張 力

中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司新疆分公司，新疆庫(kù)爾勒 843000

某油田在二號(hào)聯(lián)合站、四號(hào)聯(lián)合站成功應(yīng)用了原油脫硫采用負(fù)壓氣提脫硫（穩(wěn)定）工藝[1]，該工藝產(chǎn)生大量含硫化氫的混烴，所產(chǎn)混烴采用堿洗工藝脫除硫化氫[2]和部分有機(jī)硫[3]，混烴堿洗脫硫后的堿渣[4]采用生物法[5]進(jìn)行無(wú)害化處理，堿洗脫硫后的混烴進(jìn)輕烴站液化氣塔生產(chǎn)輕烴和液化氣[6]。

堿渣處理裝置采用濃硫酸進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，通過(guò)二氧化錳進(jìn)行氧化，利用次氯酸鈉及微生物溶液進(jìn)行尾氣處理[7]，為了維持微生物的活性還需加入特效微生物菌群所需營(yíng)養(yǎng)液[8]，每年的藥劑費(fèi)用約300萬(wàn)元。另外，堿渣具有惡臭[9]，不利于現(xiàn)場(chǎng)操作管理人員身體健康。為降低運(yùn)行費(fèi)用，更好地保護(hù)工作人員身體健康，以實(shí)現(xiàn)降本增效、以人為本的目的，特開(kāi)展混烴氣提脫硫穩(wěn)定工藝替代堿洗脫硫工藝的可行性研究。

1 混烴氣提脫硫穩(wěn)定工藝簡(jiǎn)介

（1）混烴組成。負(fù)壓氣提脫硫（穩(wěn)定）裝置所產(chǎn)混烴組成見(jiàn)表1。

（2）工藝流程?；鞜N氣提脫硫穩(wěn)定工藝[10]流程如圖1所示。含硫混烴經(jīng)混烴換熱器加熱后進(jìn)入混烴脫硫穩(wěn)定塔的中部，與由塔下部進(jìn)塔的凈化天然氣及塔底再沸器返塔氣體逆流接觸，混烴中的幾乎全部H2S及大部分C3～C5[11]進(jìn)入塔頂氣相，塔頂氣相經(jīng)塔頂冷凝器冷卻后進(jìn)塔頂回流罐，凝液經(jīng)塔頂回流泵提升回到混烴脫硫穩(wěn)定塔上部，塔頂回流罐富含硫化氫氣相去輕烴站進(jìn)行后續(xù)處理。少量C3～C5及絕大部分進(jìn)入塔底再沸器，絕大部分作為輕烴產(chǎn)品經(jīng)混烴換熱器降溫后進(jìn)輕烴儲(chǔ)罐。

表1 混烴組成

（3） 產(chǎn)品指標(biāo)。目標(biāo)產(chǎn)品輕烴的產(chǎn)品質(zhì)量[12]滿足GB 9053-2013《穩(wěn)定輕烴》中2號(hào)穩(wěn)定輕烴的指標(biāo)，其中飽和蒸氣壓＜74 kPa（夏季），飽和蒸氣壓＜88 kPa（冬季），硫含量＜0.1%。

2 工藝流程模擬

HYSYS軟件是一款功能強(qiáng)大的石油化工模擬軟件，在天然氣凈化廠、輕烴回收裝置及部分煉油裝置的工藝設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用[13-15]。模擬流程如圖2所示，混烴進(jìn)入塔中段，氣提氣從塔底進(jìn)入，從塔頂分離出富含硫化氫的穩(wěn)定氣，塔底得到輕烴產(chǎn)品。

2.1 塔板數(shù)[16]變量研究

塔板數(shù)對(duì)混烴脫硫穩(wěn)定效果有重要影響，取6～14塊板，考查塔板數(shù)對(duì)混烴產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的影響。模擬條件：混烴進(jìn)塔溫度72℃，塔底溫度120℃，氣提氣量2 000 Nm3/d，混烴進(jìn)塔量2 656 kg/h，塔頂壓力400 kPa，回流比2，模擬結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1 混烴氣提脫硫穩(wěn)定工藝流程示意

圖2 軟件模擬流程簡(jiǎn)圖

表2 不同塔板數(shù)下的模擬結(jié)果

從表2可以看出，隨著塔板數(shù)的增加，輕烴產(chǎn)量增加，飽和蒸氣壓和硫化氫含量降低，產(chǎn)品質(zhì)量提高；但塔板數(shù)過(guò)多，則投資巨大，經(jīng)濟(jì)效益下降。塔板數(shù)為10塊時(shí)，輕烴產(chǎn)量遞增最明顯，且可以滿足分離要求，經(jīng)濟(jì)上合理。

2.2 回流比[17]變量研究

回流比是混烴脫硫穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，規(guī)定塔板數(shù)為10塊，塔頂回流位置為1，取回流比為1.6～2.2，考查回流比對(duì)混烴產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的影響。模擬條件：混烴進(jìn)塔溫度72℃，塔底溫度120℃，氣提氣量2 000 Nm3/d，混烴進(jìn)塔量2 656 kg/h，塔頂壓力400 kPa，塔板數(shù)10塊。模擬結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同回流比下的模擬結(jié)果

從表3可以看出，隨著回流比的增加，輕烴產(chǎn)量增加，飽和蒸氣壓和硫化氫含量降低，產(chǎn)品質(zhì)量提高；但回流比過(guò)大，則塔頂冷凝器及塔底重沸器的熱負(fù)荷加大，能耗增加。所以，選擇回流比為2。

2.3 塔操作壓力[18]變量研究

取塔操作壓力為400～700 kPa，考查不同塔操作壓力對(duì)混烴產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的影響。模擬條件：混烴進(jìn)塔溫度72℃，塔底溫度120℃，氣提氣量2 000 Nm3/d，混烴進(jìn)塔量2 656 kg/h，回流比為2，塔板數(shù)10塊。模擬結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出，隨著塔操作壓力的增大，輕烴產(chǎn)量增加，飽和蒸氣壓和硫化氫含量增高，產(chǎn)品質(zhì)量降低；當(dāng)塔操作壓力超過(guò)600 kPa時(shí)，輕烴飽和蒸氣壓不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但塔操作壓力過(guò)低，則塔頂穩(wěn)定氣無(wú)法進(jìn)入輕烴站伴生氣系統(tǒng)（300～400 kPa），輕烴產(chǎn)品無(wú)法依靠系統(tǒng)壓力進(jìn)儲(chǔ)罐。所以，選擇塔操作壓力為400 kPa。

2.4 塔底溫度[19]變量研究

塔底重沸器的溫度對(duì)混烴脫硫穩(wěn)定效果有重要影響，一方面必須保證混烴的氣化率達(dá)到實(shí)沸點(diǎn)切割的產(chǎn)品收率，另一方面也要保證塔頂不能過(guò)多重組分。取塔底溫度為100～130℃，考查不同塔底溫度對(duì)混烴產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的影響。模擬條件：混烴進(jìn)塔溫度72℃，塔操作壓力400 kPa，氣提氣量2 000 Nm3/d，混烴進(jìn)塔量2 656 kg/h，回流比為2，塔板數(shù)10塊。模擬結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同塔底溫度下的模擬結(jié)果

從表5可以看出，隨著塔底溫度的提高，輕烴產(chǎn)量減少，飽和蒸氣壓和硫化氫含量降低，產(chǎn)品質(zhì)量提高；當(dāng)塔塔底溫度低于120℃時(shí)，輕烴飽和蒸氣壓不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但塔底溫度偏高時(shí)，塔頂冷凝器及塔底重沸器的熱負(fù)荷加大，能耗增加。所以，選擇塔底操作溫度為120℃。

2.5 氣提氣[20]變量研究

塔底部吹入少量氣提氣以降低硫化氫的分壓，使產(chǎn)品輕烴中硫化氫汽化而返回脫硫穩(wěn)定塔內(nèi)，以更好地達(dá)到分離要求。取氣提氣量為0～2 000 Nm3/d，考查不同氣提氣對(duì)混烴產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的影響。模擬條件：混烴進(jìn)塔溫度72℃，塔操作壓力400 kPa，塔底溫度120℃，混烴進(jìn)塔量2 656 kg/h，回流比為2，塔板數(shù)10塊。模擬結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同氣提氣下的模擬結(jié)果

從表6可以看出，增大氣提氣量，輕烴產(chǎn)量略有增加，塔頂冷凝器及塔底重沸器的熱負(fù)荷略有增大。所以選擇氣提氣量為2 000 Nm3/d是經(jīng)濟(jì)合理的。

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者針對(duì)某油田混烴堿洗脫硫工藝所產(chǎn)生堿渣的無(wú)害化處理運(yùn)行費(fèi)用高的現(xiàn)狀，采用Aspen HYSYS流程模擬軟件對(duì)混烴氣提脫硫穩(wěn)定工藝進(jìn)行模擬，考察了塔板數(shù)、回流比、塔操作壓力、塔底溫度及氣提氣用量等因素的影響，并得到了相應(yīng)的影響規(guī)律[21-23]。得出的優(yōu)化工藝條件為：塔操作壓力400 kPa，塔底溫度120℃，回流比為2，塔板數(shù)10塊，氣提氣量2 000 Nm3/d。根據(jù)Aspen HYSYS流程模擬結(jié)果，認(rèn)為采用混烴氣提脫硫穩(wěn)定工藝替代混烴堿洗脫硫工藝是可行的。

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