CN112246071A - 火炬气压缩与脱硫一体化工艺及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火炬气压缩与脱硫一体化工艺及其系统，该火炬气压缩与脱硫一体化工艺包括以下步骤：预脱硫步骤；压缩步骤；冷却步骤；超重力脱硫步骤；闪蒸步骤。其中，在超重力脱硫步骤中，火炬气与脱硫胺液在超重力机内接触传质，实现超重力脱硫。本发明采用脱硫胺液作为喷液，同时在压缩部分配置预吸收器、超重力机等强化传质设备，在压缩部分完成吸收过程，因此无需设置吸收塔，从而简化了工艺流程，减小了设备的占地面积，并提高了脱硫效率。
Description
技术领域
本发明涉及对炼油生产工艺中带有硫化氢等腐蚀性气体的火炬气进行压缩脱硫的技术。
背景技术
炼厂火炬气一般通过压缩机增压后并入燃料气管网回收利用，因为介质气中含有一定量的硫化氢，并入燃料气管网前需要先进行脱硫处理。目前，火炬气回收利用主要采用无油工艺螺杆压缩机增压加N-甲基二乙醇胺(MDEA)溶液湿法脱硫的处理工艺，但实际运行和相关研究存在以下问题：
1、压缩与脱硫装置相互独立，设备投资与能耗大。为提高脱硫效果，压缩机出口设计压力、吸收过程脱硫液用量逐渐增大，导致设备投资与装置能耗升高；此外，传统压缩过程喷柴油冷却，存在柴油挥发和分离效率导致的持续性消耗；
2、湿法脱硫效率低。目前炼厂主要采用板式塔或者填料塔进行吸收脱硫，效率相对较低，胺液再生能耗高。化工过程强化是当前化学工程优先发展技术之一，通过强化可以提升传质效果，缩小设备体积，但相关技术在火炬气回收系统中应用较少；
3、国内相关专利主要是单独针对压缩过程或脱硫过程的研究，压缩与脱硫一体化工艺研究较少。一种炼厂气压缩与脱硫工艺（申请公布号CN 104307341A）首次提出引用吸收脱硫的N-甲基二乙醇胺（MDEA）溶液作为压缩机喷液，但流程上依然保持了压缩与脱硫两个单元，存在进一步优化的空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种火炬气压缩与脱硫一体化工艺及其系统，其无需采用专门的脱硫装置，且具有较高的脱硫效率。
根据本发明的第一实施例，提供了一种火炬气压缩与脱硫一体化工艺，包括以下步骤：
预脱硫步骤：
将脱硫胺液雾化喷入预吸收器中，与引入所述预吸收器中的火炬气接触传质，进行预脱硫；
压缩步骤：
预吸收器内的火炬气和雾化脱硫胺液一并输出到压缩机中进行压缩；
冷却步骤：
从压缩机输出的火炬气和脱硫胺液进入冷却器中，与输入冷却器的冷源换热后输出；
超重力脱硫步骤：
将冷却后的火炬气和脱硫胺液、以及补充的脱硫胺液输入第一超重力机，火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫，脱硫后的火炬气从第一超重力机输出；
闪蒸步骤：
通过闪蒸罐闪蒸来自所述第一超重力机的脱硫胺液。
根据本发明的第一实施例，还提供了一种火炬气压缩与脱硫系统，包括预吸收器、压缩机、冷却器、第一超重力机和闪蒸罐；预吸收器具有火炬气进口、胺液入口及出口；胺液入口安装有雾化喷头，以将流入胺液入口的脱硫胺液雾化后喷入到预吸收器中；压缩机的入口与预吸收器的出口连通，用于对预吸收器输出的火炬气和雾化脱硫胺液进行压缩；冷却器的热侧入口与压缩机的出口连通，冷却器还具有供冷源进出的冷侧入口和冷侧出口，冷却器用于将压缩机输出的火炬气及脱硫胺液与冷源进行热交换；第一超重力机的第一入口与冷却器的热侧出口连通，第一超重力机的第二入口用于接收补充的脱硫胺液，第一超重力机用于使火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫，并将脱硫后的火炬气从第一超重力机的第一出口输出；闪蒸罐的入口与第一超重力机的第二出口连通，闪蒸罐用于闪蒸第一超重力机输出的脱硫胺液。
根据本发明的第二实施例，提供了一种火炬气压缩与脱硫一体化工艺，包括以下步骤：
预脱硫步骤：
将第一路脱硫胺液和来自第二超重力机的第二路脱硫胺液分别雾化喷入预吸收器中，与引入预吸收器中的火炬气接触传质，进行预脱硫；
压缩步骤：
预吸收器内的火炬气和雾化脱硫胺液一并输出到压缩机中进行压缩；
冷却步骤：
从压缩机输出的火炬气和脱硫胺液进入冷却器中，与输入冷却器的冷源换热后输出；
初次超重力脱硫步骤：
将冷却后的火炬气和脱硫胺液输入第一超重力机，火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫，脱硫后的火炬气从第一超重力机输出；
闪蒸步骤：
通过闪蒸罐闪蒸来自所述第一超重力机的脱硫胺液；
二次超重力脱硫步骤：
将第一超重力机输出的火炬气、以及补充的脱硫胺液输入第二超重力机，火炬气与脱硫胺液在第二超重力机内接触传质，实现二次超重力脱硫，二次超重力脱硫后的火炬气从第二超重力机输出，第二超重力机输出的脱硫胺液雾化喷入到所述预吸收器中。
根据本发明的第二实施例，还提供了一种火炬气压缩与脱硫系统，包括预吸收器、压缩机、冷却器、第一超重力机、第二超重力机和闪蒸罐；预吸收器具有火炬气进口、第一胺液入口、第二胺液入口及出口；第一胺液入口和第二胺液入口分别安装有雾化喷头，以将流入第一胺液入口和第二胺液入口的脱硫胺液雾化后喷入到预吸收器中；压缩机的入口与预吸收器的出口连通，用于对预吸收器输出的火炬气和雾化脱硫胺液进行压缩；冷却器的热侧入口与压缩机的出口连通，冷却器还具有供冷源进出的冷侧入口和冷侧出口，冷却器用于将压缩机输出的火炬气及脱硫胺液与冷源进行热交换；第一超重力机的第一入口与冷却器的热侧出口连通，第一超重力机用于使火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫，并将脱硫后的火炬气从第一超重力机的第一出口输出；第二超重力机的第一入口与第一超重力机的第一出口连通，第二超重力机的第二入口用于接收补充的脱硫胺液，第二超重力机用于使火炬气与脱硫胺液在第二超重力机内接触传质，实现二次超重力脱硫，并将二次超重力脱硫后的火炬气从第二超重力机的第一出口输出；第二超重力机的第二出口与所述预吸收器的第二胺液入口连通，以向预吸收器输出脱硫胺液；闪蒸罐的入口与第一超重力机的第二出口连通，闪蒸罐用于闪蒸第一超重力机输出的脱硫胺液。
本发明至少具有以下优点：
1、投资费用降低。本发明实施例采用脱硫胺液作为喷液，同时在压缩部分配置预吸收器、超重力机等强化传质设备，在压缩部分完成吸收过程，因此无需设置吸收塔，从而简化了工艺流程，减小了设备的占地面积；
2、操作费用降低。由于传质效果增强，脱硫液用量下降，泵送系统负荷降低，再生系统热负荷降低；节省了原压缩过程的柴油消耗；
3、由于脱硫胺液在压缩机入口喷入时的气化潜热能降低介质气温度，压缩机入口体积流量降低，出口冷却器热负荷减小。
附图说明
图1示出了根据本发明火炬气压缩与脱硫系统的第一实施例的结构示意图。
图2示出了根据本发明火炬气压缩与脱硫系统的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明火炬气压缩与脱硫系统的第一实施例的结构示意图。如图1所示，根据本发明第一实施例的一种火炬气压缩与脱硫系统包括预吸收器1、压缩机2、冷却器3、第一超重力机41和闪蒸罐5。
预吸收器1具有火炬气进口11、胺液入口12及出口13。胺液入口12安装有雾化喷头（图中未示出），以将流入胺液入口12的脱硫胺液（本实施例中为再生的胺液）雾化后喷入到预吸收器1中。通过设置雾化喷头，可使胺液液滴达到微米级，有效扩大了相间传质面积。
压缩机2的入口21与预吸收器1的出口13连通，用于对预吸收器1输出的火炬气和雾化脱硫胺液进行压缩。在本实施例中，压缩机采用无油喷液螺杆压缩机。
冷却器3的热侧入口31与压缩机2的出口连通，冷却器3还具有供冷源进出的冷侧入口和冷侧出口（图中未示出），冷却器3用于将压缩机2输出的火炬气及脱硫胺液与冷源进行热交换。
第一超重力机41的第一入口411与冷却器3的热侧出口32连通，第一超重力机41的第二入口412用于接收外部输入的脱硫胺液，第一超重力机41用于使火炬气与脱硫胺液在第一超重力机41内接触传质，实现超重力脱硫，并将脱硫后的火炬气（即图1中所示出的净化气，其除去了气相中的硫化氢）从第一超重力机41的第一出口413输出。
闪蒸罐5的入口51与第一超重力机41的第二出口414连通，闪蒸罐用于闪蒸第一超重力机41输出的脱硫胺液。闪蒸5可以脱除轻烃类气体，撇除重烃类油污。经过闪蒸后的闪蒸气从闪蒸罐5的第一出口52排出，经过闪蒸后的富胺液从闪蒸罐5的第二出口53输出，去再生系统进行再生。
根据本发明第一实施例的火炬气压缩与脱硫一体化工艺包括以下步骤：
A、预脱硫步骤：
将再生塔泵送的脱硫胺液（本实施例中脱硫胺液为MDEA溶液，即N-甲基二乙醇胺溶液）在预吸收器1内雾化喷入，与来自气柜的火炬气逆向接触传质，进行预脱硫。雾化胺液的最小流量满足压缩过程中降温所需喷液量。
在本实施例中，火炬气的压力为0.002~0.004MPaG，温度为25~45℃；硫化氢的浓度为1~5%vol；脱硫胺液的浓度为25~35%wt，温度为35~40℃；雾化压力为0.5~0.8MPaG。
B、压缩步骤：
预吸收器1内的火炬气和雾化脱硫胺液一并进入压缩机2，在压缩机2中进行压缩。胺液在这一过程中起到降温与脱硫的双重作用，在压缩机转子剧烈扰动、升压的过程中强化传质。在本实施例中，压缩机的出口压力0.6~0.8MPaG。
C、冷却步骤：
从压缩机2输出的火炬气和脱硫胺液进入冷却器3中，与输入冷却器3的冷源换热后输出。
在本实施例中，冷却器3为U型管式换热器，冷源为冷却水，将火炬气和脱硫胺液的气液两相混合物冷却至40℃左右。冷却器3内，气液两相混合物走管程，冷却水走壳程，气液两相在管道内继续进行传质。
D、超重力脱硫步骤：
经过压缩冷却后火炬气与脱硫胺液的气液两相混合物进入第一超重力机41，同时将补充的一股脱硫胺液雾化喷入第一超重力机41，火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫。
本步骤中，第一超重力机41可以选择逆流传质方式或并流传质方式（现有的超重力机具备逆流传质、并流传质两种方式）。并流传质方式下，原火炬气中的脱硫胺液及补充的脱硫胺液同时与火炬气同向流动接触传质；逆流传质情况下，仅补充的脱硫胺液与火炬气逆向流动接触传质，原火炬气中的脱硫胺液在进入超重力机后靠重力分离，与火炬气完成接触传质后的脱硫胺液及原火炬气中的脱硫胺液均从第一超重力机41的第二出口414输出。
在第一超重力机41内，脱硫胺液被巨大的离心力拉伸成液滴、液膜或液丝，有效增大了相间接触面积，强化了传质。
E、闪蒸步骤：
来自第一超重力机41的富胺液进入闪蒸罐5，通过闪蒸脱除轻烃类气体，撇除重烃类油污。经闪蒸后的富胺液去再生系统进行再生，实现循环利用。在本实施例中，雾化喷入预吸收器1和第一超重力机41内的脱硫胺液均为再生脱硫胺液。
图2示出了根据本发明火炬气压缩与脱硫系统的第二实施例的结构示意图。如图2所示，根据本发明第二实施例的一种火炬气压缩与脱硫系统包括预吸收器1A、压缩机2、冷却器3、第一超重力机41、第二超重力机42和闪蒸罐5。
预吸收器1具有火炬气进口11、第一胺液入口12、出口13以及第二胺液入口14。第一胺液入口12和第二胺液入口14分别安装有雾化喷头（图中未示出），以将流入第一胺液入口12和第二胺液入口14的脱硫胺液雾化后喷入到预吸收器1中。
压缩机2的入口21与预吸收器1的出口13连通，用于对预吸收器1输出的火炬气和雾化脱硫胺液进行压缩。在本实施例中，压缩机采用无油喷液螺杆压缩机。
冷却器3的热侧入口31与压缩机2的出口连通，冷却器3还具有供冷源进出的冷侧入口和冷侧出口（图中未示出），冷却器3用于将压缩机2输出的火炬气及脱硫胺液与冷源进行热交换。
第一超重力机41的第一入口411与冷却器3的热侧出口32连通，第一超重力机41用于使火炬气与脱硫胺液在第一超重力机41内接触传质，实现超重力脱硫，并将脱硫后的火炬气从第一超重力机41的第一出口413输出。
第二超重力机42的第一入口421与第一超重力机的第一出口413连通，第二超重力机42的第二入口422用于接收补充的脱硫胺液（本实施例中为再生的胺液），第二超重力机42用于使火炬气与脱硫胺液在第二超重力机内接触传质，实现二次超重力脱硫，并将二次超重力脱硫后的火炬气（即图2中所示出的净化气，其除去了气相中的硫化氢）从第二超重力机42的第一出口423输出；第二超重力机42的第二出口424与预吸收器1的第二胺液入口14连通，以向预吸收器1输出脱硫胺液。
闪蒸罐5的入口51与第一超重力机41的第二出口414连通，闪蒸罐5用于闪蒸第一超重力机41输出的脱硫胺液。闪蒸5可以脱除轻烃类气体，撇除重烃类油污。经过闪蒸后的闪蒸气从闪蒸罐5的第一出口52排出，经过闪蒸后的富胺液从闪蒸罐5的第二出口53输出，去再生系统进行再生。
根据本发明第二实施例的火炬气压缩与脱硫一体化工艺包括以下步骤：
A、预脱硫步骤：
将第一路脱硫胺液（本实施例中为再生的胺液）和来自第二超重力机42的第二路脱硫胺液分别雾化喷入预吸收器1A中，与从气柜引入预吸收器1A中的火炬气逆向接触传质，进行预脱硫。
B、压缩步骤：
预吸收器1A内的火炬气和雾化脱硫胺液一并输出到压缩机2中进行压缩。
C、冷却步骤：
从压缩机2输出的火炬气和脱硫胺液进入冷却器3中，与输入冷却器3的冷源换热后输出。
在本实施例中，冷却器3为U型管式换热器，冷源为冷却水，将火炬气和脱硫胺液的气液两相混合物冷却至40℃左右。冷却器3内，气液两相混合物走管程，冷却水走壳程，气液两相在管道内继续进行传质。
D、初次超重力脱硫步骤：
经过压缩冷却后的火炬气和脱硫胺液的气液两相混合物进入第一超重力机41，火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫，脱硫后的火炬气从第一超重力机41输出。第一超重力机41可以选择逆流传质方式或并流传质方式。
E、闪蒸步骤：
来自第一超重力机41的富胺液进入闪蒸罐5，通过闪蒸脱除轻烃类气体，撇除重烃类油污。经闪蒸后的富胺液去再生系统进行再生，实现循环利用。
F、二次超重力脱硫步骤：
将第一超重力机输出的火炬气、以及补充的脱硫胺液（本实施例中为再生的胺液）输入第二超重力机42，火炬气与脱硫胺液在第二超重力机内接触传质，实现二次超重力脱硫，二次超重力脱硫后的火炬气从第二超重力机输出，进入燃料气管网；第二超重力机42输出的脱硫胺液雾化喷入到预吸收器1A中。第二超重力机42可以选择逆流传质方式或并流传质方式。
第二实施例与第一实施例的其中一个主要区别在于增加了二次超重力脱硫步骤，使得第二实施例适用于硫化氢含量较高的火炬气的脱硫回收。经过第一超重力机脱硫后的火炬气硫化氢含量已大大降低，第二超重力机分离后的胺液引入预吸收器可大大降低胺液用量，继而降低胺液再生负荷。若经过第一超重力机的脱硫效果可达到设计要求，则无需进行第二次超重力脱硫。
本发明采用脱硫胺液作为喷液，同时在压缩部分配置预吸收器、超重力机等强化传质设备，在压缩部分完成吸收过程，因此无需设置吸收塔，从而简化了工艺流程，减小了设备的占地面积，并提高了脱硫效率。
Claims (10)
1.一种火炬气压缩与脱硫一体化工艺，其特征在于，包括：
预脱硫步骤：
将脱硫胺液雾化喷入预吸收器中，与引入所述预吸收器中的火炬气接触传质，进行预脱硫；
压缩步骤：
预吸收器内的火炬气和雾化脱硫胺液一并输出到压缩机中进行压缩；
冷却步骤：
从压缩机输出的火炬气和脱硫胺液进入冷却器中，与输入冷却器的冷源换热后输出；
超重力脱硫步骤：
将冷却后的火炬气和脱硫胺液、以及补充的脱硫胺液输入第一超重力机，火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫，脱硫后的火炬气从第一超重力机输出；
闪蒸步骤：
通过闪蒸罐闪蒸来自所述第一超重力机的脱硫胺液。
2.如权利要求1所述的一种火炬气压缩与脱硫工艺，其特征在于，在所述的超重力脱硫步骤中，补充的脱硫胺液雾化喷入到第一超重力机中。
3.如权利要求1所述的一种火炬气压缩与脱硫工艺，其特征在于，所述脱硫胺液为N-甲基二乙醇胺溶液。
4.一种火炬气压缩与脱硫系统，其特征在于，包括预吸收器、压缩机、冷却器、第一超重力机和闪蒸罐；
所述预吸收器具有火炬气进口、胺液入口及出口；所述胺液入口安装有雾化喷头，以将流入胺液入口的脱硫胺液雾化后喷入到所述预吸收器中；
所述压缩机的入口与所述预吸收器的出口连通，用于对预吸收器输出的火炬气和雾化脱硫胺液进行压缩；
所述冷却器的热侧入口与所述压缩机的出口连通，所述冷却器还具有供冷源进出的冷侧入口和冷侧出口，冷却器用于将所述压缩机输出的火炬气及脱硫胺液与所述冷源进行热交换；
所述第一超重力机的第一入口与所述冷却器的热侧出口连通，所述第一超重力机的第二入口用于接收补充的脱硫胺液，所述第一超重力机用于使火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫，并将脱硫后的火炬气从第一超重力机的第一出口输出；
所述闪蒸罐的入口与所述第一超重力机的第二出口连通，所述闪蒸罐用于闪蒸所述第一超重力机输出的脱硫胺液。
5.如权利要求4所述的火炬气压缩与脱硫系统，其特征在于，所述压缩机为无油喷液螺杆压缩机。
6.一种火炬气压缩与脱硫一体化工艺，其特征在于，包括：
预脱硫步骤：
将第一路脱硫胺液和来自第二超重力机的第二路脱硫胺液分别雾化喷入预吸收器中，与引入所述预吸收器中的火炬气接触传质，进行预脱硫；
压缩步骤：
预吸收器内的火炬气和雾化脱硫胺液一并输出到压缩机中进行压缩；
冷却步骤：
从压缩机输出的火炬气和脱硫胺液进入冷却器中，与输入冷却器的冷源换热后输出；
初次超重力脱硫步骤：
将冷却后的火炬气和脱硫胺液输入第一超重力机，火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫，脱硫后的火炬气从第一超重力机输出；
闪蒸步骤：
通过闪蒸罐闪蒸来自所述第一超重力机的脱硫胺液；
二次超重力脱硫步骤：
将第一超重力机输出的火炬气、以及补充的脱硫胺液输入第二超重力机，火炬气与脱硫胺液在第二超重力机内接触传质，实现二次超重力脱硫，二次超重力脱硫后的火炬气从第二超重力机输出，第二超重力机输出的脱硫胺液雾化喷入到所述预吸收器中。
7.如权利要求6所述的一种火炬气压缩与脱硫一体化工艺，其特征在于，在所述的二次超重力脱硫步骤中，补充的脱硫胺液雾化喷入到第二超重力机中。
8.如权利要求6所述的一种火炬气压缩与脱硫一体化工艺，其特征在于，所述脱硫胺液为N-甲基二乙醇胺溶液。
9.一种火炬气压缩与脱硫系统，其特征在于，包括预吸收器、压缩机、冷却器、第一超重力机、第二超重力机和闪蒸罐；
所述预吸收器具有火炬气进口、第一胺液入口、第二胺液入口及出口；所述第一胺液入口和所述第二胺液入口分别安装有雾化喷头，以将流入第一胺液入口和第二胺液入口的脱硫胺液雾化后喷入到所述预吸收器中；
所述压缩机的入口与所述预吸收器的出口连通，用于对预吸收器输出的火炬气和雾化脱硫胺液进行压缩；
所述冷却器的热侧入口与所述压缩机的出口连通，所述冷却器还具有供冷源进出的冷侧入口和冷侧出口，冷却器用于将所述压缩机输出的火炬气及脱硫胺液与所述冷源进行热交换；
所述第一超重力机的第一入口与所述冷却器的热侧出口连通，所述第一超重力机用于使火炬气与脱硫胺液在第一超重力机内接触传质，实现超重力脱硫，并将脱硫后的火炬气从第一超重力机的第一出口输出；
所述第二超重力机的第一入口与所述第一超重力机的第一出口连通，所述第二超重力机的第二入口用于接收补充的脱硫胺液，所述第二超重力机用于使火炬气与脱硫胺液在第二超重力机内接触传质，实现二次超重力脱硫，并将二次超重力脱硫后的火炬气从第二超重力机的第一出口输出；第二超重力机的第二出口与所述预吸收器的第二胺液入口连通，以向所述预吸收器输出脱硫胺液；
所述闪蒸罐的入口与所述第一超重力机的第二出口连通，所述闪蒸罐用于闪蒸所述第一超重力机输出的脱硫胺液。
10.如权利要求9所述的火炬气压缩与脱硫系统，其特征在于，所述压缩机为无油喷液螺杆压缩机。
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