循环氢脱硫塔气体带液原因模拟分析及工艺优化

吕猛

摘 要：本文通过HYSIS软件模拟计算塔盘水力学性能和工艺优化两方面对循环氢脱硫塔脱后气体带液的原因进行分析。通过工艺优化成功消除循环氢脱硫塔脱后气体严重带液的现象，并提出了循环氢脱硫塔操作条件的参照标准。

关键词：循环氢脱硫塔带液发泡塔板模拟计算工艺优化

1 前言

为满足产品质量升级要求，生产低硫汽、柴油产品不仅需要选择可以具备深度脱硫的催化剂，而且在工艺流程设计上还需要配套循环氢脱硫设施，一般采用醇胺法脱硫工艺。原建的加氢装置进行技术改造，陆续增上循环氢脱硫设施。这对于生产超低硫柴油，同时在汽油加氢装置中深度加氢脱硫、脱硫醇，烯烃加氢饱和以及减少辛烷值损失相当重要。

2 循环氢脱硫技术东方石化应用存在的问题分析

中海油东方石化有限责任公司（以下简称东方石化）50Mt/a催化汽油加氢脱硫装置运行中，循环氢脱硫塔存在带油严重、液位显示异常等现象。下面针对以上问题进行探讨分析。

2.1 塔板计算分析

采用AminePkg-KE方法模拟塔板水力学性能，平衡级数取8级，分别取发泡系数0.5（发泡）、1.0（不发泡），塔板模拟计算结果见表2-1。

按阀孔面积0.247m2计算，阀孔气速最大为3.23m/s，阀孔动能因子为7.92m/s·（kg/m3）1/2，低于设计阀孔动能因子9.50m/s·（kg/m3）1/2，但比一般工程设计要求的9～12m/s·（kg/m3）1/2偏小[1]，数据相差不大，因此汽液相负荷设计没有问题。

逐板压降模拟计算结果表明，湿板压降0.33kPa，低于设计压降0.45kPa，说明原设计的湿板压降是准确的。

降液管持液高度模拟结果表明，降液管持液高度模拟值63.57mm，原设计值75.56mm，相差15.9%，依据液泛判断公式[1]：

Hd/φ≤Hr+hw

按Hr=600mm，hw=50mm，不发泡时φ取0.5，发泡时φ取0.35，计算降液管允许持液高度分别为325mm和227.5mm，即50%和35%。按此标准，不发泡时相对泡沫密度φ只有35.44%，远远小于50%的液泛上限;但发泡时达到液泛上限以上，将发生液泛。

降液管停留时间36.0s，比设计值28.7s偏高。由降液管流速为0.08m/s，低于降液管口液泛0.10m/s的限制值，故不会发生降液管口液泛。

逐板雾沫夹带模拟计算结果表明，雾沫夹带率0.46%，明显低于10%，最大液流强度为9.98m3/（m·h），符合一般8～90m3/（m·h）的设计要求，不会发生雾沫夹带。

以上述模拟结果表明塔板设计不会造成严重的液泛，塔的设计完全满足工艺要求。

2.2 工艺优化分析

循环氢脱硫塔玻璃板液位出现异常，玻璃板带油，液位分层，上下两块玻璃板间液位存在“气柱”，玻璃板液位上漂浮少量黑色，图2-1是循环氢脱硫塔上下两块玻璃板液位异常情况的示意图。为解决循环氢脱硫塔液位异常、脱后气体带液进行工艺优化。

图2-1   循环氢脱硫塔液位异常示意图

△h5=△h2+△h3+△h4-△h。当贫胺液温度提高至45℃时，循环氢脱硫塔真实液位控制高度△h1基本满足公式：△h1=△h5，说明玻璃板液位显示正常。当贫胺液温度低于44℃时，玻璃板液位计出现油和胺液分层现象，胺液呈乳白色，上下玻璃板均有液位，下层玻璃板液位存在“气柱”异常现象，“违背”连通器原理。

当贫胺液温度41℃时，塔内的轻烃没有有效蒸发，造成胺液发泡，泡沫越积越多，出现了“冲塔”和脱后循环氢气体带液严重的现象。

随着贫胺液温度提高，玻璃板油位显著下降。当贫胺液温度高于43℃时，胺液发泡程度有效减缓，脱后气体带液正常，这是因为随着贫液温度提高，塔内的轻烃容易蒸发，胺液发泡降低，同时泡沫的表面张力随胺液温度提高而降低，泡沫容易破碎，泡沫被有效消除。

当胺液操作温度45℃时，带油基本消失，玻璃板间液气柱现象完全消除，这主要是由于脱前循环氢携带轻烃带入塔内的轻烃被闪蒸，没有聚集在塔内。

以上工艺优化结果表明，为了防止脱后循环氢气体带液，贫胺液入塔操作温度应不以高于脱前循环氢温度5～7℃的经验值作为参照，而是应以保证胺液吸收效果和能够有效减少循环氫携带的C3、C4、C5+组分在脱硫塔内累积两个方面作为参照。

3 结论

①循环氢脱硫塔胺液不发泡时，运行平稳，塔板计算结果表明没有存在雾沫夹带，降液管没有存在液泛，塔板设计满足工艺要求，无需塔盘技术改造;②循环氢脱硫塔工艺优化结果表明，提高贫胺液入塔温度可以有效消除脱后循环氢气体带液严重的现象，不仅有利于提高胺液吸收效果，而且可以明显减少轻烃组分在塔内累积，减轻胺液在塔内发泡;③为了防止脱后循环氢气体带液，贫胺液入塔温度控制以保证有效胺液洗涤循环氢吸收H2S的效果，同时能够有效减少循环氢脱硫塔内的C3、C4、C5+组分累积作为为参照。

参考文献：

[1]侯丽新.板式精馏塔[M].北京：化学工业出版社，2001：50-70.