循環氫脫硫塔氣體帶液原因模擬分析及工藝優化

呂猛

摘 要：本文通過HYSIS軟件模擬計算塔盤水力學性能和工藝優化兩方面對循環氫脫硫塔脫后氣體帶液的原因進行分析。通過工藝優化成功消除循環氫脫硫塔脫后氣體嚴重帶液的現象，并提出了循環氫脫硫塔操作條件的參照標準。

關鍵詞：循環氫脫硫塔帶液發泡塔板模擬計算工藝優化

1 前言

為滿足產品質量升級要求，生產低硫汽、柴油產品不僅需要選擇可以具備深度脫硫的催化劑，而且在工藝流程設計上還需要配套循環氫脫硫設施，一般采用醇胺法脫硫工藝。原建的加氫裝置進行技術改造，陸續增上循環氫脫硫設施。這對于生產超低硫柴油，同時在汽油加氫裝置中深度加氫脫硫、脫硫醇，烯烴加氫飽和以及減少辛烷值損失相當重要。

2 循環氫脫硫技術東方石化應用存在的問題分析

中海油東方石化有限責任公司（以下簡稱東方石化）50Mt/a催化汽油加氫脫硫裝置運行中，循環氫脫硫塔存在帶油嚴重、液位顯示異常等現象。下面針對以上問題進行探討分析。

2.1 塔板計算分析

采用AminePkg-KE方法模擬塔板水力學性能，平衡級數取8級，分別取發泡系數0.5（發泡）、1.0（不發泡），塔板模擬計算結果見表2-1。

按閥孔面積0.247m2計算，閥孔氣速最大為3.23m/s，閥孔動能因子為7.92m/s·（kg/m3）1/2，低于設計閥孔動能因子9.50m/s·（kg/m3）1/2，但比一般工程設計要求的9～12m/s·（kg/m3）1/2偏小[1]，數據相差不大，因此汽液相負荷設計沒有問題。

逐板壓降模擬計算結果表明，濕板壓降0.33kPa，低于設計壓降0.45kPa，說明原設計的濕板壓降是準確的。

降液管持液高度模擬結果表明，降液管持液高度模擬值63.57mm，原設計值75.56mm，相差15.9%，依據液泛判斷公式[1]：

Hd/φ≤Hr+hw

按Hr=600mm，hw=50mm，不發泡時φ取0.5，發泡時φ取0.35，計算降液管允許持液高度分別為325mm和227.5mm，即50%和35%。按此標準，不發泡時相對泡沫密度φ只有35.44%，遠遠小于50%的液泛上限;但發泡時達到液泛上限以上，將發生液泛。

降液管停留時間36.0s，比設計值28.7s偏高。由降液管流速為0.08m/s，低于降液管口液泛0.10m/s的限制值，故不會發生降液管口液泛。

逐板霧沫夾帶模擬計算結果表明，霧沫夾帶率0.46%，明顯低于10%，最大液流強度為9.98m3/（m·h），符合一般8～90m3/（m·h）的設計要求，不會發生霧沫夾帶。

以上述模擬結果表明塔板設計不會造成嚴重的液泛，塔的設計完全滿足工藝要求。

2.2 工藝優化分析

循環氫脫硫塔玻璃板液位出現異常，玻璃板帶油，液位分層，上下兩塊玻璃板間液位存在“氣柱”，玻璃板液位上漂浮少量黑色，圖2-1是循環氫脫硫塔上下兩塊玻璃板液位異常情況的示意圖。為解決循環氫脫硫塔液位異常、脫后氣體帶液進行工藝優化。

圖2-1? ?循環氫脫硫塔液位異常示意圖

△h5=△h2+△h3+△h4-△h。當貧胺液溫度提高至45℃時，循環氫脫硫塔真實液位控制高度△h1基本滿足公式：△h1=△h5，說明玻璃板液位顯示正常。當貧胺液溫度低于44℃時，玻璃板液位計出現油和胺液分層現象，胺液呈乳白色，上下玻璃板均有液位，下層玻璃板液位存在“氣柱”異常現象，“違背”連通器原理。

當貧胺液溫度41℃時，塔內的輕烴沒有有效蒸發，造成胺液發泡，泡沫越積越多，出現了“沖塔”和脫后循環氫氣體帶液嚴重的現象。

隨著貧胺液溫度提高，玻璃板油位顯著下降。當貧胺液溫度高于43℃時，胺液發泡程度有效減緩，脫后氣體帶液正常，這是因為隨著貧液溫度提高，塔內的輕烴容易蒸發，胺液發泡降低，同時泡沫的表面張力隨胺液溫度提高而降低，泡沫容易破碎，泡沫被有效消除。

當胺液操作溫度45℃時，帶油基本消失，玻璃板間液氣柱現象完全消除，這主要是由于脫前循環氫攜帶輕烴帶入塔內的輕烴被閃蒸，沒有聚集在塔內。

以上工藝優化結果表明，為了防止脫后循環氫氣體帶液，貧胺液入塔操作溫度應不以高于脫前循環氫溫度5～7℃的經驗值作為參照，而是應以保證胺液吸收效果和能夠有效減少循環氫攜帶的C3、C4、C5+組分在脫硫塔內累積兩個方面作為參照。

3 結論

①循環氫脫硫塔胺液不發泡時，運行平穩，塔板計算結果表明沒有存在霧沫夾帶，降液管沒有存在液泛，塔板設計滿足工藝要求，無需塔盤技術改造;②循環氫脫硫塔工藝優化結果表明，提高貧胺液入塔溫度可以有效消除脫后循環氫氣體帶液嚴重的現象，不僅有利于提高胺液吸收效果，而且可以明顯減少輕烴組分在塔內累積，減輕胺液在塔內發泡;③為了防止脫后循環氫氣體帶液，貧胺液入塔溫度控制以保證有效胺液洗滌循環氫吸收H2S的效果，同時能夠有效減少循環氫脫硫塔內的C3、C4、C5+組分累積作為為參照。

參考文獻：

[1]侯麗新.板式精餾塔[M].北京：化學工業出版社，2001：50-70.