塔河油田輕烴堿洗脫除有機硫工藝的成功應用

張力

中石化石油工程設計有限公司新疆分公司，新疆庫爾勒843000

塔河油田輕烴堿洗脫除有機硫工藝的成功應用

張力

中石化石油工程設計有限公司新疆分公司，新疆庫爾勒843000

2016年，塔河油田二號聯輕烴站所銷售的輕烴出現異味，經化驗分析發現輕烴總硫超出GB 9053－2013《穩定輕烴》中相關要求。分析認為，輕烴中含有的乙硫醇等有機硫導致了硫含量超標。根據已建混烴堿洗脫硫裝置能夠較好脫除有機硫的實際運行效果，確定將輕烴接入已建混烴堿洗脫硫裝置進行堿洗。改造方案一是對已建堿洗罐和水洗罐的進液管做局部改造，增設分布器;二是優化堿洗工藝流程，增設立式堿洗罐一座。改造項目實施后，輕烴經過堿洗工藝脫除了乙硫醇等有機硫，硫含量明顯降低，達到了標準要求。

輕烴;堿洗脫硫;硫含量超標;工藝優化

0 前言

塔河油田二號聯輕烴站于2005年建成投產，天然氣處理設計規模為15×104m3/d，伴生氣硫化氫含量335 mg/m3，干氣產量13.16×104m3/d、輕烴產量16.5 m3/d、液化氣產量49.7 m3/d。采用干法脫硫、原料氣增壓、分子篩脫水、膨脹機制冷工藝。

經過新建MDEA脫硫單元和硫黃回收單元，擴建增壓單元、制冷單元及分餾單元之后，目前二號聯輕烴站實際處理氣量22×104m3/d，伴生氣中硫化氫含量3.5× 104～5.2×104mg/m3。

2016年之前二號聯輕烴站輕烴均按照內部結算價格銷售給系統內部單位，2016年年初為增加銷售效益，將輕烴銷售全部推向市場化，后有用戶反映輕烴有異味。經取樣化驗分析，發現輕烴無雜色、有一定異味、硫含量超標。針對該問題，特開展輕烴脫硫工藝的相關研究。

輕烴的深加工及綜合利用是石油天然氣工業提高經濟效益的有效途徑［1］。由于輕烴中含有硫化氫、硫醚、硫醇、羰基硫等有害雜質，經直接分餾生產的車用液化氣、溶劑油等產品有難聞的臭味，且含硫指標不合格，為此需進行脫硫處理［2］。現有的脫硫技術主要有吸附脫硫［3］、氧化脫硫［4］、催化水解［5］、柴油堿洗－絡合萃取脫硫工藝［6］、堿洗脫硫［7］、催化裂化脫硫［8］。硫化氫、硫醇易造成設備腐蝕，但容易脫除［9］;但其它有機硫化物，如羰基硫和噻吩不能輕易脫除［10］。

1 混烴堿洗脫硫裝置簡介

2016年，二號聯合站新建原油負壓氣提脫硫裝置1套，用于脫除原油中的硫化氫，同時在穩定過程中回收混烴，回收的混烴去二號聯輕烴站液化氣塔生產液化氣和輕烴。為了脫除混烴中的硫化氫，二號聯輕烴站新建混烴堿洗脫硫裝置1套。混烴堿洗脫硫工藝流程見圖1。

圖1 混烴堿洗脫硫工藝流程

設計混烴進料硫化氫含量600 mg/kg，脫硫后硫化氫含量＜20 mg/kg。通過投產后堿洗脫硫裝置的運行情況來看，堿洗達到了預期效果，脫硫后硫化氫含量＜5 mg/kg。另外，堿洗工藝在脫除混烴中硫化氫的同時，也脫除了混烴中部分有機硫，堿洗前后混烴及輕烴產品硫含量對比見表1。

表1 堿洗前后混烴硫含量對比表

從表1可知，混烴通過堿洗工藝脫除有機硫效果較好，硫脫除率達到了86%以上，堿洗后混烴生產出的輕烴產品硫含量均小于0.1%，硫含量滿足GB 9053－2013《穩定輕烴》的指標要求。

2 脫硫工藝確定

查詢文獻可知，輕烴中的硫主要包括無機硫和有機硫，各自物性及脫除工藝見表2。

通過表2可以看出，乙硫醇的分子量和沸點與輕烴的主要成分戊烷非常接近，根據“相似相溶”原理，初步判斷輕烴中存在的有機硫主要為乙硫醇。

根據已建混烴堿洗脫硫裝置能夠較好脫除有機硫的實際運行效果，加上輕烴中存在的有機硫主要為乙硫醇的判斷，采用堿洗工藝來解決二號聯輕烴站輕烴硫含量超標的問題是可行的。

表2 物性及脫除工藝匯總表

3 優化改造方案

將二號聯輕烴站產品輕烴由輕烴后冷器出口接入已建的混烴堿洗流程，對已建堿洗罐、水洗罐進液管進行適當改造，進液管線增設分布器;同時將“一級堿洗+水洗”流程改為“兩級堿洗+水洗”流程，以確保輕烴硫含量合格。

3.1 增設分布器

二號聯輕烴站已建堿洗罐、水洗罐的進液管直接插入罐底部(距底部300 mm)，進液管的這種結構存在1個缺陷:由于輕烴密度約為650 kg/m3，堿液密度約為1 100 kg/m3，兩種介質密度相差很大，分層現象明顯，輕烴從進液管口流出后即同堿液快速分離而上升進入輕烴層，造成輕烴和堿液接觸時間短、接觸面積小、反應不充分。為增大加堿液與輕烴的接觸面積、加強混合強度、保證充分反應，對現有進液管進行改造，增設分布器。

分布器是一種液體分布裝置。其作用是使液體均勻分布，提高傳質效率，從而保證高效率操作。常用的分布器有:齒縫型液體分布器［11］、切向孔式液體分布器［12］、切向槽式液體分布器［12］、錐體式液體分布器［13］、螺旋溝槽式液體分布器［13］、帶有導液板的槽式分布器［14］、槽盤式液體分布器［15］、排管式液體分布器［16－18］等。

已建堿洗罐、水洗罐為直徑較小的臥式罐，選用排管式分布器較好，排管式分布器主要有直管式、U型式和H型式，考慮到H型式分布器的分布效果最好，本次選擇H型管式分布器［19］。常用分布器型式見圖2。

圖2 常用分布器型式

考慮多孔管的流量分配、阻力系數、以及動量－摩擦系數［20］，保證前后流量均勻、前后流速一致，分布器前半部分采用Φ 5孔，后半部分采用Φ 7孔，總孔數為56個(前后各28個)。

3.2 流程優化

有機硫的反應是長時間接觸的緩慢反應，為了提高有機硫脫除率，對現有的堿洗流程進行改造，增加1座二級堿洗罐，可以有效增加堿液和輕烴的接觸時間。將已建的堿洗罐作為一級堿洗罐使用，與其配套使用1臺堿洗提升泵;新增1座立式二級堿洗罐，將2臺堿液提升泵中的另外一臺作為配套的二級堿液提升泵使用。增設二級堿洗罐后工藝流程見圖3。

圖3 增設二級堿洗罐后工藝流程圖

增設二級堿洗罐后流程描述:

混烴與堿液經靜態混合器混合后進入一級堿洗罐，一級堿洗后的混烴進入新增的立式二級堿洗罐進行二級堿洗，二級堿洗后的混烴進入水洗罐進行水洗，水洗后的混烴再進入分水緩沖罐，分水后的混烴由混烴提升泵打入液化氣塔。

一級堿洗罐堿洗后的堿液進入一級堿液緩沖罐，再由一級堿液提升泵打入靜態混合器與混烴混合，完成第一個循環。二級堿洗罐堿洗后的堿液進入二級堿液緩沖罐，再由二級堿液提升泵打入二級堿洗罐，完成第二個循環。

4 優化改造效果

二號聯輕烴站輕烴接入堿洗流程之前的硫含量化驗結果見表3。

通過表3可知，輕烴硫含量指標檢測合格率僅為60%，遠達不到正常生產要求。

GB 11174－2011《液化石油氣》中規定總硫含量要求不大于343 mg/m3，二號聯輕烴站液化氣密度為0.55 kg/m3，相當于總硫含量不大于0.062 3%，而二號聯輕烴站液化氣實際化驗的總硫含量在0.032%左右，可以滿足標準要求。

二號聯輕烴站輕烴接入堿洗流程的優化改造實施后，混烴及輕烴混合物堿洗前后及輕烴產品硫含量對比見表4。

從表4可知，輕烴接入混烴堿洗流程后，輕烴和混烴通過堿洗工藝脫除有機硫效果達到了預期，脫硫前后總硫含量明顯降低，堿洗后硫含量可以滿足GB 9053－2013《穩定輕烴》的指標要求。

表3 輕烴化驗結果表

表4 混烴及輕烴混合物堿洗前后硫含量對比表

5 結論

1)堿洗工藝脫除混烴中的硫化氫，也能脫除輕烴中的乙硫醇等有機硫，保證總硫含量滿足標準要求。

2)堿洗罐和水洗罐進液管上設置合理的分布器對提高脫硫效果作用明顯。

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10.3969/j．issn．1006－5539.2016.06.008

2016－07－22

張力(1980－)，男(土家族)，新疆庫爾勒人，工程師，學士，主要從事油氣集輸及儲運的設計工作。