加氢装置低分气脱硫效果影响因素分析

2022-04-25易金华梅光军

炼油与化工 2022年2期

张甫，王军，易金华，梅光军

（1.武汉金中石化工程有限公司，湖北武汉 430223；2.鹤壁华石联合能源科技有限公司，河南鹤壁 458000；3.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉 430070）

随着对燃料的清洁要求越来越高，加工含硫及高硫原油数量越来越多，加工深度越来越深及产品结构调整等原因，促使加氢装置建设得到了飞速发展，目前国内正在加快建设大型的加氢型炼厂，以提高产品质量，满足环保要求［1，2］。在加氢过程中，低压分离器产出大量含有较多氢气的低分气，通常H2S 含量较高，为了回收低分气中的氢气，往往采用低分气脱硫，脱硫后气体经PSA 提纯得到高纯度氢气［3~5］。文中通过流程模拟对影响低分气脱硫效果因素进行分析，获得较佳的操作条件，有利于降低溶剂消耗和系统能耗，为同类装置的工程设计、生产操作提供参考。

1 低分气脱硫原理

低分气脱硫是将加氢装置低压分离器产生的低分气与吸收剂接触，从而脱除低分气中的H2S，由于甲基二乙醇胺（MDEA）吸收剂性能好，并可再生循环使用，因而目前广泛应用MDEA 作为吸收剂［6，7］。

MDEA与H2S反应方程式为：

MDEA 与H2S 反应为可逆反应，在低分气脱硫反应中化学平衡向右移动，从而脱出低分气中的H2S［8］。

2 工艺流程模拟

以某公司200×104t/a渣油加氢装置低分气脱硫为例，低分气从冷低压分离器顶部出来经低分气冷却器（E-101）冷却后进入低分气脱硫塔入口分液罐（D-101）除去携带的液体烃类，减少低分气脱硫塔（C-101）的起泡倾向。

溶剂脱硫采用MDEA（贫胺液），溶剂浓度为25%，从贫胺液缓冲罐（D-102）抽出经贫溶剂泵（P-101A/B）升压后进入贫胺液冷却器（E-102），经E-102 冷却后进入 C-101 顶部，从 C-101 底部出来的富胺液进入富胺闪蒸罐闪蒸脱气，低分气经C-101脱除H2S后送至低分气PSA提纯出氢气。

低分气组成见表1，主要操作条件见表2。

表1 低分气组成

表2 主要操作条件

文中采用流程模拟软件PRO/Ⅱ中自带的胺类吸收剂脱酸性气体的专用数据包（AMINE）进行模拟与分析，该数据包可用于包括H2S，CO2，H2O，MEA，DEA，DGA，DIPA，MDEA 等酸性气—胺—水体系的气液平衡、液液平衡、气液液平衡行为，并通过Kent-Eisenberg 模型完成该体系反应过程的计算与模拟［9，10］，软件版本为PRO/Ⅱ9.1，采用 25%贫胺液，贫胺液进塔温度45 ℃，贫胺液进塔流量12 t/h，脱硫后气体中H2S含量为75.11 μg/g。

加氢装置低分气脱硫工艺流程见图1，主要物流的计算结果见表3。

表3 主要物流的计算结果

图1 加氢装置低分气脱硫工艺流程

3 主要影响因素分析

3.1 贫胺液温度对脱硫效果的影响

根据表2中主要操作条件，仅改变贫胺液进塔温度，保持其它工艺参数不变，结果见图2。由图2可知，随着贫胺液进塔温度的升高，脱硫后气体中H2S 含量也随之增加。在条件允许的情况下，应尽可能降低贫胺液进塔温度。

图2 贫胺液温度对脱硫效果的影响

3.2 贫胺液流量对脱硫效果的影响

根据表2中主要操作条件，仅改变贫胺液进塔流量，保持其它工艺参数不变，结果见图3。由图3可知，当贫胺液进塔流量小于12 t/h 时，随着其流量的增加，脱硫后气体中H2S 含量随之减少，但当贫胺液进塔流量大于12 t/h 时，脱硫后气体中H2S含量几乎不发生变化。因此贫胺液进塔流量并非越大越好，应选择其较佳进塔流量。

图3 贫胺液流量对脱硫效果的影响

3.3 贫胺液浓度对脱硫效果的影响

根据表2 中主要操作条件，仅改变贫胺浓度，保持其它工艺参数不变，结果见图4。

图4 贫胺液浓度对脱硫效果的影响

由图4 可知，随着贫胺液浓度的增加，脱硫后气体中H2S含量随之降低，贫胺浓度小于30%变化尤为明显，胺浓度大于30%变化趋于平缓。在条件允许的情况下，应尽可能提高贫胺液浓度。

3.4 贫胺液中H2S含量对脱硫效果的影响

根据表2 中主要操作条件，仅改变贫胺液中H2S含量，保持其它工艺参数不变，结果见图5。

图5 贫胺液中硫化氢含量对脱硫效果的影响

由图5 可知，随着贫胺液中H2S 含量的增加，脱硫后气体中H2S 含量也随之增加。在条件允许的情况下，应尽可能降低贫胺液中H2S含量。

3.5 低分气脱硫塔板数的影响

根据表2中主要操作条件，仅改变低分气脱硫塔板数，保持其它工艺参数不变，结果见图6。

图6 低分气脱硫塔板数对脱硫效果的影响

由图6 可知，当低分气脱硫塔板数小于14 块时，随着塔板数的增加，脱硫后气体中H2S 含量变化显著；当低分气脱硫塔板数大于14块时，脱硫后气体中H2S含量变化平缓；当低分气脱硫塔板数大于20 块时，脱硫后气体中H2S 含量几乎不发生变化，因此低分气脱硫塔板数选取20块可满足要求。

4 优化措施

结合现场实际情况，优化后采用30%贫胺液，贫胺液进塔温度为40 ℃，主要操作条件见表4，经计算优化后贫胺液进塔流量可降至5.5 t/h，脱硫后气体中H2S含量降至45.00 μg/g。

表4 优化后主要操作条件

优化后，低分气脱硫后气体中H2S含量由优化前75.11 μg/g 降至 45.00 μg/g，提高了脱硫效果，而且贫胺液进塔流量由优化前12 t/h 降至5.5 t/h，减少了贫胺液的操作费用和富胺液的再生费用，同时可优化设备选型，降低设备费用，据测算，经过装置优化后，仅降低溶剂消耗和系统能耗可节省约120万元/a，效益可观。