高低壓脫硫塔脫硫后放空氣硫化氫含量超標的原因分析

胡海平，郭洪濤，蔣敦藝

(中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008)

1 異常參數(shù)分析

1.1 異常參數(shù)統(tǒng)計

某石化公司儲運系統(tǒng)設立了高低壓氣柜，主要作用是回收全廠裝置排出的尾氣，并與高低壓脫硫塔及硫磺裝置回收來的貧胺液（甲基二乙醇胺溶液）逆向接觸，以脫除燃料氣中大部分的硫化氫，達標后將燃料氣送至全廠燃料氣管網(wǎng)，作為各個裝置的各類加熱爐的燃料來源。一般情況下，燃料氣在脫硫后，硫化氫濃度均能控制在公司要求的范圍以內（≤40mg?m-3）。自 2019年8月19日開始，脫硫后的燃料氣中，硫化氫含量開始出現(xiàn)超標，超標數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

1.2 參數(shù)異常產生的影響

經相關技術人員研判，硫化氫含量異常會給儲運系統(tǒng)造成運輸效率低下、生產任務無法完成等諸多不利影響，并可能產生跨區(qū)域的安全隱患。

參數(shù)異常的燃料氣中，含有硫化氫等多種濃度超出規(guī)定范圍的污染性氣體，在輸送至全廠燃料氣管網(wǎng)的過程中，會對途經的設備造成不必要的腐蝕。在輸送至用戶裝置后，加熱爐燃燒超標氣體所產生的SO2、SO3、SOX會對大氣造成污染，也會加大全廠的能源損耗，并進一步影響全廠的經濟效益。從長遠來看，指標持續(xù)異常不符合公司提出的“節(jié)能降耗”要求，也將影響儲運系統(tǒng)對公司所下達年度生產任務的完成度。因此必須查找超標的根本原因，并提出解決方案。

表1 硫化氫含量超標數(shù)據(jù)表Table 1 Hydrogen sulfide exceeding standard data table

表2 脫硫氣的硫化氫含量Table 2 Desulfurization gas sampling table

2 問題分析與解決方案的制定

2.1 濕法脫硫原理

目前，應用最為廣泛的脫硫工藝是濕法脫硫，原理是甲基二乙醇胺分子中至少有一個烴基團和一個氨基團，能起到降低蒸汽壓和提高水溶性的作用，氨基團使得水溶液能達到必要的酸堿度，并促使其吸收硫化氫。硫化氫是弱酸性，甲基二乙醇胺是弱堿，兩者反應生成水溶性鹽類。由于反應是可逆的，甲基二乙醇胺也可以通過上述反應再生后循環(huán)使用，提高了化工廠的生產效率和經濟效益。

甲基二乙醇胺的堿性隨溫度升高而降低。低溫時，弱堿性的甲基二乙醇胺與硫化氫結合生成胺鹽，高溫下，胺鹽分解成硫化氫和甲基二乙醇胺，其吸收硫化氫和二氧化碳的主要反應如下：

甲基二乙醇胺與硫化氫和二氧化碳的主要反應為可逆反應。在吸收塔中，上述反應的平衡向右移動，原料氣中的酸性氣組分被脫除；在再生塔中，平衡向左移動，溶劑釋放出酸性氣組分。該反應在高壓和低溫環(huán)境下更有利于酸性氣組分的吸收，反之則有利于酸性氣組分的再生。但在實際生產中，為了防止溶劑分解造成不必要的損失，再生溫度通常低于127℃。

根據(jù)濕法脫硫的原理，可以初步確定影響脫硫效果的原因有以下幾種：放空氣中硫化氫的含量超過設計處理量；貧胺液的量不足；脫硫塔的塔壓過低；脫硫塔的溫度過高。

2.2 解決方案的制定

2.2.1 放空氣中的硫化氫含量

全廠的放空氣硫化氫含量每周分析1次，表3為某一硫化氫含量超標的時間段，放空氣中硫化氫含量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

表3 硫化氫含量超標時間表Table 3 Hydrogen sulfide exceeding standard schedule

燃料氣回收設施的原料為低壓燃料氣和高壓燃料氣，組分見表4。查詢儲運系統(tǒng)脫硫系統(tǒng)文件并計算后可知，低壓脫硫系統(tǒng)設計的硫化氫含量為44928 mg?m-3，高壓脫硫系統(tǒng)設計的硫化氫含量為37946 mg?m-3，均高于放空氣的硫化氫含量，可以確定脫硫后的參數(shù)超標，并不是受到了放空氣硫化氫含量的影響。

表4 高、低壓燃料氣成分表Table 4 High and low pressure fuel gas composition schedule

2.2.2 貧胺液進料量

硫磺回收裝置輸出的胺液成分如表5所示。經查閱，生產四部溶劑再生裝置的貧胺液濃度的設計值為25%～40%，班組在高、低壓脫硫塔后采集的富胺液樣本化驗結果，甲基二乙醇胺濃度為31.38%和31.67%，均在允許范圍內。由此可知，進入高低壓脫硫塔的胺液量滿足生產需求，且可以嘗試適當降低。

2.2.3 脫硫塔塔壓

儲運系統(tǒng)燃料氣回收設施的設計操作壓力為1.0MPa，燃料氣經壓縮機出口進入脫硫塔的壓力控制在0.47MPa左右，壓力偏低，具有可調節(jié)性。但基于設備安全運行和長周期運行的考慮，壓力暫不進行調整。

表5 胺液成分表Table 5 Amine liqiud composition schedule

2.2.4 脫硫塔溫度

甲基二乙醇胺的堿性隨溫度升高而降低，在較低溫度下（20～40℃）下，反應向左進行（吸收）。當前工況下，高、低壓脫硫塔的運行溫度控制在44～46℃，溫度偏高，不利于胺液對硫化氫的吸收。為了提高硫化氫的吸收能力，可以逐步提高冷卻水用量，降低脫硫塔內的溫度。調整后的化驗參數(shù)如表6所示。

表6 調整后的化驗參數(shù)表Table 6 Test parameter table after adjustment

3 結論

對相關數(shù)據(jù)進行分析后確定，脫硫塔溫度偏高是導致脫硫塔放空氣的硫化氫含量超標的主要原因。根據(jù)儲運系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在硫化氫含量超標之前，循環(huán)水用量為206t?h-1，胺液用量在高壓狀態(tài)時為 26t?h-1，低壓狀態(tài)時為 25t?h-1，總計51t?h-1。根據(jù)研究結論采取相應的方案后，循環(huán)水用量為192t?h-1，胺液用量在高壓時為19t?h-1，低壓狀態(tài)時為 21t?h-1，總計 40t?h-1，即調整后節(jié)約循環(huán)水量14t?h-1，全年節(jié)約循環(huán)水122640t，節(jié)約胺液的量為11t?h-1。按照硫磺回收裝置每月補充貧氨液15t、外送420t?h-1的數(shù)量計算，氨液損耗約為0.005%。

經過此次調整，每年可節(jié)約貧氨液4.8t，節(jié)省費用約6.7萬元。溶劑再生裝置的胺液循環(huán)量下降后，也減少了蒸汽使用量，為公司蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化運行創(chuàng)造了更良好的條件。