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研究柴油机加氢装置中循环氢脱硫技术的优化

2020-10-22 186 上传者：管理员

摘要：循环氢脱硫是柴油加氢装置工艺流程的重点环节，有利于柴油品质的提升，进而达到优化柴油机运行质量、减少运行污染的目的。本文总结循环氢脱硫装置运行中存在的问题，研究柴油机加氢装置中循环氢脱硫技术改造方案，并对技术改造效果进行评估，发现经技术改造后，柴油加氢过程的工艺参数、生产能耗、产品品质均得到明显优化。

关键词：
循环氢脱硫技术
技术改造
柴油加氢装置
燃料化工
生产能耗
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目前应用范围最广的柴油脱硫生产工艺为，在柴油加氢装置中添加循环氢脱硫塔，以甲基二乙醇胺作为吸附剂促进硫化氢吸收，确保生产柴油产品中硫化氢含量达到柴油品质指标的要求。但在循环氢脱硫塔实际运行过程中，因复杂因素的影响还存在系统运行压力失稳、贫胺液进塔温度过低、生产损耗水平高的问题，需要对循环氢脱硫技术做进一步优化。若能将柴油加氢装置改造，既可以压减柴油，又能增加航煤，具有较高的市场适应性[1]。

1、柴油加氢装置中循环氢脱硫技术存在的问题

1.1系统运行压力失稳

循环氢脱硫塔运行过程中，若运行压力出现较大幅度的波动，会带动循环氢压缩机转速变动，导致压缩机性能曲线进入喘振区触发防喘振阀门。若防喘振阀门开启程度达到一半以上，系统内会有大量循环氢进入段循环反应，导致能耗上升。

另外，循环氢脱硫塔内部压力变化也会影响柴油加氢工艺的稳定性。例如当塔内压力过高时，塔顶循环氢的产出量将明显降低，净化气产量也随之下降；若塔内压力过低，则会影响净化效果，进而因柴油产品中硫化氢含量超标导致其无法达到市场标准要求。

1.2贫胺液进塔温度过低

循环氢脱硫工艺需在低温状态下进行，以保证脱硫效果，主要是由于当贫胺液温度较低时，甲基二乙醇胺的碱性达到峰值，提高脱硫反应程度，加快气体吸收。若贫胺液进塔温度过低，其与循环氢反应时，会夹带更大量的循环氢重组分。循环氢大量累积，会引发胺液发泡的现象，进而影响到脱硫效果。

2、柴油加氢装置中循环氢脱硫技术改造方案

总结以上问题分析结果，认为柴油机加强装置中循环氢脱硫技术改造应确保在提高柴油产品品质的同时降低系统运行能耗，设计如下循环氢脱硫技术改造方案：

2.1改造目标

柴油机加氢装置正常运行过程中，系统内循环氢中的硫化氢含量过高，会对加氢脱硫反应产生明显的抑制效果。以往工作中，多选用升温的方式来解决这一问题，但升温又会引发催化剂使用寿命缩短的问题，导致催化剂脱硫活性降低。也就是说，升温措施并不能发挥显著的提高脱硫效果的作用。因此决定对原装置体系内的循环氢脱硫系统进行改造，在提高脱硫效果的同时，降低反应温度及系统能耗，确保柴油产品品质达标。

2.2改造方案

首先，在循环氢脱硫塔入口位置添加入口分液罐，清除循环氢中大多数的凝液，以降低进入脱硫塔的烃物质总量，避免下游溶剂再生装置承担过大的负荷。为有效解决循环氢脱硫过程的雾沫夹带的问题，在脱硫塔塔顶安装除沫装置，避免富液随循环氢进入压缩机而导致压缩机受过度损伤。

其次，安装贫胺液缓冲罐，收集来自管网的贫胺液，控制液位在60%左右。缓冲罐安装低液位连锁停泵装置，在液位达到限值后及时做停泵处理。

再次，安装富液闪蒸罐，将夹带硫化氢的富液通入闪蒸罐做闪蒸处理，然后再进入下游溶剂再生装置。导致胺液发泡的因素较复杂，除夹带硫化氢外，胺液中含有过多的细微悬浮颗粒物，如铁锈、催化剂等，含有烃类物质及其他无机化合物，以及汽液接触速度过高均可能导致溶液气泡失稳，引发富液发泡问题。因此在安装富液闪蒸罐的同时，对原有的富液过滤器做优化处理：拆解富液过滤器，清除其中囤积的固体杂质，并对过滤器做彻底清洁，根据杂质囤积情况，清洁2～3遍，若过滤器滤芯老化严重、已无法达到循环氢脱硫工艺的要求，可选择将其更换。滤芯充分清洁后重新添加乙醇胺溶液及消泡剂，并在柴油加氢装置后期运行中，定期检查富液过滤器运行状态，及时清理、更换滤芯[2]。

最后，在柴油加氢装置循环氢脱硫系统内添加DCS控制系统，对循环氢脱硫系统的运行状态做实时监控。生产现场安装各类传感设备，采集循环氢脱硫工艺实时运行参数，检测到异常信号后，及时开展检查、调控工作。例如，当DCS系统监测到的贫胺液与循环氢温度差偏离标准范围后，自动给出报警提示，提醒相关人员查看电气仪表是否存在问题，同时调高贫胺液加热器热源阀门开度，对贫胺液做加热处理，以提高其进塔温度，确保甲基二乙醇的吸收效果达到最大。一般情况下，将贫胺液进塔温度与循环氢温度的差值上限设置为6℃。同时，DCS系统监控循环氢进塔流量信息，达到限定值后自动进行流量调整，以输出稳定的气体流速，削弱雾沫夹带程度，提高柴油加氢装置运行效率，降低生产能耗。

3、柴油加氢装置中循环氢脱硫改造效果评估

为验证柴油加氢装置循环氢脱硫技术改造效果，选取具体的柴油加氢装置作为案例，对比分析改造前后工艺流程输出柴油产品品质、原材料消耗、运行能耗等方面的差异。

3.1案例背景

某企业柴油加氢装置规格为0.6Mt/a，其由新氢压缩机、循环氢压缩机、分馏装置等模块构成。企业为应对不断激烈的市场竞争，决定对该柴油加氢装置的循环氢脱硫技术进行改造，以满足精炼柴油的生产需求。

3.2效果分析

该企业在采用上述技术改造方案对柴油加氢装置做系统升级后，采集改造后6个月内的柴油加氢工艺数据，对比改造节点前6个月的工艺数据，分析该改造方案的执行效果，以国五标准车用柴油产品为研究对象。

3.2.1工艺参数变化

循环氢脱硫技术改造前后，柴油加氢装置工艺参数得到一定程度的优化，系统温升、反应器入口温度及平均反应温度方面，在改造后均发生不同程度上的下降，且系统脱硫率从99.54%提升至99.89%。

3.2.2硫化氢体积分数变化

结合前文分析，降低循环氢中硫化氢的体积分数是本柴油加氢装置循环氢脱硫技术改造的重点。改造后循环氢中硫化氢的体积分数降低幅度明显，从0.25%降低至0.001%，充分达到0.03%的设计要求，说明该改造方案能够有效提高寻循环氢脱硫效果[3]。

3.2.3系统能耗变化

柴油加氢装置循环氢脱硫系统运行过程中，主要物质能耗来自氢气及中压蒸汽。改造前，生产国五标准车用柴油产品时柴油加氢装置循环氢脱硫系统的平均氢气消耗量为118.5m3/t，平均中压蒸汽消耗量为9.96t/h，改造后，平均氢气消耗量降低为110.2m3/t，平均中压蒸汽消耗量降低为9.14t·h-1，物质能耗节约效果明显。

从前文表1中工艺参数的变化可以看出，改造后的循环氢脱硫系统在温升、反应器入口温度及平均反应温度方面均有所下降，即反应过程对传统能源的消耗量降低，说明改造方案发挥出明显的节能效果。同时，改造后系统脱硫率略低于改造前，但温度变化幅度更低，可帮助延长催化剂使用寿命，间接降低循环氢脱硫系统运行成本。

4、结束语

柴油加氢装置循环氢脱硫技术改造需重点解决系统运行能耗高、循环氢中混有过量的硫化氢、柴油产品品质不达标的问题。在原有系统内添加分液罐、贫胺液缓冲罐及富液闪蒸罐，同时做好系统运行状态监控及部件检修养护工作，经实验验证，改造后系统工艺参数、硫化氢含量、生产能耗及产品品质均得到明显优化，方案具备较高的可行性。

参考文献:

[1]梁栋栋.柴油加氢装置改造工艺设计探讨[J].石化技术,2017,24(9):1-4.

[2]梁宪伟.循环氢脱硫塔脱后带液原因模拟分析及技术改造[J].石油炼制与化工,2010(7):55-59.

[3]王建军.柴油加氢装置循环氢纯度下降原因分析及对策[J].炼油技术与工程,2019(8):14-17.

张辉.试论柴油加氢装置中循环氢脱硫技术改造[J].石化技术,2020,27(10):50-51.

基金:辽宁石化职业技术学院2019年度学院课题《加氢装置改造方案设计研究》(编号LSHJ1909)成果.