投用脫硫槽的環保節能操作

(中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600)

中海石油建滔化工有限公司600 kt/a甲醇裝置加氫脫硫單元有2臺脫硫槽R-01002A/B[容積36.76 m3，直徑2 900 mm，TL-TL(脫硫槽底部最低點到頂部最高點的距離) 5 400 mm；設計壓力3.2 MPa(G)，設計溫度400 ℃]，可串聯或并聯使用，也可單獨使用。我公司采用串聯使用方式，串聯在后的脫硫槽起“把關”作用，可有效防止轉化催化劑與合成催化劑的硫中毒。當1臺脫硫槽的ZnO脫硫劑化學吸收硫化物達到工藝要求上限而更換了新脫硫劑后，需要在不停車的情況下串入系統起“把關”作用。在串入系統前，需要對其進行加熱升溫；按傳統操作法，采取放空升溫的加熱方式，即利用熱態工藝氣通過待串入脫硫槽排至火炬系統放空。這不僅大大浪費了原料氣資源，同時也增加了對大氣的CO2排放量。為節能降耗，減少CO2的排放，我們對脫硫槽投用的傳統操作法進行了優化。

1 傳統操作法

1.1 傳統操作簡述(以脫硫槽R-01002A待串入系統為例)

新更換脫硫劑的R-01002A已用N2或惰性氣體置換合格后，用一小部分約350 ℃原料天然氣按一定升溫速率對R-01002A進行加熱，加熱尾氣全排至火炬系統放空；大部分原料天然氣用于甲醇生產。當R-01002A床層溫度低于120 ℃時，控制升溫速度為30～60 ℃/h；達到120 ℃時恒溫1 h后，繼續升至220 ℃，升溫速率為20～30 ℃/h；達到220 ℃時再恒溫1 h。在恒溫操作過程中，可逐步升壓，每10 min升0.5 MPa，直至所需操作溫度、壓力。當R-01002A具備串入條件時，緩慢將其串至R-01002B后起“把關”作用。

1.2 傳統操作圖解(以脫硫槽R-01002A待串入系統為例)

(1)R-01002A用N2置換合格后，用約350 ℃原料天然氣按一定升溫速率對其進行加熱升溫，加熱尾氣全排至火炬系統放空，如圖1所示(注：圖中實線部分表示熱態工藝氣在該管道中流動，以及該閥門全開或有一定開度；虛線部分表示該管道中無工藝介質流動或該閥門處于關閥狀態。下同)。

圖1 R-01002A加熱升溫流程圖

(2)當R-01002A具備串入條件時，緩慢將其串至R-01002B后起“把關”作用，如圖2所示。

圖2 R-01002A串入系統“把關”流程圖

2 實際生產情況

2.1 生產狀況

自2006年正常開車至今，一共更換了8次脫硫劑，每次新換脫硫劑的加熱升溫都耗費十幾個小時。我們對更換脫硫劑的日期及脫硫槽加熱放空氣體積進行了統計，如表1所示。

2.2 分析與核算

2.2.1對環境的影響

據統計，2012年5月對新更換脫硫劑的脫硫槽采用傳統的放空升溫方式進行加熱升溫耗時15 h，放空至火炬系統的工藝氣約有21 295 m3。這些放空氣(CH459%，CO225%；體積分數。下同)通過完全燃燒將有大量CO2生成：

表1 更換脫硫劑時間表

由上述化學反應方程式可知，1 mol CH4完全燃燒就有1 mol CO2生成。以2012年5月為例，放空至火炬系統的21 295 m3天然氣經完全燃燒，將有21 295×59%/22.4=560.90 kmol的CO2生成而排向大氣。

同時，天然氣中原含有21 295×25%/22.4=237.67 kmol的CO2也被排向大氣。

則因加熱新脫硫劑而向大氣排放的CO2總量為(560.90+237.67)×22.4=17 888 m3。按更換脫硫劑的平均頻率2次/a計，則一年向大氣排放CO217 888×2=35 776 m3。

2.2.2經濟損失

從企業經濟角度來說(以2012年5月為例)，若放空的21 295 m3天然氣能完全被利用，生產1 t甲醇消耗約1 650 m3天然氣，21 295 m3天然氣可生產21 295/1 650=12.9 t甲醇；1 t甲醇單價按3 000元計，則12.9 t甲醇價值約3 000×12.9=38 718元。也就是說，一次加熱新脫硫劑放空而造成的經濟損失約38 718元。據我公司的生產狀況，更換脫硫劑的平均頻率為2次/a，若每次都采用傳統的放空升溫方式，則每年因此而造成的經濟損失約38 718×2=77 436元。

2.2.3能量損失

傳統操作中，有大量的熱態工藝氣放空，大量的熱量同時也被排至大氣而損失了。我公司原料天然氣各主要組分含量為CH459%、CO225%、N216%；CH4比熱C1=2.16 kJ/(kg·℃)、CO2比熱C2=0.84 kJ/(kg·℃)、N2比熱C3=1.04 kJ/(kg·℃)，則我公司原料天然氣的比熱容Cm=0.59C1+0.25C2+0.16C3=0.59×2.16+0.25×0.84+0.16×1.04=1.65 kJ/(kg·℃)。

我公司原料天然氣的平均分子量Mm=0.59m1+0.25m2+0.16m3=0.59×16+0.25×44+0.16×28=24.9 kg/kmol，則21 295 m3原料天然氣的質量M=21 295/22.4×24.9=23 671.6 kg，21 295 m3、350 ℃原料天然氣具有的能量Q1=CmM(t-t0)=1.65×23 671.6×(350-25)=12 693 896 kJ。

ZnO的比熱容C4=0.5 J/(g·℃)，脫硫槽可裝14 000 kg ZnO，則脫硫劑加熱升溫至350 ℃時吸收的熱量Q2=C4mt=0.5×14 000×1 000×(350-25)=2 275 000 kJ；放空至大氣損失的熱量Q損=Q1-Q2=12 693 896-2 275 000=10 418 896 kJ。

天然氣熱值q=21 700 kJ/m3，則提供熱量Q損需要燃燒的天然氣量V=Q損/q=10 418 896/21 700=480.13 m3。

我們都知道，轉化反應是一個吸熱反應，需要燃燒天然氣給轉化反應提供熱量。傳統操作法放空升溫損失的熱能(排放21 295 m3天然氣)，相當于間接損失了480.13 m3的燃料天然氣；更換脫硫劑的平均頻率以2次/a計，則一年間接損失了480.13×2=960.26 m3的燃料天然氣。

3 優化傳統操作法

基于上述的分析與核算，我公司對傳統操作法進行了優化。2013年1月，我們采用了優化的操作法，取得了很好的成績，操作過程中原料氣幾乎達到了零放空。

3.1 優化后的操作簡述(以脫硫槽R-01002A待串入系統為例)

新更換脫硫劑的脫硫槽R-01002A已用N2或惰性氣體置換合格后，用R-01002B出來的一小部分原料天然氣對R-01002A進行加熱升溫。R-01002A的出口氣與R-01002B大部分的出口氣匯合后去后續生產系統。當R-01002A具備串入條件時，緩慢將其串至R-01002B后起“把關”作用。

3.2 優化后的操作圖解(以脫硫槽R-01002A待串入系統為例)

(1)N2置換合格后，R-01002B出來的一小部分原料天然氣對R-01002A進行加熱升溫。R-01002A的出口氣與R-01002B大部分的出口氣匯合后去后續生產系統，如圖3所示。

(2)當R-01002A具備串入條件時，緩慢將其串至R-01002B后起“把關”作用。如圖2所示。

圖3 優化后的R-01002A加熱升溫流程圖

3.3 新操作法與傳統操作法的對比

(1)環境方面，優化后的操作原料氣幾乎達到了零放空，則此過程向大氣排放CO2的年排放量由35 776 m3減為0。嚴格執行國家制定的減排標準。

(2)經濟方面，我公司天然氣(CH459%)單價按0.6元/m3計，則傳統加熱放空21 295 m3天然氣損失的價值為0.6×21 295=12 777元；而優化后的操作能充分利用脫硫槽加熱升溫尾氣生產甲醇，與傳統操作法相比一年可增產25.8 t甲醇，為公司創收約77 436元。

(3)能量方面，優化后的操作能充分回收利用脫硫槽加熱升溫尾氣的熱量，與傳統操作法相比一年可間接節省燃料天然氣960.26 m3。

4 結 語

節能降耗是企業的生存之本，樹立一種“點點滴滴降成本，分分秒秒增效益”的節能意識，要從實際生產中的點滴做起。保護環境，減少CO2等有害氣體的排放，是企業應盡的社會責任。通過優化傳統操作法，脫硫槽投用操作中原料氣幾乎達到了零排放，既能為企業贏得一定的經濟效益，又可減少CO2排放。有時即使是小小的優化或改革，也能帶來大的社會價值。

參考文獻：

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