CN101862578A

CN101862578A - 常减压装置“三顶”气在线脱硫及增压利用方法

Info

Publication number: CN101862578A
Application number: CN201010199498A
Authority: CN
Inventors: 陈群; 张志宏; 董月胜
Original assignee: ANQING SHIHUA ENGINEERING DESIGN Co Ltd
Current assignee: ANHUI SHIHUA ENGINEERING & TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: CN101862578B

Abstract

本发明公开了一种常减压装置“三顶”气在线脱硫及增压利用方法，用于解决目前常减压装置的初馏塔顶气、常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气中硫化氢含量高、回收利用成本高、高点放空等问题。本发明选用胺液雾化喷头分别安装在“三顶”气输送管道中心位置，采用气体流量计信号自动控制胺液雾化喷头喷射量，使得雾化胺液与气体充分混合，脱除每股气体中的硫化氢；脱硫后的初馏塔顶气旋流分液后，利用其排放压力直接供本装置加热炉使用；脱硫后的常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气，采用燃料气喷射器引流增压、混合后供本装置加热炉使用，从而全面系统解决常减压装置“三顶”气中硫化氢造成的危害，并使之得到最经济有效利用。

Description

常减压装置“三顶”气在线脱硫及增压利用方法

技术领域

本发明涉及一种气体管道在线脱除硫化氢方法，具体涉及常减压装置“三顶”气在线脱硫及增压利用的方法。

背景技术

在常减压装置生产过程中，原油中部分硫化物在高温条件下转化成硫化氢，存在于常减压装置“三顶”气中(初馏塔顶气、常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气)，硫化氢含量高达几万～几十万ppm(v)。硫化氢具有极强毒害性，潮湿的硫化氢对碳钢极具腐蚀性，燃烧后生成二氧化硫对大气造成污染；含硫化氢瓦斯气体泄露和排放，会产生厂区恶臭现象，威胁着人身安全和装置安全生产。

常减压装置生产时产生的“三顶”气是热值很高的可燃性气体，其中初馏塔顶气带压排放，采用的处理工艺是直接进本装置加热炉燃烧，或者是密闭排放出常减压装置；常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气的排放压力为微正压，采用的处理工艺是高点放空。目前各炼油企业出于安全环保要求，部分常减压装置增设了“三顶”气回收设施，采用气体缓冲罐、气体压缩机、冷却器等设备，将常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气密闭集中回收升压至燃料气脱硫装置。一些常减压装置受场地条件制约，无法增设“三顶”气回收设施。

燃料气脱硫装置采用的生产工艺大部分为塔式胺法脱硫工艺，工艺设备包括：气体缓冲罐、气体压缩机、冷却器、脱硫塔、胺液罐、胺液泵、胺液分离器。气体缓冲罐一般定压为250kPa(绝)，收集各装置排放压力大于250kPa(绝)气体，利用气体压缩机升压、冷却后进气体脱硫塔，脱除气体中硫化氢，气液分离后进300～600kPa(绝)全厂燃料气管网，作为燃料气供炼油厂各装置加热炉使用。气体脱硫塔有填料塔、板式塔和喷淋塔等多种类型，脱硫塔采用的脱硫剂绝大部分为甲基二乙醇胺溶剂，脱硫塔内胺液与含硫化氢气体接触，甲基二乙醇胺与硫化氢发生缩合反应，吸收气体中的硫化氢，达到净化气体的目的。吸收硫化氢后的胺溶去胺液再生装置，在再生塔内加热解析出高浓度的酸性气，去硫磺回收装置作为原料，获取经济效益，再生后的胺液循环使用。

由上可以看出目前采用的常减压装置“三顶”气回收及利用方法，工艺流程长、工艺设备多、系统管道长、占地广、投资大、运行时需要消耗大量的电能和循环冷却水。

2006年广州石化800万吨/年常减压装置采用实用新型专利“减顶增压脱硫成套设备”(专利号：ZL200520134557.0)，对减压塔顶气进行增压脱硫回收利用。其工艺流程是：胺液自系统管网至胺液罐储存，通过高压胺液泵升压去胺液冷却器冷却，利用高压胺液作为工作流体，采用喷射器引流减压塔顶气，进行混合脱除硫化氢，气液混合物回到胺液罐分液，脱硫后减顶气有一定的升压，经胺液聚结器再次脱除胺液后，气体压力为微正压，进减压炉四个专用低压燃气火嘴燃烧，胺液通过胺液泵升压至胺液再生装置。该套设施将减压塔顶气硫化氢含量由二十万ppm(v)降至几百个ppm(v)，未达到燃料气中硫化氢含量≯100ppm(v)的炼油行业标准；胺液耗用量大大超出了正常胺液耗用量；运行时出现过胺液发泡、跑胺现象；同时也未解决初馏塔顶气、常压塔顶气、后冷凝器尾气含硫化氢的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题一是提供一种对常减压装置“三顶”气在线脱除硫化氢的方法，脱硫后的“三顶”气达到燃料气中硫化氢含量≯100ppm(v)的炼油行业标准；二是提供一种对“三顶”气进行增压方法，满足加热炉燃气火嘴稳定燃烧的压力要求。

为解决上述技术问题，本发明常减压装置“三顶”气在线脱硫及增压利用方法，包括如下步骤：

①分别在常减压装置“三顶”气(初馏塔顶气、常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气)的输送管道上安装气体流量计、胺液雾化喷头，自系统管网来的胺液进入胺液罐中，胺液由胺液泵升压至每个胺液流量调节阀，调节每股胺液流量后，分别进入安装在“三顶”气输送管道中心位置的胺液雾化喷头，喷射雾化胺液，雾化胺液与气体混合，脱除每股气体中的硫化氢；

②脱硫后的初馏塔顶气经过胺液分离器旋流分液处理后，利用其自身的压力进常减压装置加热炉燃烧；

③脱硫后的常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气分别自流进胺液罐，液滴在胺液罐内进行自然沉降分离，利用进常减压装置加热炉压力为300～600kPa(绝)的燃料气作为工作流体，由喷射器引流胺液罐内气液分离后的气体，经提高压力的气体与燃料气混合后进常减压装置加热炉燃烧。

甲基二乙醇胺吸收硫化氢的化学机理：在酸性气体中，硫化氢是一种提供质子的酸，在与甲基二乙醇胺反应时会经由质子转移反应形成硫化氢根离子，此反应快速，几乎瞬间反应，反应为缩合反应，反应式：(CH₃)N(CH₂CH₂OH)₂+H₂S＝(CH₃)N.H₂S.(CH₂CH₂OH)₂。本发明利用甲基二乙醇胺与硫化氢发生缩合反应，反应快速机理，在气体输送管道中心位置安装胺液雾化喷头喷射雾化贫液，加大传质表面积，使甲基二乙醇胺与气体中的硫化氢充分接触，脱除气体中的硫化氢。雾化喷头产品成熟、规格型号齐全、体积小巧，通常运用于气体脱硫喷淋塔中，其喷雾角度一般在90°～130°之间。

本发明步骤①所述的胺液雾化喷头采用空心圆锥喷头，将喷雾角度设计在10°～60°之间，胺液进入该喷头内腔，形成强烈旋转，喷射出一个均匀的空心雾化锥体，喷射出的胺液雾化液滴直径在0.3～1.2mm之间，胺液喷射方向同气体流向，最大限度减少流体压力损失。

本发明步骤①所述的气体流量信号控制胺液流量调节阀的自动控制方法，是因为常减压装置加工的原油中硫含量一定时，“三顶”气中硫化氢含量基本稳定，当常减压装置加工量发生变化时，“三顶”气的气量也随之波动。通过气体流量计监控气体流量的变化量，并将监控信号传输至胺液流量调节阀，及时调整胺液流量，控制胺液雾化喷头喷射量，即能确保净化后气体中硫化氢含量≯100ppm(v)，又能减少胺液消耗量。

本发明步骤②所述的胺液分离器内部由若干个旋流管集成，旋流管主要由分离锥、尾管和溢流口等部分组成。含液气体在一定的压力作用下从旋流管进口沿切线方向进入旋流管的内部进行高速旋转，经分离锥后因流道截面的改变，使液流增速并形成螺旋流态，当气体进入尾锥后因流道截面的进一步缩小，旋流速度继续增加，在分离器的内部形成了一个稳定的离心力场和压力变化区域，气体在锥管的中心区聚结成气芯，自溢流口排出，从而液体和气体的分离。C4以上的烃类易造成胺液发泡，旋流管针对泡沫进行破泡分液，避免胺液的“跑损”。该旋流胺液分离器已成功运用于多套燃料气脱硫装置，旋流胺液分离器分液的压力降≯5kPa，脱液后气体中带液量≯20mg/L。

本发明步骤②所述的脱硫后初馏塔顶气体利用方法：初馏塔顶气体经过冷却、初顶回流罐气液分离后，排放压力约为250～450kPa(绝)。初馏塔顶气经过在线脱硫、胺液分离器旋流分液处理后，压力降≯20kPa；扣除接至加热炉输送管道、阻火器等的压力降，进加热炉燃气火嘴前压力可保证在200～400kPa(绝)，满足加热炉燃气火嘴稳定燃烧的压力要求。

本发明步骤③所述的采用燃料气引流胺液罐内净化气体混合、增压利用方法：常减压装置生产时常压炉、减压炉燃料气来自300～600kPa(绝)全厂燃料气管网，需减压后方可使用；常压炉、减压炉消耗的燃料气量，一般高于常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气发生量的十几倍以上，足以满足引流常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气用量。本发明利用常压炉、减压炉使用的300～600kPa(绝)燃料气作为工作流体，采用喷射器引流胺液罐中分离出的净化后气体，保持胺液罐的压力为微负压；净化后气体经过胺液罐上部设置带破沫网的分离器进行再次气液分离，确保净化后的气体带液量≯20mg/L；净化后气体与燃料气混合后压力高于200kPa(绝)，可满足加热炉燃气火嘴稳定燃烧的压力要求。

“常减压装置‘三顶’气体在线脱硫及增压利用方法”与现有的“常减压装置‘三顶’气回收利用工艺”相比具有以下有益效果：常减压装置“三顶”气脱硫及利用直接在本装置完成，无系统管道；工艺流程短、设备少、占地面积小、投资低，尤其适合对老装置改造；电能消耗低、无循环冷却水消耗、运行费用低。与现有的“减顶增压脱硫成套设备”相比具有以下有益效果：增加了初馏塔顶气、常压塔顶气、减压塔后冷凝器尾气的脱硫回收利用；净化后“三顶”气体达标；脱硫效率高、胺液消耗量小；无高压胺液泵、冷却器、胺液聚结器，电能消耗小、无循环冷却水消耗，运行费用低。

本发明全面系统解决了常减压装置“三顶”气中硫化氢造成的危害，并使之得到最经济有效利用，完全符合常减压装置清洁生产标准，同时也降低了“三顶”气排放的背压，有利于初馏塔、常压塔、减压塔操作稳定。国内尚无先例，是一种切实可行、新的技术方案。

附图说明

附图1：是本发明常减压装置‘三顶’气在线脱硫及增压利用方法工艺流程图。

图中：10-气体流量计，11-初顶气胺液雾化喷头，12-初顶气胺液流量调节阀，13-胺液分离器，14-液位调节阀，21-常顶气胺液雾化喷头，22-常顶气胺液流量调节阀，31-后冷尾气胺液雾化喷头，32-后冷尾气胺液流量调节阀，41-减顶气胺液雾化喷头，42-减顶气胺液流量调节阀，51-燃料气喷射器，52-高压瓦斯分液罐，61-胺液罐，62-胺液泵，63-胺液液位调节阀，64-胺液流量调节阀。

具体实施方式

现有的常减压装置初馏塔顶气体经过冷却、初顶回流罐气液分离后，排放压力为250～450kPa(绝)；常压塔顶气体经过冷却、常顶回流罐气液分离后，排放气压力为微正压；减压塔顶气体经过蒸汽抽射、冷却至减顶油水分离罐气液分离后，排放气压力为微正压；减压塔后冷凝器排放气压力为微正压；这四股气体排放的背压直接影响到初馏塔、常压塔、减压塔的塔顶压力。因此在回收利用“常减压装置‘三顶’气时，首要考虑的问题是不能提高这四股气体排放的背压。

本发明采用优选方式：一是利用初馏塔顶气排放压力，增加了在线脱硫、气液分离工序，达标后直接作为燃料气供本装置加热炉使用。二是分别对常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气进行单独在线脱硫处理，气液混合物分别自流进胺液罐，液滴在胺液罐内进行自然沉降分离，利用常压炉、减压炉使用的300～600kPa(绝)燃料气作为工作流体，采用喷射器引流胺液罐中分离出的净化后气体，与燃料气混合、增压后进常减压装置加热炉燃烧，并保持胺液罐的压力为微负压。具体实施方式如下：

1、初馏塔顶气在线脱硫及利用工艺技术方案

本发明在初馏塔顶回流罐气体出口压控阀后管道上接一分支管，分支管安装气体流量计10，依据初顶气实际的变量，控制安装在胺液管道上的初顶气胺液流量调节阀12，调节初顶气胺液雾化喷头11喷射量，初顶气胺液雾化喷头11安装在初顶气分支管道中心，胺液雾化喷射方向同初顶气流向一致，减少阻力降。夹带有胺液的初顶气进入胺液分离器13中分液，净化后的初顶气自胺液分离器13顶部出至加热炉火嘴燃烧。分离的胺液进入胺液分离器13下部胺液区，胺液分离器13底部排液管上安装液位调节阀14，自动控制胺液区液位高度，形成一个液封，防止初顶气窜入胺液罐61，胺液流入胺液罐61储存。

初顶气胺液雾化喷头11：胺液雾化喷头部件设计成一个带法兰盖三通部件，方便维修和快速更换。

胺液分离器13：采用旋流分离技术来对气体中夹带的胺液进行回收。

工艺性能保证：脱硫、分液工序的压力降≯20kPa；净化后的初顶气中硫化氢含量≯100ppm(v)；初顶气脱液后气体中带液量≯20mg/L。

2、常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气在线脱硫及增压利用工艺技术方案

本发明分别在常压塔常顶回流罐、减压塔减顶油水分离罐、减压塔减顶后冷凝器放空管道上接一分支管，并在各自分支管上安装气体流量计10(常顶气流量计、减顶气流量计、减顶后冷尾气流量计)，依据常顶气、减顶气、减顶后冷尾气实际的变量，分别控制安装在胺液管道上常顶气胺液流量调节阀22、减顶气胺液流量调节阀42、后冷尾气胺液流量调节阀32，从而调节常顶气胺液雾化喷头21、减顶气胺液雾化喷头41、后冷尾气胺液雾化喷头31的喷射量。胺液雾化喷头21/41/31分别安装在各自气体分支管道中心，胺液雾化喷射方向同气体流向一致，减少阻力降；该三段脱硫管道靠近胺液罐61布置，保持一定的坡度坡向胺液罐61，不允许出现液袋现象。夹带有胺液的气体在流速、重力以及压差作用下，分别自流进胺液罐61，液滴在胺液罐内进行自然沉降分离。

本发明利用进常减压装置常压炉、减压炉使用的300～600kPa(绝)全厂燃料气管网中的燃料气作为工作流体，采用燃料气喷射器51引射胺液罐61内净化后的常压塔顶气、减压塔顶气及减顶后冷凝器尾气，胺液罐61上部设置带破沫网的分离器进行二次气液分离，胺液罐61内压力可保持在微负压状态下。净化后的气体经过燃料气喷射器51与燃料气混合、增压后，进已有的高压瓦斯分液罐52，分液后进加热炉燃烧。

常顶气胺液雾化喷头21、后冷尾气胺液雾化喷头31、减顶气胺液雾化喷头41：胺液雾化喷头部件设计成一个带法兰盖三通部件，方便维修和快速更换。

工艺性能保证：净化后的气体中硫化氢含量≯100ppm(v)；净化后的瓦斯气中带液量≯20mg/L；常顶回流罐、减顶油水分离罐及后冷凝器排放气背压不增加。

3、胺液储运部分

胺液罐61容积按不小于15分钟胺液需求量与气液分离所需气体空间之和考虑，胺液罐61上安装有液位仪，液位仪与胺液入口管道上胺液液位调节阀63连锁，可以自动控制胺液罐61液位高度，保证胺液需求量与气液分离所需气体空间。

胺液泵62功能之一是控制胺液流量调节阀12/22/32/42阀前压力，保证胺液雾化喷头喷射量和胺液雾化需要的压力。功能之二是将胺液升压至胺液再生装置，胺液出装置管道上设置了胺液流量调节阀64，用于控制胺液的流量，保证胺液罐61内胺液有足够浓度吸附气体中的硫化氢。

Claims

1.一种常减压装置“三顶”气在线脱硫及增压利用方法，该方法包括如下步骤：

①自系统管网来的胺液进入胺液罐中，胺液由胺液泵升压至每个胺液流量调节阀，调节每股胺液流量后，分别进入安装在初馏塔顶气、常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气输送管道中心位置的胺液雾化喷头，喷射雾化胺液，雾化胺液与气体混合，脱除每股气体中的硫化氢；

③脱硫后的常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气分别自流进胺液罐，液滴在胺液罐内进行自然沉降分离，利用进常减压装置加热炉绝对压力为300～600kPa的燃料气作为工作流体，由喷射器引流胺液罐内气液分离后的气体，经提高压力的气体与燃料气混合后进常减压装置加热炉燃烧。

2.根据权利要求1中所述的常减压装置“三顶”气在线脱硫及增压利用方法，其特征在于：所述的胺液雾化喷头为空心圆锥喷头，并将喷雾角度设计在10°～60°之间，胺液雾化液滴直径控制在0.3～1.2mm之间，胺液喷射方向同气体流向。

3.根据权利要求1中所述的常减压装置“三顶”气在线脱硫及增压利用方法，其特征在于：在所述的初馏塔顶气、常压塔顶气、减压塔顶气及后冷凝器尾气的输送管道上分别安装气体流量计，利用每个气体流量信号控制对应的胺液流量调节阀，通过胺液流量调节阀及时调整胺液雾化喷头喷射量，控制净化后气体中硫化氢含量≯100ppm(v)。