淺析干氣帶液現(xiàn)象的改進(jìn)

安智芳(中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017209)

1 輕烴回收工藝原理

輕烴回收工藝就是采用低于常溫下（12℃）的吸收解吸穩(wěn)定工藝，回收氣體中的C3及C3以上組分，該裝置由氣體壓縮機(jī)、吸收塔、解吸塔、穩(wěn)定塔和相應(yīng)的冷換設(shè)備、容器、機(jī)泵和系統(tǒng)管線組成[1]。氣壓機(jī)的作用是將上游裝置來低壓氣體壓力提升到吸收穩(wěn)定部分操作所需的壓力，吸收塔用石腦油和穩(wěn)定石腦油對(duì)富氣中的C3，C4組分進(jìn)行吸收；解吸塔將富吸收油中的C2組分解吸出去；穩(wěn)定塔分離液分離液化氣和穩(wěn)定石腦油。衡量吸收塔，解吸塔效果的指標(biāo)是丙烷吸收率和乙烷吸收率；衡量穩(wěn)定塔分離效果的指標(biāo)是液化氣中C5含量和石腦油中C4含量。

吸收是用油吸收氣態(tài)烴的過程，沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，可看做單純的氣體溶于液體的物理過程。當(dāng)氣體溶于液體時(shí)要放出溶解熱，使溫度升高。由于被吸收組分濃度較低及吸收劑量過大，故溫度升高不明顯。氣體被吸收的過程取決于吸收條件下的氣液平衡關(guān)系。氣體吸收的推動(dòng)力為氣體中被吸收組分分壓與溶液中被吸收組分平衡分壓之差。

解吸是吸收的反向過程。溶液中某組分平衡分壓大于混合氣體該組份分壓，該組份便從溶液中轉(zhuǎn)移到氣相，即為解吸。解吸塔中將凝縮油中C2解吸出來，由于相平衡關(guān)系必有一定量的C3，C4被同時(shí)解吸出來，因此解吸氣被送到氣液平衡罐中，再進(jìn)入吸收塔回收。

穩(wěn)定塔屬于精餾塔。精餾是在一定壓力和溫度下的多組分分離過程，它利用油品各組分揮發(fā)度的不同，通過油品中輕重組分在精餾塔中多次氣化和多次冷凝，不斷進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，大量輕組分將會(huì)變成氣相從塔頂餾出，大量重組分將會(huì)變成液相從塔底抽出。塔頂餾出的氣相經(jīng)冷凝冷卻后變成液化氣，一部分作為塔頂回流返回塔內(nèi)，一部分經(jīng)泵送到脫硫裝置，塔底液相是密度比液化氣大的穩(wěn)定石腦油，穩(wěn)定石腦油一部分作為改質(zhì)原料自壓到加氫改質(zhì)裝置，一部分作為補(bǔ)充吸收劑進(jìn)入吸收塔。

當(dāng)前神華煤直接液化工藝的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，仍然有很多問題亟待解決。輕烴回收裝置在整套工藝中有重要作用，各加氫裝置產(chǎn)生的含硫富氣經(jīng)該裝置回收氣體中的液化氣、輕烴，干氣經(jīng)脫硫裝置進(jìn)行處理后回收氫氣。本文主要針對(duì)輕烴回收裝置干氣帶液嚴(yán)重，C3組分高而造成的液化氣吸收率低，下游脫硫裝置的吸收劑脫硫效果差的問題進(jìn)行改進(jìn)。

2 干氣帶液現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及分析

2014年以來，由于煤液化單元技改將高分排廢氫改去中壓氣去脫硫，PSA的原料凈化中壓氣由改造前的45000nm3/h增加到約71000nm3/h，PSA由于原料氣體的增加，使得PSA解吸氣由原來的7000nm3/h增加到約23000nm3/h，氣壓機(jī)入口氣體量由原來的19000nm3/h增加到約28000nm3/h,吸收塔富氣進(jìn)料量也相應(yīng)增加，富氣量已超過設(shè)計(jì)值，造成干氣帶液多，干氣產(chǎn)品不合格，影響下游脫硫裝置，且液化氣收率低。為了優(yōu)化操作，提高液化氣收率，增加效益，分析干氣帶液的原因。表1是吸收塔富氣進(jìn)料與設(shè)計(jì)值的對(duì)比分析。

表1 吸收塔富氣進(jìn)料與設(shè)計(jì)值對(duì)比分析

通過表1中的數(shù)據(jù)可以看出，吸氣塔富氣進(jìn)料的實(shí)際密度低于設(shè)計(jì)值，而體積標(biāo)準(zhǔn)流量和質(zhì)量流量均高于設(shè)計(jì)值。通過計(jì)算得出，吸收塔富氣進(jìn)料負(fù)荷平均值為設(shè)計(jì)負(fù)荷的136.5%.吸收塔空塔氣速最大值為3.85m/s，測(cè)量值已超出設(shè)計(jì)最大值對(duì)應(yīng)的空塔氣速3.23m/s。由于氣速增加并且超出設(shè)計(jì)值，吸收塔頂干氣容易產(chǎn)生干氣帶液現(xiàn)象。

表2是在富氣進(jìn)料量較大的情況下測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)，可以看出富氣進(jìn)料量已超出設(shè)計(jì)進(jìn)料量（43841nm3/h），液化氣中C3+C4組分含量并沒有隨著富氣量的增加而顯著增加，C3+C4組分含量都在2.18%以下，而液化氣中C5以上組分含量隨著富氣量的增加呈現(xiàn)出較大的波動(dòng)，不隨著富氣量的增加呈逐漸增加的趨勢(shì)，而且C5以上組分含量經(jīng)常在2%以上，而正常時(shí)液化氣中C5以上組分含量一般不大于1%。這說明干氣中帶液趨勢(shì)明顯，而吸收塔的溫度、壓力控制正常，富氣組成在正常范圍內(nèi)，補(bǔ)充吸收劑由吸收塔頂最上層塔板上面打入吸收塔，當(dāng)吸收塔底富氣進(jìn)料量和補(bǔ)充吸收劑量大很容易造成干氣帶液導(dǎo)致干氣中C3以上組分含量超過3%。

表2 改進(jìn)前的各項(xiàng)指標(biāo)值

通過分析，在目前條件下,干氣帶液多，導(dǎo)致液化氣收率低的原因主要有如下幾個(gè)方面：（1）輕烴回收裝置吸收塔富氣已超過滿負(fù)荷，吸收塔內(nèi)氣體空速高于設(shè)計(jì)空速，干氣產(chǎn)品質(zhì)量C3以上組分經(jīng)常超標(biāo)的原因可能是因吸收塔進(jìn)料氣體量大，造成霧沬夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，吸收塔內(nèi)存在氣體帶液現(xiàn)象，吸收塔內(nèi)氣液相組分離效果差，根據(jù)吸收塔富氣進(jìn)料量要控制調(diào)整合理的總吸收劑量，注意防止補(bǔ)充吸收劑量過大造成干氣產(chǎn)品質(zhì)量不合格，具體可參照總吸收劑；[2]（2）補(bǔ)充吸收劑和解吸塔的進(jìn)料進(jìn)行換熱，由于換熱器內(nèi)漏，導(dǎo)致解吸塔內(nèi)的粗石腦油漏入補(bǔ)充吸收劑內(nèi)，補(bǔ)充吸收劑精餾塔底溫度在178-194℃左右，而解吸塔的進(jìn)料是加氫穩(wěn)定裝置來的粗石腦油，溫度在30℃左右，對(duì)干氣中的C3、C4組分再吸收已經(jīng)趨于飽和，大大影響了補(bǔ)充吸收劑對(duì)干氣中的C3、C4組分的再吸收；（3）控制吸收塔三個(gè)中段溫度，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，三個(gè)中段的溫度最好控制在10-12℃，太低容易造成中段銨鹽結(jié)晶，堵塞塔盤的升氣孔，造成后路氣壓機(jī)出口壓力超高，影響氣壓機(jī)的正常運(yùn)行。太高容易造成干氣帶液，降低了氣體中液化氣的收率，并給后路脫硫裝置增大了負(fù)荷，會(huì)造成脫硫的富胺液氣泡，所以要合理控制氨冷器的液位，讓其有充足的氣化冷卻空間，提高吸收效果；（4）內(nèi)操及時(shí)觀察判斷吸收塔的三個(gè)中段液位計(jì)，防止吸收塔中段液位計(jì)失靈，干氣在吸收塔內(nèi)塔盤上的氣相帶液，也會(huì)影響干氣產(chǎn)品質(zhì)量，要注意吸收塔中段液位的控制，發(fā)現(xiàn)液位失靈時(shí)及時(shí)聯(lián)系儀表保運(yùn)人員處理，防止液位過高造成塔板積液影響干氣質(zhì)量；（5）原產(chǎn)品液化氣C3+C4平均含量為大約在98%，國(guó)標(biāo)要求不低于95%[1]，還有3%的余量，所以嚴(yán)格控制解吸塔頂解吸氣量，在富氣量為48000NM3—54000NM3時(shí)，解吸氣量最佳的控制在2600NM3—4000NM3，控制解吸塔的進(jìn)料溫度，控制吸收劑、補(bǔ)充吸收劑量，使得解析效果好；因而可以降低干氣中的C3、C2含量提高液化氣的收率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

表3 改進(jìn)后的各項(xiàng)指標(biāo)值

在詳細(xì)分析了所有導(dǎo)致干氣帶液現(xiàn)象的原因后，對(duì)生產(chǎn)裝置及操作技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。表3是改進(jìn)后的各項(xiàng)指標(biāo)，與改進(jìn)前的結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過生產(chǎn)工藝和操作技術(shù)的改進(jìn)后，干氣C3以上組分含量比改進(jìn)前顯著下降，體積含量平均為改進(jìn)前的46%左右，合理的調(diào)整了干氣的組成結(jié)構(gòu)，真正讓干氣變成了“貧氣”，起到了節(jié)能降耗。同時(shí)由于干氣中的C3組分低，防止了后續(xù)流程的脫硫裝置吸收劑富胺液的發(fā)泡現(xiàn)象發(fā)生，提高了干氣的脫硫效果，有效的降低了加熱爐爐管的有機(jī)硫腐蝕，起到了干氣燃燒后煙氣合格排放，保證了設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行。液化氣中C2組分體積平均含量由改進(jìn)前的0.5%提高到2.65%，C5以上組分體積平均含量由改進(jìn)前的1.5%降低到0.8%，液化氣的品質(zhì)得到了明顯的提升，對(duì)液化氣產(chǎn)量和收率的提升起到了積極作用。液化氣中的C3+C4含量比原來略有降低，但仍高于95%的國(guó)標(biāo)規(guī)定值。以上所施行的改進(jìn)措施在保證C3+C4含量達(dá)標(biāo)的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源利用率的提升，即達(dá)到了節(jié)約能源的目的，又實(shí)現(xiàn)了增大經(jīng)濟(jì)效益，提高產(chǎn)品收益率的目的。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)煤液化過程中干氣帶液現(xiàn)象的分析是正確的，所提出的改進(jìn)措施也是有效的。

3 結(jié)語

為了對(duì)煤液化生產(chǎn)流程中干氣帶液現(xiàn)象進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)富氣進(jìn)料與裝置原設(shè)計(jì)值進(jìn)行了對(duì)比，通過富氣進(jìn)料大于設(shè)計(jì)值時(shí)的各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，分析了可能產(chǎn)生干氣帶液現(xiàn)象的原因，進(jìn)而提出了相應(yīng)的措施，之后通過相應(yīng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)證實(shí)了改進(jìn)措施的有效性。在煤液化生產(chǎn)流程中出現(xiàn)干氣帶液現(xiàn)象時(shí)可以采取如下措施：

3.1根據(jù)吸收塔富氣進(jìn)料量控制調(diào)整合理的總吸收劑量，總吸收劑補(bǔ)充量過小可能無法充分吸收，過大則可能導(dǎo)致干氣帶液。

3.2補(bǔ)充吸收劑和解吸塔的進(jìn)料進(jìn)行換熱，要防止換熱器內(nèi)漏，導(dǎo)致解吸塔內(nèi)的粗石腦油漏入補(bǔ)充吸收劑內(nèi)，降低補(bǔ)充吸收劑的再吸收能力；補(bǔ)充吸收劑精餾塔底溫度要保證在178-194℃左右，從而提高補(bǔ)充吸收劑的吸收能力。

3.3控制吸收塔三個(gè)中段的溫度和液位計(jì)，高溫和液位過高都會(huì)影響到干氣產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.4適當(dāng)降低解吸塔的塔底溫度，嚴(yán)格控制解吸塔頂?shù)慕馕鼩饬?，從而提高液化氣的收率?/p>

[1]金德浩,劉建暉,申濤.加氫裂化裝置技術(shù)問答[M],中國(guó)石化出版社,2006.

[2]李立權(quán).加氫裂化裝置工藝計(jì)算與技術(shù)分析[M],中國(guó)石化出版社,2009.

[3]GB11174-2011,液化石油氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].