硫磺回收聯(lián)合裝置精餾分離單元塔內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)

陳禮明 郝東來(lái)

(1.北京石大圣銘科技有限公司，北京 102200；2.中國(guó)石油獨(dú)山子石化煉油廠，新疆 克拉瑪依 833600)

0 引言

中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司煉油廠新建5萬(wàn)噸/年硫磺回收聯(lián)合裝置應(yīng)用山東三維石化工程有限公司的硫磺工藝包，其中精餾分離單元的塔內(nèi)件應(yīng)用北京石大圣銘科技有限公司設(shè)計(jì)的高效浮閥塔板和高效規(guī)整填料。硫磺回收聯(lián)合裝置一般包括三個(gè)單元：硫磺回收單元、酸性水汽提單元、溶劑再生單元，而每個(gè)單元均有精餾分離單元。

1 硫磺回收單元工藝流程簡(jiǎn)述

硫磺回收單元包括：硫回收、尾氣處理、尾氣焚燒處理排空三個(gè)部分組成，而其中硫回收和尾氣焚燒處理排空部分為一系列反應(yīng)的過(guò)程，未涉及到精餾分離單元，尾氣處理部分有兩個(gè)精餾塔，尾氣吸收塔、尾氣急冷塔。

尾氣處理部分工藝流程描述：尾氣自捕集器頂部出來(lái)，進(jìn)入加熱，混合氫氣后進(jìn)入加氫反應(yīng)器，在加氫反應(yīng)的催化劑的作用下進(jìn)行加氫、水解反應(yīng)，使尾氣中的二氧化硫、炭基硫、二硫化碳還原，最終水解為硫化氫；反應(yīng)后的加氫高溫尾氣經(jīng)降溫后進(jìn)入尾氣急冷塔下部與急冷水進(jìn)行逆流接觸，經(jīng)過(guò)一段高效規(guī)整填料后，將水冷卻至50℃；尾氣急冷塔的冷卻水經(jīng)過(guò)一系列的冷卻器后冷卻至急冷塔的急冷水溫度約40℃，循環(huán)使用。急冷降溫后的尾氣自急冷塔塔頂出來(lái)進(jìn)入尾氣吸收塔，而尾氣吸收塔的吸收效果直接影響著高空排放煙氣的二氧化硫的排放指標(biāo)。自溶劑再生單元來(lái)的MDEA貧胺液進(jìn)入尾氣吸收塔的上部，與尾氣急冷塔來(lái)的尾氣進(jìn)行逆流接觸，經(jīng)過(guò)兩段高效規(guī)整填料后，尾氣中的硫化氫和二氧化碳被吸收[1]。吸收了硫化氫和二氧化碳的富液，經(jīng)富液泵送至溶劑再生單元進(jìn)行再生。自吸收塔塔頂出來(lái)的尾氣進(jìn)入尾氣焚燒處理排空單元。

2 溶劑再生單元工藝流程簡(jiǎn)述

溶劑再生單元采用常規(guī)蒸汽汽提再生工藝。目前國(guó)內(nèi)采用復(fù)配溶劑，主要脫硫溶劑有單乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺等溶劑，本項(xiàng)目采用N-甲基二乙醇胺，此溶劑對(duì)硫化氫有高選擇性、溶劑損失量小、堿性小、對(duì)設(shè)備腐蝕較小。

自煉油廠硫磺裝置及其他裝置配套脫硫裝置的富液經(jīng)過(guò)換熱器換熱到90℃，從第3層塔板進(jìn)入塔內(nèi)，富液進(jìn)入塔內(nèi)后進(jìn)行氣液交換，交換后塔頂物流，經(jīng)回流罐冷凝后一股酸性氣回到硫磺裝置，一部分回流到塔內(nèi)；塔底凈化后的貧液，經(jīng)過(guò)各路管網(wǎng)到各個(gè)裝置，作為脫硫劑。

3 酸性水汽提單元工藝流程簡(jiǎn)述

酸性水工藝汽提主要有單塔加壓側(cè)線抽出汽提、單塔低壓全吹出汽提、雙塔加壓汽提及雙塔高低壓汽提四種工藝流程。

由于酸性水中硫化氫和氨含量不高，此次采用單塔低壓全吹出汽提工藝：在低壓或常壓狀態(tài)下單塔處理酸性水，硫化氫和氨同時(shí)被汽提，酸性水為硫化氫和氨的混合氣，原料酸性水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，經(jīng)換熱器換熱到73℃，從第10層塔板進(jìn)入塔內(nèi)，塔底用1.0MPa的蒸汽汽提，經(jīng)過(guò)塔內(nèi)高效浮閥塔板后，酸性水中的硫化氫、氨同時(shí)被汽提，自塔頂冷凝、分液后，酸性氣送至硫磺回收部分回收硫磺，塔底即得到合格的凈化水。

4 精餾分離單元塔內(nèi)件布置情況

4.1 高效FBS規(guī)整填料介紹

填料塔內(nèi)的壁流、溝流及返混等流體流動(dòng)非理想現(xiàn)象是化學(xué)工作者公認(rèn)的事實(shí)，其中壁流現(xiàn)象是嚴(yán)重?fù)p害傳質(zhì)與分離效率的因素。

FBS防壁流規(guī)整填料有以下特點(diǎn)：(1)表面采用網(wǎng)孔正弦波紋結(jié)構(gòu)，端部采用防壁流結(jié)構(gòu)；(2)填料表面有無(wú)數(shù)網(wǎng)孔，填料兩邊液體可以互相滲透，使填料表面充分潤(rùn)濕；促進(jìn)流體湍動(dòng)，強(qiáng)化潤(rùn)濕，顯著加快完成傳質(zhì)過(guò)程；(3)正弦波紋結(jié)構(gòu)使填料內(nèi)部的氣液兩相表面更新加快，有利于提高傳質(zhì)效率；(4)防壁流結(jié)構(gòu)幾乎消除了壁流現(xiàn)象，分離效率提高10%～30%；(5)抗波動(dòng)性能大幅度提高，填料具有良好的再分布性能；(6)理論板數(shù)高、分離性能好。HETP=0.127～0.625m；通量大、壓降低，壓降：0.05～0.7mmHg/m填料；泛點(diǎn)容量因子：0.2；F因子：5.0；(7)對(duì)于中、小直徑塔，設(shè)置流體再分布器的最大床層高度可提高50%～100%。

4.2 高效Super V塔板介紹

Super V浮閥U型帶翼結(jié)構(gòu)，閥體側(cè)翼開(kāi)孔或開(kāi)縫，能提高塔板氣液接觸的均勻性，防止塔板面結(jié)垢和結(jié)焦，流行性結(jié)構(gòu)保證了氣相通過(guò)浮閥時(shí)的垂直損失，保證低壓降。

4.3 尾氣急冷塔塔內(nèi)構(gòu)件情況

尾氣急冷塔塔內(nèi)主要布置1段2500mm高度高效規(guī)整填料，基于急冷塔塔內(nèi)氣液相負(fù)荷的特點(diǎn)，我們采用兩種型號(hào)填料組合布置，2000mm段規(guī)整填料型號(hào)為FBS-5.0S，下面500mm段設(shè)計(jì)規(guī)整填料型號(hào)為FBS-2.5S，即保證了通量，又保證了氣液相的接觸面積，此規(guī)整填料表面為S型流行性結(jié)構(gòu)，通量大、壓降低等特性。塔的頂部布置絲網(wǎng)除沫器，解決尾氣中帶液情況；由于塔內(nèi)液相噴淋密度較大，塔內(nèi)分布器采用槽盤(pán)式液體分布器；氣體進(jìn)料以上設(shè)置大孔徑穿流型篩孔塔板，為了保證氣相分布更均勻。

4.4 尾氣吸收塔塔內(nèi)構(gòu)件情況

尾氣吸收塔塔內(nèi)主要布置2段各4000mm高度高效規(guī)整填料，規(guī)整填料型號(hào)為FBS-5.0S，此規(guī)整填料表面為S型流行性結(jié)構(gòu)，通量大、壓降低等特性。塔的頂部布置絲網(wǎng)除沫器，解決尾氣中帶液情況；塔內(nèi)第1段填料上方設(shè)置集油箱，以便于收集尾氣中的被絲網(wǎng)除沫器捕集的液滴；塔內(nèi)分布器采用無(wú)泄漏式的槽式液體分布器；氣體進(jìn)料以上設(shè)置大孔徑穿流型篩孔塔板，為了保證氣相分布更均勻。

4.5 酸性水汽提塔塔內(nèi)構(gòu)件情況

酸性水汽提塔塔內(nèi)介質(zhì)特性為較低發(fā)泡性質(zhì)，塔板有時(shí)候容易結(jié)垢，塔內(nèi)構(gòu)件采用高效Super V浮閥塔板，塔徑2400mm，塔內(nèi)布置35層浮閥塔板，其中進(jìn)料以上1-9#塔盤(pán)板采用單溢流浮閥塔板，進(jìn)料以下10-35#采用雙溢流浮閥塔板；Super V浮閥U型帶翼結(jié)構(gòu)，閥體側(cè)翼開(kāi)孔或開(kāi)縫，能提高塔板氣液接觸的均勻性，防止塔板面結(jié)垢和結(jié)焦，流行性結(jié)構(gòu)保證了氣相通過(guò)浮閥時(shí)的垂直損失，保證低壓降；塔頂部回流位置布置回流分布管，采用T字管，使得液相更均勻的分布于受液盤(pán)；進(jìn)料位置采用H型管，為了減小分布管占用塔截面積，采用變徑管；塔下段設(shè)置集油箱，型式采用升氣管式，此類型集油箱安裝方便，壓降低。

4.6 溶劑再生塔塔內(nèi)構(gòu)件情況

溶劑再生塔塔內(nèi)介質(zhì)極易發(fā)泡性質(zhì)，塔內(nèi)構(gòu)件采用高效Super V浮閥塔板，塔徑3400mm,塔內(nèi)布置25層浮閥塔板，其中進(jìn)料以上1-2#塔盤(pán)板采用單溢流浮閥塔板，進(jìn)料以下3-25#采用雙溢流浮閥塔板；Super V浮閥U型帶翼結(jié)構(gòu)，閥體側(cè)翼開(kāi)孔或開(kāi)縫，能提高塔板氣液接觸的均勻性，防止塔板面結(jié)垢和結(jié)焦，流行性結(jié)構(gòu)保證了氣相通過(guò)浮閥時(shí)的垂直損失，保證低壓降；塔頂部回流位置為了防止液體回流后對(duì)塔板有所影響，增加回流擋板，而且回流管彎頭進(jìn)塔，有效進(jìn)入到受液盤(pán)；進(jìn)料位置進(jìn)料管位置的塔板為兩側(cè)溢流塔板，為了使液體分布更均勻的進(jìn)入到中間受液盤(pán)各個(gè)點(diǎn)，進(jìn)料分布管設(shè)計(jì)成T字管，在分布管底部開(kāi)側(cè)縫，側(cè)縫面積大于分布管管口面積，即減小壓降，又分布均勻；塔下段設(shè)置集油箱，型式采用升氣管式，此類型集油箱安裝方便，壓降低。

5 各塔生產(chǎn)情況

中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司煉油廠5萬(wàn)噸/年硫磺回收聯(lián)合裝置于2019年10月一次開(kāi)車成功，自開(kāi)車以來(lái)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)與設(shè)計(jì)值參數(shù)比較，由于尾氣吸收塔與尾氣急冷塔操作相對(duì)于酸性水汽提與溶劑再生塔操作比較簡(jiǎn)單，就不與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，采納酸性水汽提和溶劑再生單元的參數(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 采納酸性水汽提和溶劑再生單元的參數(shù)對(duì)比表

根據(jù)設(shè)計(jì)值和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比情況分析，目前現(xiàn)場(chǎng)操作工況均已達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)荷，現(xiàn)場(chǎng)所需蒸汽流量、產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，表明應(yīng)用Super V浮閥塔板的效率高于一般的塔板，塔內(nèi)布置合理。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)尾氣急冷塔應(yīng)用高效FBS規(guī)整填料設(shè)計(jì)塔內(nèi)構(gòu)件優(yōu)于以往設(shè)計(jì)，壓降低，通量大的填料有利于急冷水與高溫尾氣的充分接觸，從而達(dá)到冷卻的最終目的。

(2)尾氣吸收塔應(yīng)用高效FBS規(guī)整填料設(shè)計(jì)塔內(nèi)構(gòu)件優(yōu)于以往設(shè)計(jì)，以往設(shè)計(jì)為15層浮閥塔板，填料塔壓降優(yōu)于板式塔，充分發(fā)揮規(guī)整填料的高通量、高效率的特性。

(3)酸性水汽提塔應(yīng)用Super V高效浮閥塔板設(shè)計(jì)，解決了以往酸性水汽提塔塔板結(jié)鹽問(wèn)題，Super V本身的結(jié)構(gòu)有著自清洗能力，抗堵。

(4)溶劑再生塔應(yīng)用Super V高效浮閥塔板設(shè)計(jì)，解決了以往溶劑再生塔易發(fā)泡后操作困難難題，Super V本身的結(jié)構(gòu)有著自清洗能力，抗堵，抗發(fā)泡能力。