纖維膜接觸器在汽油脫硫中的應(yīng)用

張風(fēng)香(中國石油長慶石化公司運(yùn)行二部,陜西 咸陽 712000)

1.汽油精制裝置存在的問題

堿液攜帶與改造技術(shù)方案的提出日常汽油精制操作中，當(dāng)V3101堿液濃度低于4%，必須進(jìn)行換堿操作；當(dāng)V3101堿液界位低于30%，必須進(jìn)行補(bǔ)堿操作。但通常情況是堿液濃度還基本未發(fā)生變化時(shí)，油堿界位很快就下降至30%以下。在固定床脫水過程中經(jīng)常有大量堿液脫出。另外，在罐區(qū)的日常脫水工作中，也經(jīng)常有堿液脫出。這說明汽油攜帶堿液現(xiàn)象非常嚴(yán)重。

在2009年4月份檢修過程中，我們采用蘭州石油機(jī)械研究所開發(fā)的液態(tài)烴纖維膜脫硫技術(shù)對汽油精制裝置進(jìn)行了改造。具體內(nèi)容如下：

1.1 現(xiàn)有的汽油堿洗沉降罐（V3101）開安裝孔，加纖維液膜堿洗反應(yīng)器。

1.2 增設(shè)堿液、汽油和非凈化風(fēng)精密過濾器，以防止各介質(zhì)夾帶的固體雜質(zhì)阻塞纖維液膜反應(yīng)器，

1.3 增設(shè)2臺(tái)堿洗循環(huán)泵。

2.纖維膜接觸器的工作原理

堿液相從反應(yīng)器頂部側(cè)面進(jìn)入纖維絲束后,在沿纖維絲表面向下流動(dòng)的過程中,由于液化氣與堿液的表面張力的不同，纖維絲表面對堿液的親和力更大，同時(shí)兩者的流動(dòng)速度也不同，使得液化氣與堿液之間在纖維束上形成一層流動(dòng)的液膜。

烴相從反應(yīng)器頂部均勻進(jìn)入，與附著在纖維上的堿液同向流動(dòng)并發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)達(dá)到套管末端后便匯入烴層，在此過程中由于纖維數(shù)量眾多，極大地增加了傳質(zhì)面積，減小了傳質(zhì)距離，從而大大提高了傳質(zhì)效率，強(qiáng)化了硫化物與堿液在液膜上的化學(xué)反應(yīng)，故而能大幅度的脫除液化氣中硫雜質(zhì)。

2.1 改造流程

改造后的工藝流程如下：自催化而來的含硫汽油經(jīng)過過濾器后自纖維膜反應(yīng)器的頂部進(jìn)入，過濾后的堿液從接觸器側(cè)面進(jìn)入接觸，油堿兩相沿著接觸器的金屬纖維絲向下流動(dòng),在液膜上完成反應(yīng)脫除汽油中的硫化氫，脫硫后的汽油從V3101上方流出，進(jìn)入固定床反應(yīng)器。V3101內(nèi)堿液循環(huán)使用，可通過堿液循環(huán)泵補(bǔ)充新鮮堿液。

2.2 工藝參數(shù)

2.2.1 循環(huán)堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)

脫除硫化氫只需較低的堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)。硫醇特別是乙硫醇在堿液中的分配系數(shù)相對較小,為保證液態(tài)烴中H S和RSH的充分脫除,堿液絕不可被RSH或H S完全消耗掉,必須保持一定的堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)。同時(shí),保持足以使硫醇抽提反應(yīng)發(fā)生的堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很重要。如果堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低,硫醇反應(yīng)就不能有效進(jìn)行。為確保硫化氫和硫醇的充分抽提,新鮮堿液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)保持在4-10%，若低于4%，將進(jìn)行換堿。

2.2.2 堿液循環(huán)量

根據(jù)堿液相在接觸器中纖維絲上的分布情況確立堿液循環(huán)量,以保證每一根纖維絲均有堿液在其上面成膜,并有一定的厚度。本裝置操作控制堿液循環(huán)量在9-10t/h。

2.2.3 操作壓力和溫度

纖維液膜汽油脫硫的操作溫度由進(jìn)入系統(tǒng)的汽油溫度控制。低溫將導(dǎo)致Na2S析出,因此,應(yīng)盡可能維持較高的操作溫度，否則會(huì)助長堿的夾帶。

3.應(yīng)用效果分析

3.1 汽油攜帶堿液情況

在日常操作中規(guī)定，V3101油堿界位控制在30%-70%，若低于30%，要進(jìn)行補(bǔ)堿操作。表1為改造前后裝置的運(yùn)行情況。圖1為改造前后V3101油-堿界位變化趨勢的對比情況。

改造前，裝置的加工負(fù)荷為93.65%，汽油的停留時(shí)間為31min，在該運(yùn)行負(fù)荷下，油堿界位每天降低4.4-5.5%，下降趨勢較快，平均每8-10天換一次堿液。采用纖維液膜反應(yīng)器改造后，裝置的加工負(fù)荷變大，達(dá)到了115.99%，汽油的停留時(shí)間縮短到21min，但V3101的油堿界位下降趨勢變緩，平均每天降低1%左右，預(yù)計(jì)換堿周期在40天左右。另外從日常脫水工作中發(fā)現(xiàn)，固定床反應(yīng)器中汽油攜帶的水量變少，也說明汽油攜帶堿液情況有所改善。

3.2 化工原材料消耗

改造前，換堿周期平均為8-10天左右。改造后，根據(jù)堿液的下降趨勢估計(jì)，換堿周期在40天左右。表4為改造前后化工原材料的消耗情況。

改造后，堿液的消耗量大大降低。改造后的堿液年消耗量降至52.5噸，是改造前用量的1/4。按照每噸堿液900元計(jì)算（堿液為濃度30%的離子膜液堿），預(yù)計(jì)每年可節(jié)省原材料費(fèi)14.45萬元。

4.結(jié)語

經(jīng)過一段時(shí)間的使用，認(rèn)為纖維膜接觸反應(yīng)器基本達(dá)到了預(yù)期的目的。具有節(jié)省投資、減少占地面積和節(jié)約操作費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，尤其適宜在舊裝置上改造。從實(shí)際運(yùn)用看占有明顯的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

4.1 分離效果好，堿液夾帶減少。汽油處理量增加后，無須增加沉降分離設(shè)備，可以減少設(shè)備投資費(fèi)用。

4.2 堿洗效率高，精制后汽油產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 脫硫效率高。堿液利用率大大增加。

4.4 堿耗低，堿渣排量少，減少了環(huán)保治理費(fèi)用。

[1]劉文杰，劉波.纖維膜技術(shù)在液態(tài)烴脫總硫上的應(yīng)用.研究與開發(fā)，2006,34(2):184-185.

[2]黃祖娟.纖維膜接觸器在脫硫裝置中的應(yīng)用.化工進(jìn)展.2003，22（2:191-193.

[3]李旭輝，王運(yùn)波，柏海燕，等.輕質(zhì)油品精制高效傳質(zhì)設(shè)備——纖維液膜接觸器.石油化工設(shè)備，2003,32（5）：47-49.