何文建 胡濱平 金陵石化有限公司烷基苯廠 南京 210046

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

某含硫瓦斯氣及克勞斯尾氣脫硫裝置利用醇胺法脫硫，將加氫精制來的含硫瓦斯氣進行凈化，分離出凈化瓦斯和硫化氫。硫化氫送至硫磺回收單元，經(jīng)克勞斯+RAR工藝進行制硫。凈化瓦斯至PSA單元分離出高純氫和解析氣。裝置尾氣吸收塔C-902和瓦斯脫硫塔C-701塔底富溶劑匯合后送至溶液再生塔C-702解吸硫化氫，C-702塔底貧液循環(huán)回吸收塔使用，具體流程見圖1。

圖1 吸收解吸裝置流程簡圖

裝置運行時C-902操作彈性較小，裝置酸性氣波動時，易造成焚燒爐F-902煙氣二氧化硫超標(biāo)。在夏季高溫天氣，F(xiàn)-902煙氣二氧化硫濃度約為80mg/m3，部分時間段二氧化硫排放濃度為90mg/m3，接近二氧化硫國家規(guī)定的排放上限(<100mg/m3)，遇酸性氣波動，二氧化硫瞬時值易超標(biāo)。為保證二氧化硫排放合格，需要多次將C-902塔頂過程氣切進堿洗系統(tǒng)，不僅增加堿液消耗，同時也增加了班組的操作強度。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 貧液質(zhì)量分析

該裝置使用的脫硫溶液為N-甲基二乙醇胺(MDEA)，分子式為CH3-N(CH2CH2OH)2，其主要吸收反應(yīng)如下：

2R2R’N+H2S → (R2R’NH)2S

(R2R’NH)2S+H2S →2R2R’NHHS

貧液質(zhì)量對硫化氫吸收效果起著至關(guān)重要作用[1]，對貧液濃度和硫化氫含量進行跟蹤，具體見表1。

由表1可以看出，裝置貧液質(zhì)量處于較好水平，不是影響F-902煙氣濃度較高的原因。

表1 貧溶劑數(shù)據(jù)

2.2 工藝流程分析

該裝置再生塔C-702底貧溶劑經(jīng)一系列冷卻后至溶劑緩沖罐V-703，然后用貧液泵P-701送至C-902和C-701使用，具體流程見圖2。

圖2 溶劑系統(tǒng)流程圖

C-701進料氣相為含硫瓦斯氣，操作壓力為0.7MPa(G)，操作溫度為45～50℃。進入C-701的含硫化氫瓦斯組分具體見表2。

從表2可以看出，C-701進料中有一定組分的輕烴類，而其中一部分輕烴類的液化溫度較高，且根據(jù)氣液平衡，烴類在氣相和液相中的分配是隨著系統(tǒng)溫度變化的。

表2 C-701氣相進料數(shù)據(jù)

從圖2流程可以看出，C-701進料貧液溫度是影響C-701底富液烴類含量的重要因素。該裝置沒有富液閃蒸罐，烴類溶解在富液內(nèi)，進入C-702再生后，隨酸性氣進入熱反應(yīng)爐F-901。在C-701中

貧液進料溫度越低，則氣體出口溫度越低，對烴類的吸收和冷凝有利，從而導(dǎo)致塔底富液中烴含量增大。反之提高C-701進液溫度，則可以降低酸性氣帶烴量。

該裝置硫回收單元是采取部分燃燒的克勞斯硫回收工藝，使酸性氣中1/3的硫化氫燃燒生成二氧化硫，2/3硫化氫與二氧化硫在燃燒爐內(nèi)進行熱力反應(yīng)生成硫磺，余下的過程氣通過克勞斯催化反應(yīng)生成硫磺[2]。

主要反應(yīng)如下:

(1)

(2)

(3)

在反應(yīng)爐內(nèi)，由于原料中烴類(以CH4為例)的存在，還發(fā)生以下副反應(yīng)：

(4)

(5)

(6)

酸性氣帶烴量增加將導(dǎo)致副反應(yīng)增加。副反應(yīng)(4)導(dǎo)致需氧量增大，因此進風(fēng)量增加，風(fēng)氣比增大。副反應(yīng)(5)、(6)生成的有機硫轉(zhuǎn)化困難，會夾帶在過程氣中，進入C-902，隨后進入F-902，造成其尾氣硫含量上升，進而導(dǎo)致煙氣二氧化硫升高。

C-902進料氣相為制硫尾氣，操作壓力為2～4kPa(G)，操作溫度為35～40℃。

氣相進料組分見表3。

表3 C-902氣相進料數(shù)據(jù)

從表3可以看出，進入C-902氣相物料中不含烴類，貧液溫度變化不會影響烴類溶解，同時C-902壓力較低，對貧液溫度要求更高，降低貧液溫度更有利于促進吸收。

綜上所述，貧液溫度較低會造成解吸出的酸性氣帶烴量增加，引起制硫尾氣有機硫上升，最終導(dǎo)致焚燒爐煙氣二氧化硫濃度上升。而提高溫度可以減少酸性氣帶烴，但是影響C-902吸收效果，造成塔頂氣相出料硫化氫含量上升，導(dǎo)致F-902煙氣二氧化硫濃度上升。所以C-902和C-701溶液流程存在不合理現(xiàn)象。

對C-902出口氣相有機硫含量和硫化氫進行檢測，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 C-902出口氣相總硫數(shù)據(jù)

從表4可以看出，C-902出口氣相有機硫含量和硫化氫含量比較高，是造成F-902煙氣二氧化硫濃度上升的因素之一。

2.3 尾氣吸收塔分析

該裝置初始設(shè)計為2600t/a(硫磺產(chǎn)量)，煙氣排放濃度小于800mg/m3。后經(jīng)改造后為5400t/a，C-902未進行改動，煙氣排放濃度也能滿足小于800mg/m3的要求。

2017年焚燒爐F-902排放濃度改為小于100mg/m3，為了達標(biāo)排放,在線更換了新型高效溶劑，增加C-902貧液使用量(從10t/h提高到15t/h)，煙氣排放濃度達到了小于100mg/m3的要求。但是存在文章開始提到的問題，就是C-902操作彈性小，排放濃度距離指標(biāo)100mg/m3較近，同時由于貧液量增加，造成C-702蒸汽用量增加(6t/h提高到7.6t/h)，具體設(shè)計數(shù)據(jù)見表5。

表5 裝置運行數(shù)據(jù)

綜上所述，說明C-902富余量已經(jīng)不大，吸收效果遇到瓶頸。

2.4 分析結(jié)論

經(jīng)過以上分析可以看出，溶劑系統(tǒng)流程的不合理，導(dǎo)致C-902氣相出口中有機硫較高以及C-902操作彈性小，是造成F-902煙氣二氧化硫濃度較高的主要原因。

3 采取對策

3.1 改造吸收塔

2019年利用檢修機會對C-902系統(tǒng)進行改造。從塔上部封頭焊縫處切割，使筒體高度增加4.8m，填料高度增加3.65m。從而增加過程氣在塔內(nèi)停留時間，提高氣液接觸面積，增加對硫化氫的吸收效果。在改造前請設(shè)計院對塔壓降增加情況進行了水力學(xué)計算，具體見表6。

表6 C-902增加填料水力學(xué)計算數(shù)據(jù)

從表6可以看出，C-902改造后壓降上升約為0.5kPa，增加并不大，處于可以接受范圍。

改造示意圖和現(xiàn)場圖見圖3、圖4。

圖3 C-902改造示意圖圖

圖4 C-902改造現(xiàn)場示意圖

3.2 溶液系統(tǒng)流程改造

對溶液系統(tǒng)運行流程進行優(yōu)化，將C-902與C-701進塔溶液進行分類，C-902進塔溶液單獨增加冷卻器，單獨降溫。這樣可以保證調(diào)節(jié)溶液溫度時，互相不受影響，提高了溶液系統(tǒng)的合理性。改造后流程見圖5。

圖5 溶劑系統(tǒng)改造后流程圖

4 取得效果

項目實施后具體運行數(shù)據(jù)見表7、表8。

表7 C-701運行參數(shù)

表8 C-902運行參數(shù)

表7數(shù)據(jù)說明，貧液溫度有所上升后，對吸收硫化氫效果影響不大。

表8數(shù)據(jù)說明,制硫尾氣有機硫含量和硫化氫含量有明顯降低，C-902壓降上升處于可控范圍內(nèi)。

由于C-701貧液進料溫度從40℃提高到50℃，C-902溶液使用量從15t/h降低到9t/h，C-702熱負荷大幅降低，塔底蒸汽用量大幅降低，從7.6t/h降低到了5.6t/h，具體數(shù)據(jù)見表9、表10。

表9 C-702系統(tǒng)運行參數(shù)

表10 全裝置運行數(shù)據(jù)

通過對比改造前后數(shù)據(jù)可以看出，改造后F-901風(fēng)氣比從1.8降低到1.7，說明酸性氣帶烴量的確降低了。F-902煙氣二氧化硫濃度保持較低的排放值，遠低于國家小于100mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。C-702塔底蒸汽用量降低了2t/h，有效地降低了裝置蒸汽的消耗。

后續(xù)對煙氣排放數(shù)據(jù)進行了跟蹤，具體數(shù)據(jù)見表11。

表11 裝置煙氣排放數(shù)據(jù)

由上可以看出，項目實施后，F(xiàn)-902煙氣二氧化硫排放值從之前的80～90mg/m3降低到了40～60mg/m3，并且比較穩(wěn)定；C-702蒸汽用量從之前的7～8t/h降至5～6t/h，酸性氣帶烴量有所降低，說明改造是成功的。目前，由于二氧化硫排放濃度較低，即便酸性氣波動，也不需要將C-902頂過程氣切進堿洗系統(tǒng)，極大地降低了操作強度和減少了堿液的消耗。

5 結(jié)語

(1)由于硫回收單元尾氣吸收塔和瓦斯脫硫塔操作條件不一致，貧液使用必須各自考慮，合理確定工藝參數(shù)，進行流程優(yōu)化，才能發(fā)揮各自作用。

(2)適當(dāng)提高瓦斯脫硫塔進塔溶液溫度，可以降低凈化瓦斯氣中烴類含量。

(3)適當(dāng)加高尾氣吸收塔填料，可以大幅度提高硫化氫吸收率，壓降上升處于可控范圍。

(4)該項目的改造經(jīng)驗可供同類裝置借鑒。