溶剂再生装置流程模拟优化

季 哲

(中国石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

溶剂再生装置是炼油企业重要的环保装置，主要作用是脱除富胺液中溶解的烃类与酸性气体，得到可循环利用的再生贫胺液。中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)2#炼油溶剂再生装置主要采用N-甲基二乙醇胺(MDEA)溶剂与含硫干气在抽提塔逆向接触脱硫，脱硫后的富胺液通过溶剂再生系统再生后循环使用，精制干气从抽提塔塔顶出装置作为加热炉的燃料气，再生塔塔顶酸性气送至硫磺回收装置。与二乙醇胺溶剂比较，MDEA溶剂具有酸性气负荷高、蒸气压低、溶剂挥发损失小、腐蚀性弱等特点。

文章运用Aspen Plus流程模拟软件，建立2#炼油溶剂再生装置模型，以节能为目标，对装置进行全面分析，旨在优化操作条件、减少蒸汽消耗、降低装置能耗。

1 工艺流程简述

来自气柜火炬气压缩机和1#柴油加氢装置的干气进干气分液罐(V3202)，然后进入干气脱硫塔(T3202)，与MDEA溶液逆向接触，干气中的H2S和部分CO2被溶剂吸收，塔顶净化干气经净化干气分液罐(V3213)分液后送至燃料气管网。干气脱硫塔(T3202)塔底富液与贫液换热至98 ℃，经富液闪蒸罐(V3203)闪蒸出大部分溶解烃后，进入再生塔(T3203)，由重沸器(E3204)供热，以保证塔底温度为125 ℃。塔顶汽经冷凝分离后，酸性气送至硫磺回收装置，冷凝液经泵返塔作为回流。事故状态下酸性气设专线排至火炬焚烧。塔底贫液经换热、冷却至40 ℃，由泵送入液化石油气脱硫抽提塔(T3204)和干气脱硫塔(T3202)循环使用。具体模拟流程如图1所示。

图1 2#炼油溶剂再生模拟流程

2 模型建立

模型采用MDEA与H2S的可逆反应、热再生工艺流程。其中再生塔(T3203)采用RadFrac模型，塔底为热虹吸式重沸器，泵采用Pump模型，贫富胺液换热器用HeatX模型，塔顶回流罐用Flash2模型，空冷器和塔顶冷却器用Heater模型。

以2#炼油再生装置的进料温度、压力、流量以及装置模块操作条件等实际数据为依据建模(无法提供的数据则以设计数据为参考)，模型建成后以提供的标定数据或实际数据对模型进行验证(见表1)。从表1中可以看出：误差在允许范围之内，此模型可以用于装置下一步的优化分析。

表1 2#炼油溶剂再生装置操作条件

3 模型分析

3.1 贫液胺质量分数对重沸器负荷的影响

以贫液胺质量分数作为变量，在贫液中H2S质量浓度1 928 mg/L、再生塔塔顶压力0.06 MPa的条件下，考察贫液胺质量分数对重沸器负荷的影响，结果如表2所示。

表2 贫液胺质量分数对重沸器负荷的影响

从表2中可以看出：随着贫液胺质量分数的增加，胺液循环量降低，重沸器热负荷下降。因此，可以考虑提高贫液胺质量分数、降低胺液循环量等方式，降低蒸汽耗量及循环过程中所需的电和水的消耗。

3.2 回流量对贫液中H2S质量浓度及再生塔塔底再沸器热负荷的影响

在贫液胺质量分数为43%、再生塔塔顶压力0.06 MPa、进料量13 t/h的条件下，考察回流量对贫液中H2S质量浓度及再生塔塔底温度的影响，结果见表3所示。

表3 回流量对贫液中H2S质量浓度及再生塔塔底温度的影响

从表3中可以看出：随着回流量的降低，再沸器热负荷降低，但由于贫液中H2S质量浓度增加，导致贫液质量下降。因此需综合考虑不同脱硫装置对贫液质量的要求，确定是否降低再生回流量。

3.3 富胺液进塔温度对塔底再沸器蒸汽量的影响

以再生塔富胺液进料温度为变量，在贫液胺质量分数43%、胺液循环量13 t/h、回流量1.8 t/h的条件下，考察进料温度对贫液中H2S质量浓度及再生塔塔底温度的影响，结果见表4所示。

表4 进料温度对贫液中H2S质量浓度及再生塔

从表4中可以看出：随着再生塔进料温度的上升，再沸器热负荷下降，但贫液中H2S质量浓度逐渐上升。

通过塔顶采出量的控制将贫液H2S质量浓度维持在1 928 mg/L，考察进料温度对整个再生塔的影响。考察结果显示：随着进料温度的增加，塔底温度基本不变，蒸汽耗量减少，因此应该尽可能提高进料温度。当进料温度为97 ℃时，在不增加换热设备的情况下，可以通过定期清洗换热器前过滤器等，提高换热效率，降低蒸汽耗量。

4 模型应用及优化

通过建立溶剂再生模型和在模型的基础上运用灵敏度分析，发现了装置存在的问题。结合溶剂再生实际操作情况，在保证贫液质量合格的前提下，利用模型的优化功能对进料量、进料温度及塔顶回流量等关键控制参数进行调整。

4.1 优化结果

针对标定数据模型，在保证进料量一定的前提下，对再生塔的回流量、蒸汽耗量、贫液H2S质量浓度等关键控制参数进行调整组合(主要调整项为降低塔顶回流量，从1.80 t/h降至1.65 t/h)。通过调整，再生塔塔底温度为114.12 ℃，说明在保证胺液质量的前提下，可以对再生塔的蒸汽能耗进行有效控制。优化前后工艺指标如表5所示。

表5 再生塔工艺指标优化前后对比

4.2 根据模型对装置实际操作进行优化

(1)优化方法

优化操作原则为保证胺液质量的前提下系统总耗能最少。逐步减小回流量至1.3 t/h，将系统总热量损耗减小；视产品质量情况，提升塔顶温度，减少蒸汽流量，避免产品不合格。

(2)实施结果

在保证塔产品质量的前提下，日常的优化操作可以通过对汽提塔回流量、进料温度等关键控制参数进行调整组合，实现对再生塔蒸汽能耗的有效控制。优化措施实施后，可以节约蒸汽0.15 t/h。实施前后对比见表6。

表6 再生塔优化措施实施前后对比

(3)存在的问题

由于装置运行时间较长，导致酸性气出装置的流量计结盐堵塞，酸性气流量不准；由于2#炼油催化装置已于2012年停车，导致胺液循环量偏低，能耗较高；蒸汽调节阀运行中波动较大，导致蒸汽实时量不稳定。

4.3 经济效益分析

采用模型进行优化后，效果较为理想，将现存问题解决后，还可继续按模型进行优化，进一步降低装置能耗。在日常生产中采用优化方案，汽提塔可节约蒸汽0.15 t/h，按蒸汽价格185元/t、全年运行8 400 h计算，年收益为23.31万元。

5 结论

(1)以装置实际运行数据为基准建立优化模型，在保证产品质量的前提下，有效调控控制参数，特别是降低再生塔塔顶回流量，使汽提蒸汽用量和单耗明显降低。

(2)胺液组分分析结果波动较大，并且没有可靠方法完全掌握其组成，还需在今后的实际工作中进一步检验。

(3)在2#炼油催化装置停车的情况下，胺液循环量较低，模拟过程中T3203再生塔效率极低，装置蒸汽耗量偏高，虽通过模拟优化方案可以有一定的经济效益，但效益仍较低，故建议停2#炼油溶剂再生装置，2#炼油胺液去4#炼油再生，以降低装置能耗。