无机膜胺液净化技术工业应用

2022-07-07于福东刘严

石油石化绿色低碳 2022年3期

于福东，刘严

（1.中国石化青岛石化，山东青岛 266043；2.江苏赛瑞迈科新材料有限公司，江苏苏州 215600）

随着炼厂加工原油的硫含量逐渐升高，脱硫系统及胺液再生系统超负荷运转，系统胺液中固体颗粒物杂质较多，胺液颜色发黑[1]；脱硫系统处理的原料主要为焦化富气和焦化LPG，正常情况下和开工初期，胺液胺液清澈透亮、静置后无沉淀、不分层，对H2S有效载荷为0.42 mol/mol，胺液发泡高度为1.8 cm，消泡时间为1.12 s；但由于焦化富气中含有一定量焦粉，脱硫过程中焦粉被洗涤至胺液中，久而久之胺液变成浑浊的深红褐色，静置后有大量沉淀和悬浮物，同时表面有油类析出，此时胺液对H2S的有效载荷为0.32 mol/mol，胺液的发泡高度为5.8 cm，消泡时间为7.34 s，发泡现象严重。针对这一现象，刘林[3]等通过研究表明，新鲜胺液本身也有一定的发泡情况，对比发现油质越重对胺液发泡性能的影响越明显，泡沫的稳定性也就越强，各性能参数成倍数增加，可见油类杂质对胺液污染明显，应重点控制。胺液一旦带油，后续的处理也非常棘手，不仅造成脱硫剂大量损耗，而且使胺液的有效载荷下降，严重影响装置正常操作。为了解决上述问题，某石化企业炼油厂通过采用江苏赛瑞迈科公司的无机膜净化技术，成功实现胺液系统在线连续净化，胺液质量得到极大改善，净化后胺液中焦粉和油含量均降低到100 mg/L以下，热稳态盐增长速率大大降低，胺液发泡稳定，满足炼厂连续、稳定生产的要求。

1 无机膜净化设备介绍

1.1 无机膜净化原理

无机膜主要以不同规格的金属氧化物高温烧制成多孔精密材料。过滤精度在纳米级范围内可控，能够有效分离乙醇胺液中机械杂质和乳化状态的油类；如图1所示，其过滤原理是原料走膜管内侧，形成一定的内外压差，这样粒径小于膜分离层孔径的大分子会穿过膜管渗透至膜管外侧，而粒径大于功能层孔径的杂质颗粒会被截留在膜管内，从而达到净化目的。与传统过滤器相比，无机膜采用的错流过滤形式能够实现在过滤的同时对膜表面进行冲刷，膜孔不易堵塞，使膜效率提高、工作周期大大延长。

图1 无机膜技术原理

由于该文中无机膜净化设备是对富胺液进行净化，富胺液中携带的固体杂质和油类在接触到后部换热器以及再生塔等设备之前已经被无机膜脱除，所以能够有效避免固体杂质在胺液系统中沉积以及油含量对胺液发泡的影响。此外，根据叶庆国[4]等人对胺液降解反应产物与机理的研究，热稳态盐的产生主要来源于胺液的降解，而焦粉和管道腐蚀物铁锈等在加热条件下起到了催化剂和反应中心作用，因此无机膜在富胺液进入汽提塔加热再生之前将胺液降解反应中关键的催化剂和反应中心脱除，直接抑制了胺液降解反应，因此间接导致热稳态盐产生速率下降，使胺液发泡问题得到解决。

1.2 无机膜净化设施工艺流程

2019年4月，青岛石化投用了处理量为40 t/h的无机膜净化工业化设备，工艺流程如图2所示。

图2 工艺流程

富液闪蒸罐（V-5303）出来的闪蒸后富液，经闪蒸后富液泵（P-5301/1，2）抽出后分两路，一路依次经过闪蒸后富液过滤器（FI-5304/1，2）、胺液聚结器（FI-5303），经闪蒸后贫富液换热器（E-5302/3，4）与贫液换热后送至溶剂再生塔（T-5301）。另一路富胺液（40 t/h）送入新增无机膜净化设备进行净化处理，净化后的胺液汇入闪蒸后贫富液换热器（E-5302/3，4）入口，由溶剂再生塔进行胺液再生。

2 工业运行情况

2.1 操作条件

2019年4月3日起乙醇胺液无机膜净化设备开始运行，进膜富胺液工况条件如表1所示。设备运行期间加工量稳定在40 t/h左右，渗透液流量稳定在33.6 t/h，浓缩液流量稳定在6.02 t/h。

表1 原料性质

2.2 净化效果

设备运行期间，原料胺液性质如图3所示。无机膜进料中初始油含量为72～82 mg/L，经过无机膜净化后净化液中油含量为55～58 mg/L，与此同时，处理后浓液中油含量为330～350 mg/L；此外，进料中悬浮物含量为30～34 mg/L，经过无机膜处理后净化液中悬浮物达5 mg/L左右，同时浓缩液中悬浮物含量为130 mg/L左右，说明无机膜可以去除胺液中大部分悬浮物及一部分油含量。

图3 净化前后物料性质对比

过滤前后水样对比如图4，可以看到过滤效果显著，滤前油含量、机械杂质含量较高，胺液呈暗黑浑浊状态，表面有浮油存在；滤后液体为深红色澄清液，水样中无法用肉眼观察到悬浮物颗粒，表面基本无油花存在。说明通过膜过滤能够有效去除胺液中的油和固体杂质。

图4 净化前后物料外观对比

2.3 运行稳定性

无机膜净化设备运行至今，共进行过3次清洗，平均清洗周期为1年。膜是否污染，一般以膜过滤压差作为判断依据。图5显示了该设备连续运行的某一个月内的压差变化情况，跨膜压差从初始0.065 MPa上升到了0.09 MPa。除两次上游来料压力异常导致跨膜压差突变外，正常工况下跨膜压差变化较为平稳，基本处于线性变化趋势，不存在压差突变的情况，证明无机膜在过滤富胺液时具有较好的稳定性。

图5 跨膜压差变化

3 经济效益分析

3.1 运行成本

该设备运行期间，根据各项公用工程消耗统计见表2，推算出该设备的吨运行成本。

由表2所述，无机膜净化设备处理富胺液的运行成本为0.45 KgEo/t原料，运行成本相对较低。

表2 设备运行成本分析

3.2 效益分析

（1）投用无机膜净化设备后，车间原有的富液过滤器清洗周期由2个月延长至12个月，下游热稳盐净化装置开工周期也相应延长至12个月；气柜脱硫塔运行周期自3个月延长至2年。其中，富液过滤器清洗费用约4.8万元/次、气柜脱硫塔清洗费用为5万元/次、热稳盐净化装置开工费用约25万元/年。因延长胺液系统内各装置运行周期，可节省费用56.5万元/年。

（2）2019年4月无机膜设备投用以后，新鲜胺液补充量由54吨/年减少到30吨/年，按每吨新鲜胺液13 000元计算，节约胺液费用24×1.3＝31.2万元/年。

（3）无机膜净化设备投用前，青岛石化胺液系统存在换热效率低、再生能耗高的问题；投用无机膜净化设备后，换热器换热效率提升，富液进再生塔温度由89℃提高至98℃，再生塔蒸汽耗量自10 t/h降低至6.5 t/h，节省蒸汽3.5 t/h。按照年操作8 400小时，蒸汽价格220元/t计算，带来收益为3.5 ×0.84×220＝646.8万元/年。

综上，无机膜净化设备在该石化企业实施后，为炼厂增加734.5万元/年的效益。