黃國(guó)棟

（中國(guó)石油大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

某煉油廠制氫裝置干氣脫硫塔是2002年為加氫裂化裝置而建的配套裝置，設(shè)計(jì)能力為每h處理5000 m3含硫化氫2000 mL/m3的干氣，干氣脫硫塔出口硫化氫含量小于20 mL/m3，隨著加氫裝置投產(chǎn)，加氫干氣的產(chǎn)量增加，干氣是制氫裝置優(yōu)質(zhì)原料，但含有較高的硫化氫氣體，必須脫硫后使用，而制氫裝置的干氣脫硫塔投產(chǎn)后所有的干氣大約增加到9000 m3/h；另外由于煉廠近年使用溶液脫硫裝置的增加，造成貧胺再生裝置負(fù)荷超出較多，使胺液品質(zhì)下降，胺液中的影響雜質(zhì)含量增大［1]，其中H2S 含量1.2 g/L，CO2含量1.5 g/L，MDEA 質(zhì)量濃度25%。這就造成了干氣脫硫塔的處理負(fù)荷與處理能力不能滿足油品升級(jí)的需要，出現(xiàn)了由于脫硫塔能力不足造成干氣放空燒掉的問(wèn)題。

1 制氫裝置干氣脫硫塔

某煉油廠的來(lái)自催化重整裝置的重整氫氣和加氫低分氣混合后進(jìn)入重整氫提濃PSA 單元，其所產(chǎn)解吸氣經(jīng)解吸氣壓縮機(jī)（K-1101）升壓后與自加氫裂化裝置來(lái)的44 ℃、0.7 MPa的加氫裂化干氣混合，經(jīng)冷卻器（E-1101）殼程冷卻后，進(jìn)入分液罐（D-1101）分液，分液后的加氫裂化干氣自加氫干氣脫硫塔（C-1101）底進(jìn)入，與來(lái)自硫磺回收裝置的甲基二乙醇胺（MDEA）貧液逆流接觸（MDEA 濃度25%），脫除氣體中的硫化氫，做為制氫裝置的原料，MDEA富液送回硫磺回收裝置再生［2]。

制氫裝置干氣脫硫塔設(shè)計(jì)塔徑為Φ1000 mm，全塔采用24 層單溢流浮閥塔盤，依次為1#～24#，板間距為500 mm，塔頂設(shè)置絲網(wǎng)除沫器和集油箱。

2 影響干氣脫硫塔處理能力的因素

2.1 干氣脫硫塔原料量增加

由于原設(shè)計(jì)干氣脫硫塔原料為加氫裂化干氣及重整氫及加氫低分氣PSA解吸氣，組成見(jiàn)表1。

表1 干氣脫硫塔原始原料組成

從表1可知，干氣脫硫塔實(shí)際處理的原料組成與設(shè)計(jì)存在一定的差距，主要是氫氣含量和硫化氫含量差距較大，由于實(shí)際加工原料氣中硫化氫含量的降低，使得在硫磺MDEA 溶液品質(zhì)下降的期間，干氣脫硫塔出口的硫化氫含量還能夠滿足生產(chǎn)的需求。

當(dāng)所加氫裝置陸續(xù)投產(chǎn)后干氣總量和組成變化具體見(jiàn)表2。

表2 加氫裝置所產(chǎn)干氣組成

由表2可以看出，所有干氣混合后流量增加到9129 m3/h，硫化氫含量達(dá)到了9300 mL/m3，較設(shè)計(jì)約增大4000 m3/h，硫化氫含量增加5000 mL/m3，大大超出了原有干氣脫硫塔的設(shè)計(jì)處理能力。

由于原料氣流量增加與溶液品質(zhì)惡化，若要滿足對(duì)原料脫硫效果的要求，必須增大入脫硫塔溶液量，這樣會(huì)造成塔板閥孔空速增大，易產(chǎn)生泛液、霧沫夾帶等問(wèn)題，給脫硫塔的正產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)較大影響。利用原脫硫塔的塔內(nèi)件，在脫硫塔高負(fù)荷運(yùn)行的情況下進(jìn)行了模擬流體力學(xué)計(jì)算見(jiàn)表3。

由于干氣脫硫塔的溶液為MDEA 溶液，屬易發(fā)泡物系，校正閥孔動(dòng)能因子不宜高于8.0，否則易發(fā)生液泛；通過(guò)表3 中的流體力學(xué)數(shù)據(jù)看出，若干氣脫硫塔的原料全部投用，在此塔最大開(kāi)孔率16.63%基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)負(fù)荷下動(dòng)能因子為8.5，最大負(fù)荷下動(dòng)能因子為9.5，此時(shí)的噴射泛點(diǎn)率達(dá)到了56%～63%，在大負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)極易產(chǎn)生泛液現(xiàn)象，因此需要降低此塔的閥孔動(dòng)能因子，但要降低閥孔動(dòng)能因子，就需要將脫硫塔塔徑擴(kuò)大，增大開(kāi)孔率才能保證生產(chǎn)；而要將塔徑擴(kuò)大勢(shì)必會(huì)增加改造周期，因此需要考慮即可以提升脫硫塔的處理能力又要盡可能的縮短施工周期的方法，經(jīng)過(guò)探討若將原脫硫塔的內(nèi)件進(jìn)行改造，將現(xiàn)有板式塔改為填料塔，則可以滿足裝置未來(lái)運(yùn)行的需要。

表3 脫硫塔各負(fù)荷操作性能數(shù)據(jù)

2.2 胺液品質(zhì)差

由于該廠溶液脫硫裝置增多，造成胺液再生裝置負(fù)荷超出，使胺液品質(zhì)下降，胺液中的雜質(zhì)含量增大，其中H2S 含量1.2 g/L，CO2含量1.5 g/L，MDEA 質(zhì)量濃度25%。

由于MDEA與H2S發(fā)生瞬間反應(yīng)而與CO2發(fā)生中速反應(yīng)的基本特性，故溶液中含有較高CO2，則吸收硫化氫的能力就會(huì)逐漸減弱［3]，選擇性隨塔板數(shù)增加而變差，即CO2吸收率隨塔板數(shù)增加而增加，溶液對(duì)H2S 的吸收受到了抑制，需要更多的溶液量才能保證脫硫塔正常的脫硫，從而影響了干氣脫硫塔的處理負(fù)荷。

3 干氣脫硫塔的改造方案

3.1 改造內(nèi)容

（1）原塔體利舊；（2）塔頂絲網(wǎng)除沫器更換；（3）塔頂集油箱利舊；（4）貧液入口處更換進(jìn)料分布管，并增設(shè)槽式液體分布器；（5）拆除原1#～24#的塔盤，更換為兩段填料，從上往下依次為Bed1～Bed2，Bed1 填料型號(hào)為ZUPAC3.0，填料高度為4500 mm，填料上下兩端采用壓圈和填料支撐；Bed2 填料型號(hào)38#鮑爾環(huán)，填料高度為5200 mm，填料上下兩端采用壓圈和駝峰支撐；Bed1～Bed2 之間設(shè)置百葉窗式液體收集器和槽式液體分布器［4]。

3.2 干氣塔改填料塔的計(jì)算

干氣塔由板式塔改為填料塔后，對(duì)規(guī)整填料及散堆填料的流體力學(xué)進(jìn)行模擬計(jì)算見(jiàn)表4，5。

表4 規(guī)整填料流體力學(xué)模擬計(jì)算結(jié)果

表5 散堆填料流體模擬計(jì)算結(jié)果

從表4，5可見(jiàn)，使用規(guī)整填料在100%及110%負(fù)荷下填料的泛點(diǎn)率將至50%以下，而散堆填料在100%負(fù)荷運(yùn)行下，泛點(diǎn)率為47%，110%負(fù)荷也只有52%，說(shuō)明改造脫硫塔使用的填料可以滿足脫硫塔高負(fù)荷運(yùn)行的要求，可以降低泛液現(xiàn)象［5]。

4 干氣塔改填料塔的標(biāo)定數(shù)據(jù)

干氣塔改為填料塔后對(duì)脫硫塔整體的進(jìn)行了模擬運(yùn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 干氣脫硫塔模擬運(yùn)行數(shù)據(jù)表

由表6 可知，改造成填料塔后，脫硫塔能處理全部加氫干氣，且塔出口硫化氫含量為20 mL/m3，達(dá)到工藝要求，并降低泛液現(xiàn)象，能起到提高干氣脫硫塔負(fù)荷的作用。

干氣脫硫塔的原料氣量達(dá)到了100%負(fù)荷，沒(méi)有出現(xiàn)泛液情況，但原料氣中的硫化氫沒(méi)有設(shè)計(jì)值高，主要是其它加氫裝置的生產(chǎn)方案有變化，或設(shè)計(jì)誤差造成的，但從脫硫塔出口硫化氫含量及溶液使用量上看，干氣脫硫塔在脫硫效果上還有較大的提高的空間，具備增大處理負(fù)荷的能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，從標(biāo)定的情況看干氣脫硫塔在最大負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)出口硫含量達(dá)到工藝要求。在脫硫塔改造中的各個(gè)環(huán)節(jié)及所更換的設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)能夠滿足相關(guān)的技術(shù)要求，說(shuō)明該次改造達(dá)到了提升脫硫塔處理能力的目的。