加氫裝置低分氣脫硫效果影響因素分析

張 甫，王 軍，易金華，梅光軍

（1.武漢金中石化工程有限公司，湖北 武漢 430223；2.鶴壁華石聯合能源科技有限公司，河南 鶴壁 458000；3.武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430070）

隨著對燃料的清潔要求越來越高，加工含硫及高硫原油數量越來越多，加工深度越來越深及產品結構調整等原因，促使加氫裝置建設得到了飛速發展，目前國內正在加快建設大型的加氫型煉廠，以提高產品質量，滿足環保要求［1，2］。在加氫過程中，低壓分離器產出大量含有較多氫氣的低分氣，通常H2S 含量較高，為了回收低分氣中的氫氣，往往采用低分氣脫硫，脫硫后氣體經PSA 提純得到高純度氫氣［3~5］。文中通過流程模擬對影響低分氣脫硫效果因素進行分析，獲得較佳的操作條件，有利于降低溶劑消耗和系統能耗，為同類裝置的工程設計、生產操作提供參考。

1 低分氣脫硫原理

低分氣脫硫是將加氫裝置低壓分離器產生的低分氣與吸收劑接觸，從而脫除低分氣中的H2S，由于甲基二乙醇胺（MDEA）吸收劑性能好，并可再生循環使用，因而目前廣泛應用MDEA 作為吸收劑［6，7］。

MDEA與H2S反應方程式為：

MDEA 與H2S 反應為可逆反應，在低分氣脫硫反應中化學平衡向右移動，從而脫出低分氣中的H2S［8］。

2 工藝流程模擬

以某公司200×104t/a渣油加氫裝置低分氣脫硫為例，低分氣從冷低壓分離器頂部出來經低分氣冷卻器（E-101）冷卻后進入低分氣脫硫塔入口分液罐（D-101）除去攜帶的液體烴類，減少低分氣脫硫塔（C-101）的起泡傾向。

溶劑脫硫采用MDEA（貧胺液），溶劑濃度為25%，從貧胺液緩沖罐（D-102）抽出經貧溶劑泵（P-101A/B）升壓后進入貧胺液冷卻器（E-102），經E-102 冷卻后進入 C-101 頂部，從 C-101 底部出來的富胺液進入富胺閃蒸罐閃蒸脫氣，低分氣經C-101脫除H2S后送至低分氣PSA提純出氫氣。

低分氣組成見表1，主要操作條件見表2。

表1 低分氣組成

表2 主要操作條件

文中采用流程模擬軟件PRO/Ⅱ中自帶的胺類吸收劑脫酸性氣體的專用數據包（AMINE）進行模擬與分析，該數據包可用于包括H2S，CO2，H2O，MEA，DEA，DGA，DIPA，MDEA 等酸性氣—胺—水體系的氣液平衡、液液平衡、氣液液平衡行為，并通過Kent-Eisenberg 模型完成該體系反應過程的計算與模擬［9，10］，軟件版本為PRO/Ⅱ9.1，采用 25%貧胺液，貧胺液進塔溫度45 ℃，貧胺液進塔流量12 t/h，脫硫后氣體中H2S含量為75.11 μg/g。

加氫裝置低分氣脫硫工藝流程見圖1，主要物流的計算結果見表3。

表3 主要物流的計算結果

圖1 加氫裝置低分氣脫硫工藝流程

3 主要影響因素分析

3.1 貧胺液溫度對脫硫效果的影響

根據表2中主要操作條件，僅改變貧胺液進塔溫度，保持其它工藝參數不變，結果見圖2。由圖2可知，隨著貧胺液進塔溫度的升高，脫硫后氣體中H2S 含量也隨之增加。在條件允許的情況下，應盡可能降低貧胺液進塔溫度。

圖2 貧胺液溫度對脫硫效果的影響

3.2 貧胺液流量對脫硫效果的影響

根據表2中主要操作條件，僅改變貧胺液進塔流量，保持其它工藝參數不變，結果見圖3。由圖3可知，當貧胺液進塔流量小于12 t/h 時，隨著其流量的增加，脫硫后氣體中H2S 含量隨之減少，但當貧胺液進塔流量大于12 t/h 時，脫硫后氣體中H2S含量幾乎不發生變化。因此貧胺液進塔流量并非越大越好，應選擇其較佳進塔流量。

圖3 貧胺液流量對脫硫效果的影響

3.3 貧胺液濃度對脫硫效果的影響

根據表2 中主要操作條件，僅改變貧胺濃度，保持其它工藝參數不變，結果見圖4。

圖4 貧胺液濃度對脫硫效果的影響

由圖4 可知，隨著貧胺液濃度的增加，脫硫后氣體中H2S含量隨之降低，貧胺濃度小于30%變化尤為明顯，胺濃度大于30%變化趨于平緩。在條件允許的情況下，應盡可能提高貧胺液濃度。

3.4 貧胺液中H2S含量對脫硫效果的影響

根據表2 中主要操作條件，僅改變貧胺液中H2S含量，保持其它工藝參數不變，結果見圖5。

圖5 貧胺液中硫化氫含量對脫硫效果的影響

由圖5 可知，隨著貧胺液中H2S 含量的增加，脫硫后氣體中H2S 含量也隨之增加。在條件允許的情況下，應盡可能降低貧胺液中H2S含量。

3.5 低分氣脫硫塔板數的影響

根據表2中主要操作條件，僅改變低分氣脫硫塔板數，保持其它工藝參數不變，結果見圖6。

圖6 低分氣脫硫塔板數對脫硫效果的影響

由圖6 可知，當低分氣脫硫塔板數小于14 塊時，隨著塔板數的增加，脫硫后氣體中H2S 含量變化顯著；當低分氣脫硫塔板數大于14塊時，脫硫后氣體中H2S含量變化平緩；當低分氣脫硫塔板數大于20 塊時，脫硫后氣體中H2S 含量幾乎不發生變化，因此低分氣脫硫塔板數選取20塊可滿足要求。

4 優化措施

結合現場實際情況，優化后采用30%貧胺液，貧胺液進塔溫度為40 ℃，主要操作條件見表4，經計算優化后貧胺液進塔流量可降至5.5 t/h，脫硫后氣體中H2S含量降至45.00 μg/g。

表4 優化后主要操作條件

優化后，低分氣脫硫后氣體中H2S含量由優化前75.11 μg/g 降至 45.00 μg/g，提高了脫硫效果，而且貧胺液進塔流量由優化前12 t/h 降至5.5 t/h，減少了貧胺液的操作費用和富胺液的再生費用，同時可優化設備選型，降低設備費用，據測算，經過裝置優化后，僅降低溶劑消耗和系統能耗可節省約120萬元/a，效益可觀。

5 結束語

根據工藝流程模擬及工藝分析結果，可以看出影響低分氣脫硫效果主要因素有：貧胺液進塔溫度、貧胺液進塔流量、貧胺液濃度、貧胺液中H2S含量及低分氣脫硫塔板數等，在采用低分氣脫硫工程設計和生產操作時，結合實際情況，對低分氣脫硫系統的工藝參數進行優化，合理選取，有利于降低溶劑消耗和系統能耗，實現節能降耗。