纤维膜接触器在焦化脱硫醇装置中的应用.doc

纤维膜接触器在焦化液化气脱硫醇装置中的应用 摘要 本文介绍了纤维膜接触器的工作原理及在我厂三焦化装置中的应用情况，结果表明运行状态良好，性能稳定，脱硫醇效果好。 关键词 纤维膜接触器 脱硫醇 随着原油性质的日渐恶劣，原油特别是渣油中的总硫含量也越来越高，焦化装置原料为常减压装置的减压渣油，硫含量达2.87~3.2%（重量百分数），焦化液化气中总硫含量一直维持在4000 mg/m3以上，而强制性国家标准GB11174-1997 要求,液化石油气(LPG) 中总硫质量浓度不得大于343 mg/m3 ,LPG中总硫超标严重威胁装置安全长周期生产。实践证明,液化气中硫质量分数大于400 ×10-6时,液化气管线、容器及储罐的晶间腐蚀率和氢脆腐蚀率成倍增长,影响设备的使用寿命,极易形成安全隐患。我厂为解决上述问题,引进第一套由兰州石油机械研究所提供的国产化LPG纤维液膜脱硫工艺技术,取得了明显效果,精制后液化气总硫质量浓度下降到7～20 mg/m3。 纤维膜接触器工作原理及结构 纤维液膜脱硫技术与传统的碱洗工艺的最大区别是在较小的反应空间提供极大的反应接触面积。 1.1 纤维膜基本原理 纤维液膜液化气脱硫工作原理见下图， 纤维液膜工艺原理 碱液相从反应器顶部侧面进入纤维丝束后,在沿纤维丝表面向下流动的过程中, 由于液化气与碱液的表面张力的不同，纤维对碱液的亲和力更大，同时两者的流动速度也不同，使得液化气与碱液之间在纤维束上形成一层流动的液膜。烃相从反应器顶部均匀进入，与附着在纤维上的碱液同向流动并发生反应，当达到套管末端后便汇入烃层，在此过程中由于纤维数量众多，极大地增加了传质面积，减小了传质距离，从而大大提高了传质效率，强化了硫化物与碱液在液膜上的化学反应，故而能大幅度的脱除液化气中硫杂质。由于碱液的表面张力作用，碱液被束缚在纤维表面，烃相自动分开，碱液则继续向下流动。烃相和碱液相之间存在密度差，故二者的分离很快在沉降罐内形成两种液体的界面。两相之间的这种分离方式能使精制处理后的烃最大限度减少夹带碱液，碱液中也不会含有烃。烃由的另一端流至下游设备，罐底的碱液则再循环到反应器顶部。纤维液膜之所以能做到烃相和碱液相非弥散态的质量传递，使烃相的杂质去除，并能大大提高质量传递的速率，可用以下的传质方程来解释： 式中： ——传质反应速率； ——烃碱体系的传质常数； ——烃碱两相接触的有效面积；——杂质从烃相转移到碱相的浓度差推动力。 与温度有关，大小随烃相和碱液相性质的不同而略有差异，从上式可以看出，和的变化都不大，但纤维液膜反应器中的大量纤维使得两相的有效接触面积大大增加，因此传质速率也随之增大。1.2 液化气脱硫系统的化学反应 本工艺过程中，焦化液化气中硫化氢首先经过醇胺法脱除，在纤维液膜反应器中发生的微量硫化氢脱除反应如下： H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2O （1） 液化气中的硫醇碱抽提反应如下： RSH + NaOH →NaRS + H2O （2） 硫醇钠的氧化和碱液的再生反应如下： 4NaRS + O2 + 2H2O2RSSR + 4NaOH （3） :压力2. 0MPa ,温度30～45 ℃,LPG流量为5~8T/h。处理后LPG总硫的质量浓度不大于343 mg/m3 ,铜片的腐蚀不大于1 级。 2.2工艺流程 我装置所用工艺采用两级碱洗、一级水洗。因焦化液化气脱硫工艺首先经过了醇胺法脱硫，脱去了大部分的无机硫（H2S），因此要除掉无机硫只需较低流量的碱液，而要除掉有机硫则只需较高流量的碱液，基于这一特点在设计上采用碱液阶梯补充的方法，新鲜碱液首先补充到二级碱洗建立循环，以较高的碱液浓度除掉有机硫，同时二级碱洗的碱液可作为一级碱液碱洗的补充，一级碱液浓度较二级低主要为脱除无机硫和一些低分子有机硫。这样的阶梯补碱工艺既有利于降低液化气中的硫含量，同时尽可能减少了碱液的用量和废碱的排放。 纤维膜脱硫醇的工艺流程如下： 自脱硫系统来的液化气首先经过一组过滤器过滤掉液化气中的杂质后进入一级脱硫醇纤维膜接触器顶部，来自二级脱硫醇抽提过程的碱液进入接触器侧面，并在其中完成液化气部分硫醇的脱除反应，反应后的液化气和碱液在沉降罐中分离底部的碱液进入碱液再生部分，顶部的液化气进入二级纤维膜反应器顶部，来自碱液再生系统的再生碱液从二级纤维膜侧面进入，在其中完成液化气中硫醇的脱除反应，反应后的液化气和碱液在沉降罐中分离，罐底排出的碱液通过碱液循环泵作为一级脱硫醇抽提的循环碱液，罐顶的液化气进入水洗罐，用软化水洗去夹带得少量碱液，然后