102）抽出經(jīng)貧溶劑泵（P-101A/B）升壓后進(jìn)入貧胺液冷卻器（E-102），經(jīng)E-102 冷卻后進(jìn)入 C-101 頂部，從 C-101 底部出來的富胺液進(jìn)入富胺閃蒸罐閃蒸脫氣，低分氣經(jīng)C-101脫除H2S后送至低分氣PSA提純出氫氣。

低分氣組成見表1，主要操作條件見表2。

表1 低分氣組成

表2 主要操作條件

文中采用流程模擬軟件PRO/Ⅱ中自帶的胺類吸收劑脫酸性氣體的專用數(shù)據(jù)包（AMINE）進(jìn)行模擬與分析，該數(shù)據(jù)包可用于包括H2S，CO2，H2O，MEA，DEA，DGA，DIPA，MDEA 等酸性氣—胺—水體系的氣液平衡、液液平衡、氣液液平衡行為，并通過Kent-Eisenberg 模型完成該體系反應(yīng)過程的計(jì)算與模擬［9，10］，軟件版本為PRO/Ⅱ9.1，采用 25%貧胺液，貧胺液進(jìn)塔溫度45 ℃，貧胺液進(jìn)塔流量12 t/h，脫硫后氣體中H2S含量為75.11 μg/g。

加氫裝置低分氣脫硫工藝流程見圖1，主要物流的計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 主要物流的計(jì)算結(jié)果

圖1 加氫裝置低分氣脫硫工藝流程

3 主要影響因素分析

3.1 貧胺液溫度對脫硫效果的影響

根據(jù)表2中主要操作條件，僅改變貧胺液進(jìn)塔溫度，保持其它工藝參數(shù)不變，結(jié)果見圖2。由圖2可知，隨著貧胺液進(jìn)塔溫度的升高，脫硫后氣體中H2S 含量也隨之增加。在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能降低貧胺液進(jìn)塔溫度。

圖2 貧胺液溫度對脫硫效果的影響

3.2 貧胺液流量對脫硫效果的影響

根據(jù)表2中主要操作條件，僅改變貧胺液進(jìn)塔流量，保持其它工藝參數(shù)不變，結(jié)果見圖3。由圖3可知，當(dāng)貧胺液進(jìn)塔流量小于12 t/h 時(shí)，隨著其流量的增加，脫硫后氣體中H2S 含量隨之減少，但當(dāng)貧胺液進(jìn)塔流量大于12 t/h 時(shí)，脫硫后氣體中H2S含量幾乎不發(fā)生變化。因此貧胺液進(jìn)塔流量并非越大越好，應(yīng)選擇其較佳進(jìn)塔流量。

圖3 貧胺液流量對脫硫效果的影響

3.3 貧胺液濃度對脫硫效果的影響

根據(jù)表2 中主要操作條件，僅改變貧胺濃度，保持其它工藝參數(shù)不變，結(jié)果見圖4。

圖4 貧胺液濃度對脫硫效果的影響

由圖4 可知，隨著貧胺液濃度的增加，脫硫后氣體中H2S含量隨之降低，貧胺濃度小于30%變化尤為明顯，胺濃度大于30%變化趨于平緩。在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能提高貧胺液濃度。

3.4 貧胺液中H2S含量對脫硫效果的影響

根據(jù)表2 中主要操作條件，僅改變貧胺液中H2S含量，保持其它工藝參數(shù)不變，結(jié)果見圖5。

圖5 貧胺液中硫化氫含量對脫硫效果的影響

由圖5 可知，隨著貧胺液中H2S 含量的增加，脫硫后氣體中H2S 含量也隨之增加。在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能降低貧胺液中H2S含量。

3.5 低分氣脫硫塔板數(shù)的影響

根據(jù)表2中主要操作條件，僅改變低分氣脫硫塔板數(shù)，保持其它工藝參數(shù)不變，結(jié)果見圖6。

圖6 低分氣脫硫塔板數(shù)對脫硫效果的影響

由圖6 可知，當(dāng)?shù)头謿饷摿蛩鍞?shù)小于14 塊時(shí)，隨著塔板數(shù)的增加，脫硫后氣體中H2S 含量變化顯著；當(dāng)?shù)头謿饷摿蛩鍞?shù)大于14塊時(shí)，脫硫后氣體中H2S含量變化平緩；當(dāng)?shù)头謿饷摿蛩鍞?shù)大于20 塊時(shí)，脫硫后氣體中H2S 含量幾乎不發(fā)生變化，因此低分氣脫硫塔板數(shù)選取20塊可滿足要求。

4 優(yōu)化措施

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，優(yōu)化后采用30%貧胺液，貧胺液進(jìn)塔溫度為40 ℃，主要操作條件見表4，經(jīng)計(jì)算優(yōu)化后貧胺液進(jìn)塔流量可降至5.5 t/h，脫硫后氣體中H2S含量降至45.00 μg/g。

表4 優(yōu)化后主要操作條件

優(yōu)化后，低分氣脫硫后氣體中H2S含量由優(yōu)化前75.11 μg/g 降至 45.00 μg/g，提高了脫硫效果，而且貧胺液進(jìn)塔流量由優(yōu)化前12 t/h 降至5.5 t/h，減少了貧胺液的操作費(fèi)用和富胺液的再生費(fèi)用，同時(shí)可優(yōu)化設(shè)備選型，降低設(shè)備費(fèi)用，據(jù)測算，經(jīng)過裝置優(yōu)化后，僅降低溶劑消耗和系統(tǒng)能耗可節(jié)省約120萬元/a，效益可觀。

5 結(jié)束語

根據(jù)工藝流程模擬及工藝分析結(jié)果，可以看出影響低分氣脫硫效果主要因素有：貧胺液進(jìn)塔溫度、貧胺液進(jìn)塔流量、貧胺液濃度、貧胺液中H2S含量及低分氣脫硫塔板數(shù)等，在采用低分氣脫硫工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況，對低分氣脫硫系統(tǒng)的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，合理選取，有利于降低溶劑消耗和系統(tǒng)能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。