提升干气脱硫塔负荷的技术改造方案

黄国栋

（中国石油大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711）

某炼油厂制氢装置干气脱硫塔是2002年为加氢裂化装置而建的配套装置，设计能力为每h处理5000 m3含硫化氢2000 mL/m3的干气，干气脱硫塔出口硫化氢含量小于20 mL/m3，随着加氢装置投产，加氢干气的产量增加，干气是制氢装置优质原料，但含有较高的硫化氢气体，必须脱硫后使用，而制氢装置的干气脱硫塔投产后所有的干气大约增加到9000 m3/h；另外由于炼厂近年使用溶液脱硫装置的增加，造成贫胺再生装置负荷超出较多，使胺液品质下降，胺液中的影响杂质含量增大［1]，其中H2S 含量1.2 g/L，CO2含量1.5 g/L，MDEA 质量浓度25%。这就造成了干气脱硫塔的处理负荷与处理能力不能满足油品升级的需要，出现了由于脱硫塔能力不足造成干气放空烧掉的问题。

1 制氢装置干气脱硫塔

某炼油厂的来自催化重整装置的重整氢气和加氢低分气混合后进入重整氢提浓PSA 单元，其所产解吸气经解吸气压缩机（K-1101）升压后与自加氢裂化装置来的44 ℃、0.7 MPa的加氢裂化干气混合，经冷却器（E-1101）壳程冷却后，进入分液罐（D-1101）分液，分液后的加氢裂化干气自加氢干气脱硫塔（C-1101）底进入，与来自硫磺回收装置的甲基二乙醇胺（MDEA）贫液逆流接触（MDEA 浓度25%），脱除气体中的硫化氢，做为制氢装置的原料，MDEA富液送回硫磺回收装置再生［2]。

制氢装置干气脱硫塔设计塔径为Φ1000 mm，全塔采用24 层单溢流浮阀塔盘，依次为1#～24#，板间距为500 mm，塔顶设置丝网除沫器和集油箱。

2 影响干气脱硫塔处理能力的因素

2.1 干气脱硫塔原料量增加

由于原设计干气脱硫塔原料为加氢裂化干气及重整氢及加氢低分气PSA解吸气，组成见表1。

表1 干气脱硫塔原始原料组成

从表1可知，干气脱硫塔实际处理的原料组成与设计存在一定的差距，主要是氢气含量和硫化氢含量差距较大，由于实际加工原料气中硫化氢含量的降低，使得在硫磺MDEA 溶液品质下降的期间，干气脱硫塔出口的硫化氢含量还能够满足生产的需求。

当所加氢装置陆续投产后干气总量和组成变化具体见表2。

表2 加氢装置所产干气组成

由表2可以看出，所有干气混合后流量增加到9129 m3/h，硫化氢含量达到了9300 mL/m3，较设计约增大4000 m3/h，硫化氢含量增加5000 mL/m3，大大超出了原有干气脱硫塔的设计处理能力。

由于原料气流量增加与溶液品质恶化，若要满足对原料脱硫效果的要求，必须增大入脱硫塔溶液量，这样会造成塔板阀孔空速增大，易产生泛液、雾沫夹带等问题，给脱硫塔的正产运行带来较大影响。利用原脱硫塔的塔内件，在脱硫塔高负荷运行的情况下进行了模拟流体力学计算见表3。

由于干气脱硫塔的溶液为MDEA 溶液，属易发泡物系，校正阀孔动能因子不宜高于8.0，否则易发生液泛；通过表3 中的流体力学数据看出，若干气脱硫塔的原料全部投用，在此塔最大开孔率16.63%基础上，设计负荷下动能因子为8.5，最大负荷下动能因子为9.5，此时的喷射泛点率达到了56%～63%，在大负荷生产时极易产生泛液现象，因此需要降低此塔的阀孔动能因子，但要降低阀孔动能因子，就需要将脱硫塔塔径扩大，增大开孔率才能保证生产；而要将塔径扩大势必会增加改造周期，因此需要考虑即可以提升脱硫塔的处理能力又要尽可能的缩短施工周期的方法，经过探讨若将原脱硫塔的内件进行改造，将现有板式塔改为填料塔，则可以满足装置未来运行的需要。

表3 脱硫塔各负荷操作性能数据

2.2 胺液品质差

由于该厂溶液脱硫装置增多，造成胺液再生装置负荷超出，使胺液品质下降，胺液中的杂质含量增大，其中H2S 含量1.2 g/L，CO2含量1.5 g/L，MDEA 质量浓度25%。

由于MDEA与H2S发生瞬间反应而与CO2发生中速反应的基本特性，故溶液中含有较高CO2，则吸收硫化氢的能力就会逐渐减弱［3]，选择性随塔板数增加而变差，即CO2吸收率随塔板数增加而增加，溶液对H2S 的吸收受到了抑制，需要更多的溶液量才能保证脱硫塔正常的脱硫，从而影响了干气脱硫塔的处理负荷。

3 干气脱硫塔的改造方案

3.1 改造内容

（1）原塔体利旧；（2）塔顶丝网除沫器更换；（3）塔顶集油箱利旧；（4）贫液入口处更换进料分布管，并增设槽式液体分布器；（5）拆除原1#～24#的塔盘，更换为两段填料，从上往下依次为Bed1～Bed2，Bed1 填料型号为ZUPAC3.0，填料高度为4500 mm，填料上下两端采用压圈和填料支撑；Bed2 填料型号38#鲍尔环，填料高度为5200 mm，填料上下两端采用压圈和驼峰支撑；Bed1～Bed2 之间设置百叶窗式液体收集器和槽式液体分布器［4]。

3.2 干气塔改填料塔的计算

干气塔由板式塔改为填料塔后，对规整填料及散堆填料的流体力学进行模拟计算见表4，5。

表4 规整填料流体力学模拟计算结果

表5 散堆填料流体模拟计算结果

从表4，5可见，使用规整填料在100%及110%负荷下填料的泛点率将至50%以下，而散堆填料在100%负荷运行下，泛点率为47%，110%负荷也只有52%，说明改造脱硫塔使用的填料可以满足脱硫塔高负荷运行的要求，可以降低泛液现象［5]。

4 干气塔改填料塔的标定数据

干气塔改为填料塔后对脱硫塔整体的进行了模拟运行计算，结果见表6。

表6 干气脱硫塔模拟运行数据表

由表6 可知，改造成填料塔后，脱硫塔能处理全部加氢干气，且塔出口硫化氢含量为20 mL/m3，达到工艺要求，并降低泛液现象，能起到提高干气脱硫塔负荷的作用。

干气脱硫塔的原料气量达到了100%负荷，没有出现泛液情况，但原料气中的硫化氢没有设计值高，主要是其它加氢装置的生产方案有变化，或设计误差造成的，但从脱硫塔出口硫化氢含量及溶液使用量上看，干气脱硫塔在脱硫效果上还有较大的提高的空间，具备增大处理负荷的能力。

5 结束语

综上所述，从标定的情况看干气脱硫塔在最大负荷生产时出口硫含量达到工艺要求。在脱硫塔改造中的各个环节及所更换的设备运行平稳，各项指标能够满足相关的技术要求，说明该次改造达到了提升脱硫塔处理能力的目的。