提升干氣脫硫塔負荷的技術改造方案

黃國棟

（中國石油大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

某煉油廠制氫裝置干氣脫硫塔是2002年為加氫裂化裝置而建的配套裝置，設計能力為每h處理5000 m3含硫化氫2000 mL/m3的干氣，干氣脫硫塔出口硫化氫含量小于20 mL/m3，隨著加氫裝置投產，加氫干氣的產量增加，干氣是制氫裝置優質原料，但含有較高的硫化氫氣體，必須脫硫后使用，而制氫裝置的干氣脫硫塔投產后所有的干氣大約增加到9000 m3/h；另外由于煉廠近年使用溶液脫硫裝置的增加，造成貧胺再生裝置負荷超出較多，使胺液品質下降，胺液中的影響雜質含量增大［1]，其中H2S 含量1.2 g/L，CO2含量1.5 g/L，MDEA 質量濃度25%。這就造成了干氣脫硫塔的處理負荷與處理能力不能滿足油品升級的需要，出現了由于脫硫塔能力不足造成干氣放空燒掉的問題。

1 制氫裝置干氣脫硫塔

某煉油廠的來自催化重整裝置的重整氫氣和加氫低分氣混合后進入重整氫提濃PSA 單元，其所產解吸氣經解吸氣壓縮機（K-1101）升壓后與自加氫裂化裝置來的44 ℃、0.7 MPa的加氫裂化干氣混合，經冷卻器（E-1101）殼程冷卻后，進入分液罐（D-1101）分液，分液后的加氫裂化干氣自加氫干氣脫硫塔（C-1101）底進入，與來自硫磺回收裝置的甲基二乙醇胺（MDEA）貧液逆流接觸（MDEA 濃度25%），脫除氣體中的硫化氫，做為制氫裝置的原料，MDEA富液送回硫磺回收裝置再生［2]。

制氫裝置干氣脫硫塔設計塔徑為Φ1000 mm，全塔采用24 層單溢流浮閥塔盤，依次為1#～24#，板間距為500 mm，塔頂設置絲網除沫器和集油箱。

2 影響干氣脫硫塔處理能力的因素

2.1 干氣脫硫塔原料量增加

由于原設計干氣脫硫塔原料為加氫裂化干氣及重整氫及加氫低分氣PSA解吸氣，組成見表1。

表1 干氣脫硫塔原始原料組成

從表1可知，干氣脫硫塔實際處理的原料組成與設計存在一定的差距，主要是氫氣含量和硫化氫含量差距較大，由于實際加工原料氣中硫化氫含量的降低，使得在硫磺MDEA 溶液品質下降的期間，干氣脫硫塔出口的硫化氫含量還能夠滿足生產的需求。

當所加氫裝置陸續投產后干氣總量和組成變化具體見表2。

表2 加氫裝置所產干氣組成

由表2可以看出，所有干氣混合后流量增加到9129 m3/h，硫化氫含量達到了9300 mL/m3，較設計約增大4000 m3/h，硫化氫含量增加5000 mL/m3，大大超出了原有干氣脫硫塔的設計處理能力。

由于原料氣流量增加與溶液品質惡化，若要滿足對原料脫硫效果的要求，必須增大入脫硫塔溶液量，這樣會造成塔板閥孔空速增大，易產生泛液、霧沫夾帶等問題，給脫硫塔的正產運行帶來較大影響。利用原脫硫塔的塔內件，在脫硫塔高負荷運行的情況下進行了模擬流體力學計算見表3。

由于干氣脫硫塔的溶液為MDEA 溶液，屬易發泡物系，校正閥孔動能因子不宜高于8.0，否則易發生液泛；通過表3 中的流體力學數據看出，若干氣脫硫塔的原料全部投用，在此塔最大開孔率16.63%基礎上，設計負荷下動能因子為8.5，最大負荷下動能因子為9.5，此時的噴射泛點率達到了56%～63%，在大負荷生產時極易產生泛液現象，因此需要降低此塔的閥孔動能因子，但要降低閥孔動能因子，就需要將脫硫塔塔徑擴大，增大開孔率才能保證生產；而要將塔徑擴大勢必會增加改造周期，因此需要考慮即可以提升脫硫塔的處理能力又要盡可能的縮短施工周期的方法，經過探討若將原脫硫塔的內件進行改造，將現有板式塔改為填料塔，則可以滿足裝置未來運行的需要。

表3 脫硫塔各負荷操作性能數據

2.2 胺液品質差

由于該廠溶液脫硫裝置增多，造成胺液再生裝置負荷超出，使胺液品質下降，胺液中的雜質含量增大，其中H2S 含量1.2 g/L，CO2含量1.5 g/L，MDEA 質量濃度25%。

由于MDEA與H2S發生瞬間反應而與CO2發生中速反應的基本特性，故溶液中含有較高CO2，則吸收硫化氫的能力就會逐漸減弱［3]，選擇性隨塔板數增加而變差，即CO2吸收率隨塔板數增加而增加，溶液對H2S 的吸收受到了抑制，需要更多的溶液量才能保證脫硫塔正常的脫硫，從而影響了干氣脫硫塔的處理負荷。

3 干氣脫硫塔的改造方案

3.1 改造內容

（1）原塔體利舊；（2）塔頂絲網除沫器更換；（3）塔頂集油箱利舊；（4）貧液入口處更換進料分布管，并增設槽式液體分布器；（5）拆除原1#～24#的塔盤，更換為兩段填料，從上往下依次為Bed1～Bed2，Bed1 填料型號為ZUPAC3.0，填料高度為4500 mm，填料上下兩端采用壓圈和填料支撐；Bed2 填料型號38#鮑爾環，填料高度為5200 mm，填料上下兩端采用壓圈和駝峰支撐；Bed1～Bed2 之間設置百葉窗式液體收集器和槽式液體分布器［4]。

3.2 干氣塔改填料塔的計算

干氣塔由板式塔改為填料塔后，對規整填料及散堆填料的流體力學進行模擬計算見表4，5。

表4 規整填料流體力學模擬計算結果

表5 散堆填料流體模擬計算結果

從表4，5可見，使用規整填料在100%及110%負荷下填料的泛點率將至50%以下，而散堆填料在100%負荷運行下，泛點率為47%，110%負荷也只有52%，說明改造脫硫塔使用的填料可以滿足脫硫塔高負荷運行的要求，可以降低泛液現象［5]。

4 干氣塔改填料塔的標定數據

干氣塔改為填料塔后對脫硫塔整體的進行了模擬運行計算，結果見表6。

表6 干氣脫硫塔模擬運行數據表

由表6 可知，改造成填料塔后，脫硫塔能處理全部加氫干氣，且塔出口硫化氫含量為20 mL/m3，達到工藝要求，并降低泛液現象，能起到提高干氣脫硫塔負荷的作用。

干氣脫硫塔的原料氣量達到了100%負荷，沒有出現泛液情況，但原料氣中的硫化氫沒有設計值高，主要是其它加氫裝置的生產方案有變化，或設計誤差造成的，但從脫硫塔出口硫化氫含量及溶液使用量上看，干氣脫硫塔在脫硫效果上還有較大的提高的空間，具備增大處理負荷的能力。

5 結束語

綜上所述，從標定的情況看干氣脫硫塔在最大負荷生產時出口硫含量達到工藝要求。在脫硫塔改造中的各個環節及所更換的設備運行平穩，各項指標能夠滿足相關的技術要求，說明該次改造達到了提升脫硫塔處理能力的目的。