膜喷射无返混塔板在石油炼化胺液再生塔中的应用①

马 弘 杜淑慧 赵顺雯

天津市创举科技有限公司



膜喷射无返混塔板在石油炼化胺液再生塔中的应用①

石油炼化胺法脱硫和胺液再生工艺中采用的醇胺溶液在循环使用过程中普遍存在易发泡拦液的现象，严重影响了脱硫产品性质和下游硫磺回收装置的操作。介绍了中石化齐鲁石化炼油厂胺液再生塔改造前的情况及存在的问题。针对存在的问题，将原浮阀塔板全部更换为膜喷射无返混塔板，改造后最大处理能力由210 t/h提高到240 t/h，各项指标良好，未出现拦液等现象。装置目前运行平稳。

胺液再生 膜喷射无返混塔板 MDEA 拦液

气体在脱硫过程中通常采用醇胺类物质吸收H2S气体。常用的有一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)。吸收H2S后的胺液为富胺液，加热再生(即脱除H2S)后的胺液为贫胺液。

再生塔属于加热汽提塔，胺液在蒸汽加热的情况下蒸发反应分解，酸性气体从胺液中分解出来，达到再生的目的。胺液为有机胺溶液，属于易发泡物系，随着设备运行时间的增长，有机胺溶液中的杂质含量逐渐累积，改变了溶液的表面张力、弹性和黏度等，再加上环境温度变化的影响，使得胺液再生塔内不定期出现严重发泡、拦液、雾沫夹带等不正常现象[1-4]。

拦液又称为带液或液泛，在气液接触过程中产生大量的气泡，这些气泡的稳定存在使得气液混合物体积成倍增加，液体流动严重受阻，导致塔板和降液系统液体大量累积，塔压降大幅提高，雾沫夹带严重[5]。

1 改造前项目概况

1.1 胺液再生塔存在问题

中石化齐鲁石化炼油厂连续催化重整工段胺液再生塔C-604，原设计供加氢裂化高压脱硫塔、低分气脱硫塔、干气脱硫塔和液化气脱硫塔共4座塔的胺液再生，原处理量为170 t/h。2010年，开始供三加氢高压脱硫塔和干气脱硫塔胺液再生，胺液总循环量增加到200～220 t/h，塔顶酸性气量由2 000 m3/h增加到4 800 m3/h。

当胺液循环量在210 t/h时，胺液再生塔C-604出现拦液及带液的现象，表现为塔顶、塔底压差在操作中时常突然上升，气体无法通过，塔顶压力下降，塔底压力上升，同时液体被托住，无法落到塔底，进而造成气体积聚，压力进一步升高，液体无法下落，气体无法上升，此时塔底液位急剧下降，压力急剧上升，顶部却没有气体流过，积聚到临界点(塔底压力和塔顶压力差最高达到72 kPa)，气体冲破液柱，将大量液体带入回流罐，回流罐液位瞬间充满，而塔中此时上下已经畅通，塔盘上液体下落，塔底液位也迅速充满。

胺液再生塔C-604出现的拦液及带液现象，使得塔板效率及整塔效率均大幅降低，导致一系列问题：①富胺液再生效果变差，再生后的贫胺液不达标，进而直接影响脱硫效果及脱硫产品指标；②胺液被夹带到气体中，进入后续工段，既加大了胺液的损耗，又影响了后部硫磺回收装置的操作[6]；③塔底再沸器蒸汽消耗加大，能耗增加；④处理能力及生产能力受限。

1.2 胺液再生塔及原浮阀塔板规格参数

胺液再生塔(C-604)设备规格：Φ2 800 mm×37 500 mm，共有29层浮阀塔板，溢流形式是双溢流。

塔内件参数(25层为进料板，从下往上编号)见表1，详细参数见表2。表1、表2中的A、B、C、D、E、F代表因堰长、开孔率、板间距、双溢流两侧或中间降液不同的塔板类型。

表1 塔内件参数表Table1 Parameterslistofcolumninternals塔盘编号开孔率/%塔盘类型编号27#、29#6．6A28#6．6B1～25单号9．73C2～24双号9．73D9#、17#9．73E26#6．6F

2 胺液再生塔改造方案及结果

2.1 改造方案

采用专业化工流程模拟软件建立数学模型，模拟胺液再生工艺，具体参数如下：富胺液总进料量为210 t/h，其中MDEA：35%(w)，H2S：3.5%(w)，H2O：61.5%(w)，塔顶操作压力为0.07～0.085 MPa，进料温度为95 ℃。在模拟结果的基础上，采用专业浮阀塔板水力学计算软件对胺液再生塔(C-604)提馏段的原浮阀塔板进行水力学计算校验，以便分析产生拦液等问题的原因。原浮阀塔板水力学结果见表3。

从表3中可以看出，在进料为210 t/h时，提馏段1～25层浮阀塔板在100%负荷下的喷射液泛率为80%，降液管出口速度为0.343 m/s；在110%负荷下的喷射液泛率为88%，降液管出口速度为0.377 m/s。表明塔和降液管特别容易液泛，与实际运行结果一致。

表2 塔内件详细参数表Table2 Detailparameterslistofcolumninternals项目塔盘类型编号ABCDEF板间距/mm600600600600800800降液管总面积百分比/%111120202020降液管总面积/mm26773006773001231500123150012315001231500降液管宽度/mm289240438438438438溢流堰高度/mm535343434353降液管到底层塔盘间距/mm505050505050开孔率/%6．66．69．739．739．736．6浮阀个数/个430430500500500430

表3 原浮阀塔板水力学结果Table3 Hydraulicsresultsoforiginalvalvetray塔板负荷/%10060110气相质量流量/(kg·h-1)264831589029131气相密度/(kg·m-3)1．0611．0611．061气相体积流量/(m3·s-1)6．934．167．63气相黏度/(mPa·s)0．01330．01330．0133液相质量流量/(kg·h-1)229324137594252256液相密度/(kg·m-3)960．57960．57960．57液相体积流量/(m3·h-1)238．74143．24262．61表面张力/(mN·m-1)45．6245．6245．62液相黏度/(mPa·s)0．2860．2860．286塔径/mm280028002800板间距/mm600600600两侧堰长/mm203420342034中间堰长/mm276527652765喷射液泛率/%804888降液管液泛率/%422546降液管出口速度/(m·s-1)0．3430．2060．377降液管清液层高度/(mm)146．2120．3152．4干板压降/Pa206196209每层塔板总压降/Pa703631715溢流强度/(m3·(h·m)-1)58．735．264．5

而原有浮阀塔盘的开孔率已达上限(开孔率为16.22%)(开孔率=开孔面积/塔板有效开孔区域面积，即塔截面积减去降液管和受液盘的面积)，如果继续增加浮阀个数，会导致阀孔间距很小，加剧阀与阀之间的气液对喷，雾沫夹带明显增加，塔盘效率急剧下降，塔盘更容易液泛。故通过增加塔盘开孔个数降低塔盘液泛率的方法是不可行的。

为解决上述问题，将其改造为板孔动能因子更大、抗发泡、传质效果更好、雾沫夹带率更低的膜喷射无返混塔板(MP)，具体改造方案为：将原有29层浮阀塔板更换为膜喷射无返混塔板(MP)(天津市创举科技有限公司提供)，原降液系统的堰长保持不变，降液板最小底隙加大(将降液板底部切掉一部分，使得处理量为240 t/h时的降液管出口速度为0.22 m/s)，堰高做适当调整。

2.2 改造效果

胺液再生塔(C-604)2013年5月1号现场施工，5月13日开车调试，装置最大处理能力达到240 t/h，至今装置运行十分平稳，单板压降一直在440 Pa以下，未发现压差增大现象，也没有出现带液问题。贫液中H2S质量浓度小于1.6 g/L，蒸汽消耗量低于16.5 t/h，胺液质量分数达到35%以上，分离效果好，操作弹性较大，产品指标均优于设计值。

2.3 膜喷射无返混塔板(MP)的特点

膜喷射无返混塔板已获得国家发明专利(专利号：200910067917.2)[7]，该塔板通过液膜喷射、V型分离等技术，使得塔板具有无返混、无浓度梯度、高传质效率、阻力降低、抗堵性强、适用范围广等特点。

(1) 无返混、无浓度梯度。以往各种型式的塔板，在传质过程中均存在不同程度的返混，且会在塔板的流动方向上形成浓度梯度，无论是返混还是浓度梯度均会降低传质平衡推动力，从而影响塔板效率。MP塔板采用了集液导出装置，可实现塔板上各点无返混、无浓度梯度，使传质过程均保持在高推动力下进行。

(2) 高传质效率。MP塔板采用喷射态传质，由于采用特殊的喷射方式，可进一步提高液相分散程度，使液滴更多，液相表面积更大，传递速率更高；同时，无返混、无浓度梯度使得传质过程均保持在高推动力下进行，也大大提高了传质效率。故塔板层数减少，可降低投资。

(3) 阻力降低。塔板的特殊结构使得气相与液相接触无需穿越塔板液层，而是形成对液体膜的喷射，塔板阻力大幅度降低；并利用喷嘴雾化的原理，通过控制喷嘴处的液层高度实现塔板的低阻力降。

(4) 抗堵性强。塔板在结构设计上基本没有可堵塞的部件，在喷嘴处气速较高，不易形成堵塞，对于有悬浮颗粒的物系，抗堵持续时间长，为易堵物系的传质分离开辟了新途径。

(5) 适用范围广。对于阻力降较低的减压蒸馏和低压吸收也有很好的适应性，对于带有较高热效应的(塔盘上需要布置冷却装置，如冷却盘管等)吸收操作，冷却装置易于排布，且冷却面积可加大。

3 结 论

综上所述，中石化齐鲁石化炼油厂连续催化重整工段胺液再生塔(C-604)全塔塔盘由原来的浮阀塔板改造为膜喷射无返混塔板MP后，其处理量由210 t/h提高至240 t/h，全塔压降比原来操作临界点时下降了57 kPa，单板压降一直在440 Pa以下，没有发现压差增大的现象，也没有出现带液问题，装置运行稳定；再生效果优于改造前，贫液中H2S质量浓度小于1.6 g/L，蒸汽消耗低于16.5 t/h(低于设计值)，胺液质量分数达到35%以上。除在石化行业胺液再生塔上的成功应用外，膜喷射无返混塔板MP技术还已成功地应用于煤气化行业脱酸塔和脱氨塔、煤制油行业脱酸塔和脱氨塔、石化行业污水汽提塔、苯加氢污水处理塔等数10套装置，具有良好的应用前景。

[1] 吴新民, 康宵瑜. 甲基二乙醇胺(MDEA)脱硫溶液发泡影响因素和机理研究[J]. 天然气化工, 2008, 33(6): 31-36.

[2] 戴学海. 胺液的发泡原因及处理措施[J]. 石油与天然气化工, 2002, 31(6): 304-305.

[3] 胡天友, 熊钢, 何金龙, 等. 胺液脱硫装置溶液发泡预防及控制措施[J]. 天然气工业, 2009, 29(3)：101-103.

[4] 张兵, 王柱祥, 蒋宏贵, 等. 膜喷无返混塔盘在天然气胺法脱硫塔盘改造中的应用[J]. 化工进展, 2009, 28(增刊2): 368-370.

[5] 高春华, 闫昭, 张迪, 等. 改良型CJST塔盘在胺法天然气脱硫工艺中的应用[J]. 石油化工应用, 2010, 29(8): 76-81.

[6] KOHL A, NIELSEN R. Gas Purification [M]. Fifth Edition. Houston: Gulf Publishing Company, 1997: 224-226.

[7] 商恩霞, 宋洪涛, 王柱祥. 一种膜喷射无返混塔板[P]. 200910067917.2, 2009-08-19.

Application of membrane spray without backmixing tray on the amine regenerator in petroleum refining industry

Ma Hong, Du Shuhui, Zhao Shunwen

(TianjinChuangjuTechnologyCo.,Ltd.,Tianjin300130,China)

In amine desulphurization and regeneration process of the petroleum refining industry, the recycling amines solution foaming always results in liquid blocking of column, which will seriously influence the desulfurization product properties and the operation of downstream sulfur recovery plant. In this paper, the problems of the amine regenerator before transformation were introduced. To solve these problems, all of the valve trays in the column were replaced with the membrane spray without backmixing trays. After transformation, the maximum treatment capacity increased from 210 t/h to 240 t/h, the indicators were good and no liquid blocking occurred. The unit runs well so far.

amine regeneration, membrane spray without backmixing tray, MDEA, liquid blocking

马弘(1981-)，女，天津人，工程师，2007年毕业于河北工业大学化工学院化学工艺专业，研究生学历(工学硕士)，现就职于天津市创举科技有限公司，主要从事化工塔器和塔内件的研发设计及化工工艺设计工作，已发表论文5篇，申请发明专利6项。E-mail：mahong423@163.com

马 弘 杜淑慧 赵顺雯

天津市创举科技有限公司

TE962

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2016.06.006

2016-07-07；编辑：温冬云