趙培剛

摘 要：液化氣脫硫裝置溶劑再生尾氣處于氧氣、氮?dú)饧翱扇細(xì)怏w類混合環(huán)境，必須保證其運(yùn)行過程的處于安全狀態(tài)。本文根據(jù)實(shí)際裝置中的過程數(shù)據(jù)計(jì)算并分析了不同工況下再生尾氣的含量和工控條件下的爆炸極限，對(duì)混合氣體繪制了三組分爆炸范圍圖，通過控制氣相組分中的體積氧含量不高于一個(gè)定值，總烴含量不低于一個(gè)定值，就能將再生尾氣的工況脫離爆炸極限范圍。并提出了具體控制方案和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：液化氣;脫硫醇;爆炸極限;溶劑再生

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.044

0 概述

液化氣脫硫醇溶劑再生尾氣因含有過剩氧氣、氮?dú)饧盁N蒸汽、硫化物及殘余堿等對(duì)安全、環(huán)保有害的組分，尾氣的零排放或達(dá)標(biāo)排放一直是煉油企業(yè)的一個(gè)難題。目前主要處理方法是尾氣中按比例注入瓦斯，然后送加熱爐或火炬燃燒，緩解了尾氣后處理的問題，但也帶來安全、環(huán)保問題以及成本的增加。

原溶劑再生包括富溶劑氧化再生和二硫化物反抽提脫除，富溶劑中的硫醇鈉在催化劑作用下氧化成二硫化物，反應(yīng)方程式如下：

2RSNa +1/2 O2 + H2O→RSSR + 2NaOH

富溶劑與來自系統(tǒng)的空氣、反抽提油，經(jīng)預(yù)混合，從氧化再生塔下部進(jìn)入再生催化劑床層，溶劑中攜帶的硫醇鈉氧化生成二硫化物，同時(shí)抽提到反抽提油中，實(shí)現(xiàn)含硫化合物合理轉(zhuǎn)移。再生塔頂部的尾氣注入瓦斯，送加熱爐或再生器焚燒。

再生尾氣的零排放是基于再生尾氣排放難題開發(fā)的新技術(shù)，尾氣增壓循環(huán)回用。通過液環(huán)增壓機(jī)對(duì)再生尾氣升壓后循環(huán)使用;采用氧含量在線分析儀控制再生氧含量在安全范圍;用補(bǔ)氧量控制尾氣中的氧含量;選擇合適的反抽提油。

1 主要安全因素分析

脫硫醇尾氣增壓循環(huán)回用的氣體是可燃?xì)怏w和空氣的混合物，如果配比發(fā)生變化，存在進(jìn)入可燃?xì)怏w燃爆區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)。涉及含氧的氣相物料有三個(gè)部分，分別是氧化再生塔至三相分離罐、從三相分離罐至增壓機(jī)入口、從增壓機(jī)至混合器。

燃爆臨界參數(shù)控制主要方式：第一在LOC（極限氧含量）以下來操作，即體系中氧含量低于LOC時(shí)，其它物料組成變化都不會(huì)發(fā)生燃爆;第二向體系中充入大量惰性氣體（如氮?dú)猓?，稀釋可燃?xì)怏w和氧氣的含量;第三控制系統(tǒng)中可燃?xì)怏w含量低于爆炸下限;第四控制系統(tǒng)中可燃?xì)怏w含量高于爆炸上限。

2 不同操作條件下的系統(tǒng)總烴含量計(jì)算分析

影響系統(tǒng)總烴含量的主要因素有：氧化再生塔塔頂溫度、壓力，增壓機(jī)出口溫度、壓力，反抽提油的性質(zhì)。反抽提油采用穩(wěn)定汽油，性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定;增壓機(jī)出口壓力由工藝過程決定，調(diào)節(jié)余地不大。用PROII軟件進(jìn)行了模擬計(jì)算，主要參數(shù)為現(xiàn)場(chǎng)同類裝置的實(shí)際設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)過與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證，數(shù)據(jù)可靠，模擬結(jié)果分別見圖2、圖3。圖中總烴含量為增壓機(jī)出口分液罐氣相的體積含量。

氧化再生塔頂溫度一定時(shí)，隨著氧化再生塔頂壓力的增加，系統(tǒng)總烴含量不斷降低;在氧化再生塔壓力較低時(shí)，出口分液罐的溫度變化對(duì)總烴含量影響大，在氧化再生塔壓力較高時(shí)出口分液罐的溫度變化對(duì)總烴含量影響較小。氧化再生塔頂?shù)臏囟茸兓徽撗趸偕毫Χ嗌賹?duì)總烴含量都有較大影響。實(shí)際運(yùn)行中，采取必要的調(diào)節(jié)措施，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)總烴含量的有效控制。

3 不同溫度、壓力及不同含氧條件下的爆炸上限分析

3.1 混合氣體的組成

混合氣體由于溫度和壓力的波動(dòng)，可燃?xì)怏w發(fā)生冷凝會(huì)造成含量降低，特別是在高壓和低溫的情況下。為此，我們以工廠實(shí)際的氣相分析組成為基準(zhǔn)，重新計(jì)算了可燃?xì)怏w的燃爆參數(shù)，數(shù)據(jù)見表1。

通過查詢純物質(zhì)燃爆特性數(shù)據(jù)庫，可得到在40℃，常壓條件下的燃爆參數(shù)，采用理查特里公式計(jì)算可得混合氣體組分1爆炸上限為 8.9%，爆炸下限為1.4%，LOC為9.3%;組分2爆炸上限為8.7%，爆炸下限為1.4%，LOC為9.4%。

3.2 不同溫度壓力條件下可燃?xì)怏w的燃爆特性

一般情況下，壓力越大爆炸極限范圍越大。而系統(tǒng)溫度的升高，分子內(nèi)能增加，爆炸危險(xiǎn)型也增大。如圖4，計(jì)算得出不同溫度壓力下的爆炸上限[7]見表2。

由于尾氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后壓力為0.6MPaG，由圖4[4]和表2[6]可知，壓力每升高0.1MPa，爆炸上限約上升1個(gè)百分點(diǎn)，在0.6MPaG、40℃條件下混合氣體的爆炸上限約為15.3%;溫度對(duì)可燃?xì)怏w爆炸上限影響很小，溫度由40℃降低至15℃，爆炸上限僅降低0.1-0.3個(gè)百分點(diǎn)。

3.3 貧氧條件下的爆炸上限分析

通常情況下，可燃?xì)怏w爆炸上限在不同溫度、壓力的空氣測(cè)定的，由于溫度或壓力波動(dòng)導(dǎo)致可燃?xì)怏w含量進(jìn)入燃爆區(qū)域時(shí)，可降低氧氣含量，使可燃?xì)怏w含量脫離燃爆區(qū)域。表3為氧氣含量降低后可燃?xì)怏w爆炸上限的變化情況[7]。

由表3可知：氧含量降低能有效降低可燃?xì)怏w的爆炸上限，在40℃條件下，氧含量降低3個(gè)百分點(diǎn)，爆炸上限約降低1.2-2個(gè)百分點(diǎn)。

4 三組分爆炸范圍圖及安全操作方案

根據(jù)上述所述分析數(shù)據(jù)繪制可燃?xì)怏w的三組分爆炸范圍圖，如圖5所示。

圖5中F、O、N、分別表示可燃?xì)怏w、氧氣和氮?dú)獾暮浚鼽c(diǎn)處三組氣體的含量之和都是 100%。頂點(diǎn)處只有一種氣體，邊線上含有兩種氣體，中間所有點(diǎn)都含有三種氣體。

圖中X1 X2 C三角區(qū)域?yàn)槿急瑓^(qū)，P3點(diǎn)為工況條件下可燃?xì)怏w的爆炸上限值15%（空氣）;P1、P2點(diǎn)為設(shè)定工況條件下的操作條件，P1點(diǎn)為氧氣含量15%時(shí)可燃?xì)怏w含量， P2點(diǎn)氧氣含量為10%時(shí)可燃?xì)怏w含量。

以P1點(diǎn)為例，當(dāng)氧含量降低時(shí)，P1點(diǎn)將沿點(diǎn)劃線向右上方移動(dòng)，遠(yuǎn)離燃爆區(qū)域;相反，當(dāng)往體系中氧含量增加時(shí)，P1點(diǎn)將從右上方回移，接近燃爆區(qū)域，所以需嚴(yán)格控制體系中氧氣比例不超過21%，避免系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入富氧狀態(tài)。低溫、高壓會(huì)造成可燃?xì)怏w含量降低，P1點(diǎn)將沿點(diǎn)劃線向下移動(dòng)，接近進(jìn)入燃爆區(qū)域。充入可燃?xì)怏w或降低氧氣含量能快速脫離燃爆區(qū)域。

分別制定三種操作方案：

方案一：雙15%方案，控制系統(tǒng)總烴含量大于15%、氧含量小于15%。配備總氧、總烴在線分析儀，控制進(jìn)入混和器的氧氣總量;對(duì)于總烴的含量的控制需要適當(dāng)控制氧化再生塔的操作壓力、操作溫度及分液罐的溫度。

方案二：雙10%方案，控制系統(tǒng)總烴含量大于10%、氧含量小于10%。對(duì)于不能采用穩(wěn)定汽油作為反抽提油的情況，由于輕油組分氣化率低，以正常的操作條件實(shí)現(xiàn)總烴含量大于15%有困難時(shí)，作為一個(gè)備選方案。

方案三：高燃?xì)夂糠桨?，控制系統(tǒng)總烴含量大于30%、氧含量小于15%。需要向再生系統(tǒng)中注入液化氣，維持系統(tǒng)總烴含量大于30%、氧含量不大于15%，遠(yuǎn)離燃爆區(qū)域，為保險(xiǎn)系數(shù)最高的方案。但該方案會(huì)增加成本，并且會(huì)使裝置的控制方案復(fù)雜。

5 結(jié)論

通過采取適當(dāng)方法控制尾氣系統(tǒng)中的總氧和總烴的含量，能夠使整個(gè)尾氣系統(tǒng)的工況遠(yuǎn)離爆炸極限，并且可以根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)條件可以采取不同的應(yīng)對(duì)策略。

實(shí)際操作中，尚需要注意事項(xiàng)如下：

（1）優(yōu)選操作方案為保持系統(tǒng)中氧氣含量不超15%，總烴含量大于15%。配備氧氣緊急切斷系統(tǒng)。

（2）配置氧、烴在線分析儀，監(jiān)控檢測(cè)循環(huán)尾氣中氧、烴含量，是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要條件。

（3）可以根據(jù)溫度、壓力及氧含量等條件確定安全操作參數(shù)。

（4）注意壓縮機(jī)的選型，盡量控制壓縮機(jī)出口罐溫度不低于40℃。

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