硫磺回收联合装置精馏分离单元塔内构件设计

陈礼明 郝东来

(1.北京石大圣铭科技有限公司，北京 102200；2.中国石油独山子石化炼油厂，新疆 克拉玛依 833600)

0 引言

中国石油独山子石化分公司炼油厂新建5万吨/年硫磺回收联合装置应用山东三维石化工程有限公司的硫磺工艺包，其中精馏分离单元的塔内件应用北京石大圣铭科技有限公司设计的高效浮阀塔板和高效规整填料。硫磺回收联合装置一般包括三个单元：硫磺回收单元、酸性水汽提单元、溶剂再生单元，而每个单元均有精馏分离单元。

1 硫磺回收单元工艺流程简述

硫磺回收单元包括：硫回收、尾气处理、尾气焚烧处理排空三个部分组成，而其中硫回收和尾气焚烧处理排空部分为一系列反应的过程，未涉及到精馏分离单元，尾气处理部分有两个精馏塔，尾气吸收塔、尾气急冷塔。

尾气处理部分工艺流程描述：尾气自捕集器顶部出来，进入加热，混合氢气后进入加氢反应器，在加氢反应的催化剂的作用下进行加氢、水解反应，使尾气中的二氧化硫、炭基硫、二硫化碳还原，最终水解为硫化氢；反应后的加氢高温尾气经降温后进入尾气急冷塔下部与急冷水进行逆流接触，经过一段高效规整填料后，将水冷却至50℃；尾气急冷塔的冷却水经过一系列的冷却器后冷却至急冷塔的急冷水温度约40℃，循环使用。急冷降温后的尾气自急冷塔塔顶出来进入尾气吸收塔，而尾气吸收塔的吸收效果直接影响着高空排放烟气的二氧化硫的排放指标。自溶剂再生单元来的MDEA贫胺液进入尾气吸收塔的上部，与尾气急冷塔来的尾气进行逆流接触，经过两段高效规整填料后，尾气中的硫化氢和二氧化碳被吸收[1]。吸收了硫化氢和二氧化碳的富液，经富液泵送至溶剂再生单元进行再生。自吸收塔塔顶出来的尾气进入尾气焚烧处理排空单元。

2 溶剂再生单元工艺流程简述

溶剂再生单元采用常规蒸汽汽提再生工艺。目前国内采用复配溶剂，主要脱硫溶剂有单乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺等溶剂，本项目采用N-甲基二乙醇胺，此溶剂对硫化氢有高选择性、溶剂损失量小、碱性小、对设备腐蚀较小。

自炼油厂硫磺装置及其他装置配套脱硫装置的富液经过换热器换热到90℃，从第3层塔板进入塔内，富液进入塔内后进行气液交换，交换后塔顶物流，经回流罐冷凝后一股酸性气回到硫磺装置，一部分回流到塔内；塔底净化后的贫液，经过各路管网到各个装置，作为脱硫剂。

3 酸性水汽提单元工艺流程简述

酸性水工艺汽提主要有单塔加压侧线抽出汽提、单塔低压全吹出汽提、双塔加压汽提及双塔高低压汽提四种工艺流程。

由于酸性水中硫化氢和氨含量不高，此次采用单塔低压全吹出汽提工艺：在低压或常压状态下单塔处理酸性水，硫化氢和氨同时被汽提，酸性水为硫化氢和氨的混合气，原料酸性水经过预处理后，经换热器换热到73℃，从第10层塔板进入塔内，塔底用1.0MPa的蒸汽汽提，经过塔内高效浮阀塔板后，酸性水中的硫化氢、氨同时被汽提，自塔顶冷凝、分液后，酸性气送至硫磺回收部分回收硫磺，塔底即得到合格的净化水。

4 精馏分离单元塔内件布置情况

4.1 高效FBS规整填料介绍

填料塔内的壁流、沟流及返混等流体流动非理想现象是化学工作者公认的事实，其中壁流现象是严重损害传质与分离效率的因素。

FBS防壁流规整填料有以下特点：(1)表面采用网孔正弦波纹结构，端部采用防壁流结构；(2)填料表面有无数网孔，填料两边液体可以互相渗透，使填料表面充分润湿；促进流体湍动，强化润湿，显著加快完成传质过程；(3)正弦波纹结构使填料内部的气液两相表面更新加快，有利于提高传质效率；(4)防壁流结构几乎消除了壁流现象，分离效率提高10%～30%；(5)抗波动性能大幅度提高，填料具有良好的再分布性能；(6)理论板数高、分离性能好。HETP=0.127～0.625m；通量大、压降低，压降：0.05～0.7mmHg/m填料；泛点容量因子：0.2；F因子：5.0；(7)对于中、小直径塔，设置流体再分布器的最大床层高度可提高50%～100%。

4.2 高效Super V塔板介绍

Super V浮阀U型带翼结构，阀体侧翼开孔或开缝，能提高塔板气液接触的均匀性，防止塔板面结垢和结焦，流行性结构保证了气相通过浮阀时的垂直损失，保证低压降。

4.3 尾气急冷塔塔内构件情况

尾气急冷塔塔内主要布置1段2500mm高度高效规整填料，基于急冷塔塔内气液相负荷的特点，我们采用两种型号填料组合布置，2000mm段规整填料型号为FBS-5.0S，下面500mm段设计规整填料型号为FBS-2.5S，即保证了通量，又保证了气液相的接触面积，此规整填料表面为S型流行性结构，通量大、压降低等特性。塔的顶部布置丝网除沫器，解决尾气中带液情况；由于塔内液相喷淋密度较大，塔内分布器采用槽盘式液体分布器；气体进料以上设置大孔径穿流型筛孔塔板，为了保证气相分布更均匀。

4.4 尾气吸收塔塔内构件情况

尾气吸收塔塔内主要布置2段各4000mm高度高效规整填料，规整填料型号为FBS-5.0S，此规整填料表面为S型流行性结构，通量大、压降低等特性。塔的顶部布置丝网除沫器，解决尾气中带液情况；塔内第1段填料上方设置集油箱，以便于收集尾气中的被丝网除沫器捕集的液滴；塔内分布器采用无泄漏式的槽式液体分布器；气体进料以上设置大孔径穿流型筛孔塔板，为了保证气相分布更均匀。

4.5 酸性水汽提塔塔内构件情况

酸性水汽提塔塔内介质特性为较低发泡性质，塔板有时候容易结垢，塔内构件采用高效Super V浮阀塔板，塔径2400mm，塔内布置35层浮阀塔板，其中进料以上1-9#塔盘板采用单溢流浮阀塔板，进料以下10-35#采用双溢流浮阀塔板；Super V浮阀U型带翼结构，阀体侧翼开孔或开缝，能提高塔板气液接触的均匀性，防止塔板面结垢和结焦，流行性结构保证了气相通过浮阀时的垂直损失，保证低压降；塔顶部回流位置布置回流分布管，采用T字管，使得液相更均匀的分布于受液盘；进料位置采用H型管，为了减小分布管占用塔截面积，采用变径管；塔下段设置集油箱，型式采用升气管式，此类型集油箱安装方便，压降低。

4.6 溶剂再生塔塔内构件情况

溶剂再生塔塔内介质极易发泡性质，塔内构件采用高效Super V浮阀塔板，塔径3400mm,塔内布置25层浮阀塔板，其中进料以上1-2#塔盘板采用单溢流浮阀塔板，进料以下3-25#采用双溢流浮阀塔板；Super V浮阀U型带翼结构，阀体侧翼开孔或开缝，能提高塔板气液接触的均匀性，防止塔板面结垢和结焦，流行性结构保证了气相通过浮阀时的垂直损失，保证低压降；塔顶部回流位置为了防止液体回流后对塔板有所影响，增加回流挡板，而且回流管弯头进塔，有效进入到受液盘；进料位置进料管位置的塔板为两侧溢流塔板，为了使液体分布更均匀的进入到中间受液盘各个点，进料分布管设计成T字管，在分布管底部开侧缝，侧缝面积大于分布管管口面积，即减小压降，又分布均匀；塔下段设置集油箱，型式采用升气管式，此类型集油箱安装方便，压降低。

5 各塔生产情况

中国石油独山子石化分公司炼油厂5万吨/年硫磺回收联合装置于2019年10月一次开车成功，自开车以来，各项指标均达到或优于设计值，现场的工艺参数与设计值参数比较，由于尾气吸收塔与尾气急冷塔操作相对于酸性水汽提与溶剂再生塔操作比较简单，就不与设计值进行比较，采纳酸性水汽提和溶剂再生单元的参数对比如表1所示。

表1 采纳酸性水汽提和溶剂再生单元的参数对比表

根据设计值和现场数据对比情况分析，目前现场操作工况均已达到或超过设计负荷，现场所需蒸汽流量、产品质量均达到或优于设计值，表明应用Super V浮阀塔板的效率高于一般的塔板，塔内布置合理。

6 结语

(1)尾气急冷塔应用高效FBS规整填料设计塔内构件优于以往设计，压降低，通量大的填料有利于急冷水与高温尾气的充分接触，从而达到冷却的最终目的。

(2)尾气吸收塔应用高效FBS规整填料设计塔内构件优于以往设计，以往设计为15层浮阀塔板，填料塔压降优于板式塔，充分发挥规整填料的高通量、高效率的特性。

(3)酸性水汽提塔应用Super V高效浮阀塔板设计，解决了以往酸性水汽提塔塔板结盐问题，Super V本身的结构有着自清洗能力，抗堵。

(4)溶剂再生塔应用Super V高效浮阀塔板设计，解决了以往溶剂再生塔易发泡后操作困难难题，Super V本身的结构有着自清洗能力，抗堵，抗发泡能力。