NCMA脫碳溶劑在干氣提濃裝置的應用

劉百強，朱道平

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

從煉油廠干氣中提取乙烯資源，已成為煉化一體化實現資源優化利用和降低乙烯生產成本的重要手段［1］。其中，脫硫脫碳是干氣精制的一個重要環節。在現有干氣精制裝置中，有的單獨建設一套脫硫脫碳系統，采用一乙醇胺（MEA）進行脫硫脫碳［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公司和四川天一科技公司共同開發的煉油廠干氣回收C2資源成套技術［5］，建設了一套2×104m3/h（標準狀態）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脫除4個單元。其中，脫硫脫碳單元設計采用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，設計由現有的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施。干氣提濃裝置脫硫脫碳單元胺液循環量設計值為33t/h，新增的負荷使得單獨一套催化裂化裝置溶劑再生單元的負荷達到設計上限。為了優化操作條件，降低干氣提濃裝置的貧液需求量，降低消耗，決定將原設計的MDEA溶劑更換為南化集團研究院開發的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用結果。

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研究院在所開發的改良MDEA脫碳溶劑的基礎上，基于溶劑分子幾何構型及所含官能團對溶劑分子與CO2分子間相互作用的影響，通過分子設計，開發的具有適當位阻效應的位阻胺作為吸收CO2的活化劑。大多數MDEA溶劑的活化劑如二乙醇胺等在吸收CO2時生成穩定的氨基甲酸鹽，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，氨基甲酸鹽對設備的腐蝕性較強，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，產生烷醇胺損耗增加、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見表1。

表1 NCMA脫碳溶劑的主要物理性質

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行換熱，回收部分貧胺液熱量后進入閃蒸罐，閃蒸出夾帶的烴類，然后進入再生塔上部再生。再生后的胺液經換熱并冷卻后進入貧胺液儲槽，如此循環。溶劑再生所需熱量由催化裂化分餾塔頂循環提供。

圖1 NCMA溶劑脫硫脫碳流程示意

3 應用結果

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

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，沿用原設計的壓力及溫度參數，混合干氣組成見表2，濃縮干氣胺洗工藝參數見表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計值，但由于其中的CO2含量高于設計值，需要脫除的CO2總量與設計值相當，采用NCMA干氣脫碳溶劑后，達到了如下效果：①胺液吸收CO2的能力大大提高，貧胺液的循環量由MDEA溶液設計值的33t/h下降到14t/h，大大減輕了胺液再生負荷，具有顯著的節能效果；②胺洗后產品氣中CO2體積分數低于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

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，總溶劑循環量比 MDEA溶劑下降0.5t/h，說明NCMA溶劑的H2S負荷高于MDEA溶劑的H2S負荷；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品氣的壓縮負荷；胺洗后液化氣中的硫醇亦低于使用MDEA溶劑的硫醇量，可降低后續液化氣脫硫醇裝置的消耗。

表4 催化裂化裝置脫硫單元運行結果

4 結 論

工業應用結果表明，將MDEA溶劑更換為NCMA脫碳溶劑達到了預期效果，胺液吸收CO2的能力大幅提高，在處理量相當的情況下，提濃干氣吸收塔的胺液循環量由MDEA溶液設計值的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。

［1］張禮昌，李東風，楊元一.煉廠干氣中乙烯回收和利用技術進展［J］.石油化工，2012，41（1）：103－106

［2］楊秀平，王建龍，鐘錫海，等.干氣精制工藝運行及改造［J］.石油化工應用，2007，26（5）：67－71

［3］崔衛星.煉廠催化干氣制備提濃乙烯氣的研究［D］.天津：天津大學，2007

［4］任金成，任鐸.干氣提濃乙烯技術在茂名石化煉油廠的工業應用［J］.中外能源，2010，16（5）：103－106

［5］李輝，楊遠行，郭洋，等.催化裂化干氣提濃乙烯裝置存在的問題及技改措施［J］.石油煉制與化工，2012，43（5）：93－97

［6］朱道平，周漢林，李世廣.松南氣田天然氣脫碳技術［J］.油氣田地面工程，2013，32（3）：54－55