液化氣脫硫再生尾氣增壓循環(huán)工藝安全分析及保障措施

趙培剛

摘 要：液化氣脫硫裝置溶劑再生尾氣處于氧氣、氮氣及可燃氣體類混合環(huán)境，必須保證其運行過程的處于安全狀態(tài)。本文根據(jù)實際裝置中的過程數(shù)據(jù)計算并分析了不同工況下再生尾氣的含量和工控條件下的爆炸極限，對混合氣體繪制了三組分爆炸范圍圖，通過控制氣相組分中的體積氧含量不高于一個定值，總烴含量不低于一個定值，就能將再生尾氣的工況脫離爆炸極限范圍。并提出了具體控制方案和注意事項。

關(guān)鍵詞：液化氣;脫硫醇;爆炸極限;溶劑再生

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.044

0 概述

液化氣脫硫醇溶劑再生尾氣因含有過剩氧氣、氮氣及烴蒸汽、硫化物及殘余堿等對安全、環(huán)保有害的組分，尾氣的零排放或達標(biāo)排放一直是煉油企業(yè)的一個難題。目前主要處理方法是尾氣中按比例注入瓦斯，然后送加熱爐或火炬燃燒，緩解了尾氣后處理的問題，但也帶來安全、環(huán)保問題以及成本的增加。

原溶劑再生包括富溶劑氧化再生和二硫化物反抽提脫除，富溶劑中的硫醇鈉在催化劑作用下氧化成二硫化物，反應(yīng)方程式如下：

2RSNa +1/2 O2 + H2O→RSSR + 2NaOH

富溶劑與來自系統(tǒng)的空氣、反抽提油，經(jīng)預(yù)混合，從氧化再生塔下部進入再生催化劑床層，溶劑中攜帶的硫醇鈉氧化生成二硫化物，同時抽提到反抽提油中，實現(xiàn)含硫化合物合理轉(zhuǎn)移。再生塔頂部的尾氣注入瓦斯，送加熱爐或再生器焚燒。

再生尾氣的零排放是基于再生尾氣排放難題開發(fā)的新技術(shù)，尾氣增壓循環(huán)回用。通過液環(huán)增壓機對再生尾氣升壓后循環(huán)使用;采用氧含量在線分析儀控制再生氧含量在安全范圍;用補氧量控制尾氣中的氧含量;選擇合適的反抽提油。

1 主要安全因素分析

脫硫醇尾氣增壓循環(huán)回用的氣體是可燃氣體和空氣的混合物，如果配比發(fā)生變化，存在進入可燃氣體燃爆區(qū)域的風(fēng)險。涉及含氧的氣相物料有三個部分，分別是氧化再生塔至三相分離罐、從三相分離罐至增壓機入口、從增壓機至混合器。

燃爆臨界參數(shù)控制主要方式：第一在LOC（極限氧含量）以下來操作，即體系中氧含量低于LOC時，其它物料組成變化都不會發(fā)生燃爆;第二向體系中充入大量惰性氣體（如氮氣），稀釋可燃氣體和氧氣的含量;第三控制系統(tǒng)中可燃氣體含量低于爆炸下限;第四控制系統(tǒng)中可燃氣體含量高于爆炸上限。

2 不同操作條件下的系統(tǒng)總烴含量計算分析

影響系統(tǒng)總烴含量的主要因素有：氧化再生塔塔頂溫度、壓力，增壓機出口溫度、壓力，反抽提油的性質(zhì)。反抽提油采用穩(wěn)定汽油，性質(zhì)相對穩(wěn)定;增壓機出口壓力由工藝過程決定，調(diào)節(jié)余地不大。用PROII軟件進行了模擬計算，主要參數(shù)為現(xiàn)場同類裝置的實際設(shè)計數(shù)據(jù)，經(jīng)過與現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)的對比驗證，數(shù)據(jù)可靠，模擬結(jié)果分別見圖2、圖3。圖中總烴含量為增壓機出口分液罐氣相的體積含量。

氧化再生塔頂溫度一定時，隨著氧化再生塔頂壓力的增加，系統(tǒng)總烴含量不斷降低;在氧化再生塔壓力較低時，出口分液罐的溫度變化對總烴含量影響大，在氧化再生塔壓力較高時出口分液罐的溫度變化對總烴含量影響較小。氧化再生塔頂?shù)臏囟茸兓徽撗趸偕毫Χ嗌賹偀N含量都有較大影響。實際運行中，采取必要的調(diào)節(jié)措施，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)總烴含量的有效控制。

3 不同溫度、壓力及不同含氧條件下的爆炸上限分析

3.1 混合氣體的組成

混合氣體由于溫度和壓力的波動，可燃氣體發(fā)生冷凝會造成含量降低，特別是在高壓和低溫的情況下。為此，我們以工廠實際的氣相分析組成為基準(zhǔn)，重新計算了可燃氣體的燃爆參數(shù)，數(shù)據(jù)見表1。

通過查詢純物質(zhì)燃爆特性數(shù)據(jù)庫，可得到在40℃，常壓條件下的燃爆參數(shù)，采用理查特里公式計算可得混合氣體組分1爆炸上限為 8.9%，爆炸下限為1.4%，LOC為9.3%;組分2爆炸上限為8.7%，爆炸下限為1.4%，LOC為9.4%。

3.2 不同溫度壓力條件下可燃氣體的燃爆特性

一般情況下，壓力越大爆炸極限范圍越大。而系統(tǒng)溫度的升高，分子內(nèi)能增加，爆炸危險型也增大。如圖4，計算得出不同溫度壓力下的爆炸上限[7]見表2。

由于尾氣經(jīng)壓縮機壓縮后壓力為0.6MPaG，由圖4[4]和表2[6]可知，壓力每升高0.1MPa，爆炸上限約上升1個百分點，在0.6MPaG、40℃條件下混合氣體的爆炸上限約為15.3%;溫度對可燃氣體爆炸上限影響很小，溫度由40℃降低至15℃，爆炸上限僅降低0.1-0.3個百分點。

3.3 貧氧條件下的爆炸上限分析

通常情況下，可燃氣體爆炸上限在不同溫度、壓力的空氣測定的，由于溫度或壓力波動導(dǎo)致可燃氣體含量進入燃爆區(qū)域時，可降低氧氣含量，使可燃氣體含量脫離燃爆區(qū)域。表3為氧氣含量降低后可燃氣體爆炸上限的變化情況[7]。

由表3可知：氧含量降低能有效降低可燃氣體的爆炸上限，在40℃條件下，氧含量降低3個百分點，爆炸上限約降低1.2-2個百分點。

4 三組分爆炸范圍圖及安全操作方案

根據(jù)上述所述分析數(shù)據(jù)繪制可燃氣體的三組分爆炸范圍圖，如圖5所示。

圖5中F、O、N、分別表示可燃氣體、氧氣和氮氣的含量，各點處三組氣體的含量之和都是 100%。頂點處只有一種氣體，邊線上含有兩種氣體，中間所有點都含有三種氣體。

圖中X1 X2 C三角區(qū)域為燃爆區(qū)，P3點為工況條件下可燃氣體的爆炸上限值15%（空氣）;P1、P2點為設(shè)定工況條件下的操作條件，P1點為氧氣含量15%時可燃氣體含量， P2點氧氣含量為10%時可燃氣體含量。

以P1點為例，當(dāng)氧含量降低時，P1點將沿點劃線向右上方移動，遠離燃爆區(qū)域;相反，當(dāng)往體系中氧含量增加時，P1點將從右上方回移，接近燃爆區(qū)域，所以需嚴(yán)格控制體系中氧氣比例不超過21%，避免系統(tǒng)會進入富氧狀態(tài)。低溫、高壓會造成可燃氣體含量降低，P1點將沿點劃線向下移動，接近進入燃爆區(qū)域。充入可燃氣體或降低氧氣含量能快速脫離燃爆區(qū)域。

分別制定三種操作方案：

方案一：雙15%方案，控制系統(tǒng)總烴含量大于15%、氧含量小于15%。配備總氧、總烴在線分析儀，控制進入混和器的氧氣總量;對于總烴的含量的控制需要適當(dāng)控制氧化再生塔的操作壓力、操作溫度及分液罐的溫度。

方案二：雙10%方案，控制系統(tǒng)總烴含量大于10%、氧含量小于10%。對于不能采用穩(wěn)定汽油作為反抽提油的情況，由于輕油組分氣化率低，以正常的操作條件實現(xiàn)總烴含量大于15%有困難時，作為一個備選方案。

方案三：高燃氣含量方案，控制系統(tǒng)總烴含量大于30%、氧含量小于15%。需要向再生系統(tǒng)中注入液化氣，維持系統(tǒng)總烴含量大于30%、氧含量不大于15%，遠離燃爆區(qū)域，為保險系數(shù)最高的方案。但該方案會增加成本，并且會使裝置的控制方案復(fù)雜。

5 結(jié)論

通過采取適當(dāng)方法控制尾氣系統(tǒng)中的總氧和總烴的含量，能夠使整個尾氣系統(tǒng)的工況遠離爆炸極限，并且可以根據(jù)不同的現(xiàn)場條件可以采取不同的應(yīng)對策略。

實際操作中，尚需要注意事項如下：

（1）優(yōu)選操作方案為保持系統(tǒng)中氧氣含量不超15%，總烴含量大于15%。配備氧氣緊急切斷系統(tǒng)。

（2）配置氧、烴在線分析儀，監(jiān)控檢測循環(huán)尾氣中氧、烴含量，是實現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要條件。

（3）可以根據(jù)溫度、壓力及氧含量等條件確定安全操作參數(shù)。

（4）注意壓縮機的選型，盡量控制壓縮機出口罐溫度不低于40℃。

參考文獻：

[1]任常興，張欣，慕洋洋等.可燃氣體和混合氣極限氧含量實驗研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2017，36（02）：156-159.

[2]萬成略，汪莉.可燃性氣體氧含量安全線值得探討[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，1999，12（02）：48-52.

[3]傅志遠，譚迎新.多元可燃性混合氣體臨界氧含量的測定[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2004，30（12）：25-27.

[4]費軼，金滿平等.初始壓力對烴類物質(zhì)試驗研究爆炸極限的影響及其預(yù)測模型研究[J].2013（11）：31-34.

[5] 許文，張毅民.化工安全工程概論（第2版）[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2011：158-165.

[6]金滿平，張帆等.溫度對烴類物質(zhì)爆炸極限的影響及其預(yù)測模型研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2013（09）：5-10.

[7]青島安工院.液化氣深度脫硫醇尾氣回用工藝安全技術(shù)研究[J]. 2015：5-9.