發(fā)表時(shí)間： 2026-06-17 15:45:52
作者： 石油化工設(shè)備維護(hù)與檢修網(wǎng)
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摘 要：胺液脫硫系統(tǒng)是煉油企業(yè)重要的脫硫裝置，其工藝定位可概括為“上游工藝保平穩(wěn)、系統(tǒng)自身降能耗、下游工藝保達(dá)標(biāo)”，對(duì)保障全廠安全生產(chǎn)與節(jié)能降耗具有重要意義。由于其連續(xù)吸收—再生的運(yùn)行特點(diǎn)，長(zhǎng)周期運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)再生能耗高、脫硫不達(dá)標(biāo)、發(fā)泡沖塔、設(shè)備腐蝕及堵塞等共性問(wèn)題。該文從系統(tǒng)優(yōu)化、設(shè)備強(qiáng)化、脫硫劑性能提升以及先進(jìn)節(jié)能技術(shù)等方面，為上述問(wèn)題提供了綜合解決方案。
關(guān)鍵詞：胺液脫硫 節(jié)能優(yōu)化 系統(tǒng)發(fā)泡 設(shè)備腐蝕 脫硫劑 熱泵技術(shù) 能量梯級(jí)利用 塔盤
胺液脫硫系統(tǒng)是煉油企業(yè)與天然氣行業(yè)重要的含酸性氣體脫硫裝置，通常由脫硫單元、再生單元及配套換熱、過(guò)濾與閃蒸等設(shè)備組成，其工藝采用低溫吸收—高溫再生流程。隨著原油重質(zhì)化加劇、成品油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)保要求升級(jí)，煉油企業(yè)脫硫負(fù)荷增加，胺液脫硫系統(tǒng)已成為僅次于原油加工及循環(huán)水的第三大物流系統(tǒng)[1-2]。其運(yùn)行狀況直接影響凈化氣質(zhì)量，也是耗能大戶，其能耗約占全廠總能耗8%。因此，提升胺液脫硫系統(tǒng)能效水平，對(duì)保障安全生產(chǎn)與降低全廠能耗具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1 胺液脫硫系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)
1.1 工藝特點(diǎn)
煉化企業(yè)胺液脫硫系統(tǒng)的脫硫塔多隨主生產(chǎn)裝置配套設(shè)計(jì)建設(shè)，而再生塔多集中于硫磺回收裝置。系統(tǒng)普遍采用“單獨(dú)脫硫+集中再生”流程，即一座再生塔對(duì)應(yīng)若干座脫硫塔，吸收酸性氣的富胺液集中再生，再生后貧胺液輸送至各吸收塔循環(huán)使用。根據(jù)脫硫塔及再生塔分布情況可分為單獨(dú)溶劑再生、集中溶劑再生及混合溶劑再生；根據(jù)待處理脫硫原料氣組成特點(diǎn)及脫硫指標(biāo)要求，一般可分為臨氫溶劑再生、非臨氫溶劑再生、硫磺單獨(dú)溶劑再生。部分企業(yè)可能單獨(dú)設(shè)置火炬、焦化等裝置的配套溶劑再生單元。
胺液脫硫系統(tǒng)典型工藝流程如圖1 所示，富含酸性氣的原料氣（煉油過(guò)程的含硫干氣、液化氣、循環(huán)氫、低分氣、硫磺尾氣等）在低溫條件自脫硫塔底部進(jìn)入脫硫塔，與自上而下分布的貧胺液逆流接觸。脫除H2S并達(dá)標(biāo)后的氣體送至后續(xù)處理工藝，吸收H2S 后的富胺液則送至再生塔，在高溫下實(shí)現(xiàn)酸性氣的解吸。再生塔塔頂采出的酸性氣送往后續(xù)處理單元，大型煉廠通常為進(jìn)入硫磺回收裝置，小型煉廠則可能用于制備NaHS 或H2SO4等。再生后的貧胺液經(jīng)冷卻后返至脫硫塔循環(huán)使用。
圖1 胺液脫硫系統(tǒng)工藝流程示意
1.2 脫硫劑
脫硫劑是胺液脫硫系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)的核心，較常見(jiàn)的主脫硫劑包括一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、二甘醇胺（DGA）、N-甲基二乙醇胺（MDEA）及位阻胺等，同時(shí)復(fù)配一定的添加劑及助劑等。
按照主脫硫劑開發(fā)及應(yīng)用的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，可分為四個(gè)階段：第一階段脫硫劑主要為TEA、MEA 與DEA 等，該類脫硫劑同時(shí)吸收H2S 與CO2，穩(wěn)定性差且再生能耗高，目前已較少應(yīng)用于脫硫場(chǎng)合，其中MEA主要轉(zhuǎn)向CO2捕集等脫碳領(lǐng)域；第二階段主要為MDEA，由于其具有較好的CO2選擇吸收性、熱穩(wěn)定性，且酸性負(fù)載高、腐蝕性小，目前已廣泛應(yīng)用于煉油企業(yè)胺液脫硫領(lǐng)域；第三階段為功能性脫硫劑，主要針對(duì)催化干氣、硫磺尾氣、天然氣等含有機(jī)硫、CO2的氣源脫硫需求，具體包括位阻胺類、物理—化學(xué)復(fù)合溶劑等，部分應(yīng)用于特定胺液脫硫系統(tǒng)；第四階段目前尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，主要包括離子液體脫硫、相變脫硫等，其中離子液體脫硫具有蒸汽壓低、熱穩(wěn)定性好、不易揮發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，但仍需解決黏度高、價(jià)格昂貴等問(wèn)題。
1.3 設(shè)備
脫硫塔及再生塔是胺液脫硫系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。除液化氣脫硫采用填料塔外，系統(tǒng)普遍采用浮閥類塔盤。該類塔盤可通過(guò)調(diào)整堰高來(lái)調(diào)節(jié)持液量與持液時(shí)間，具有操作彈性大、霧沫夾帶少、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)[3]。浮閥塔盤上的氣液傳質(zhì)過(guò)程主要為胺液以連續(xù)相、待脫硫原料氣以分散相，形成氣液鼓泡接觸。塔盤類型包括條形、船型及導(dǎo)向梯形等。
貧富液換熱器、空冷器等換熱設(shè)備性能對(duì)系統(tǒng)能耗有較大影響。尤其是貧富液換熱器，隨運(yùn)行周期延長(zhǎng)效率明顯降低，導(dǎo)致再生系統(tǒng)能耗升高。常規(guī)工況下，貧液經(jīng)貧富液換熱器后進(jìn)入再生塔溫度應(yīng)在90 ℃以上，較優(yōu)區(qū)間為95～100 ℃。各企業(yè)再生塔進(jìn)塔溫度存在差異，具體如圖2所示。
圖2 各企業(yè)再生塔進(jìn)塔溫度
2 共性問(wèn)題分析
2.1 脫硫效果不達(dá)標(biāo)
胺液脫硫效果受胺液品質(zhì)、胺液濃度、原料氣負(fù)荷、設(shè)備效率及系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性等多種因素影響。不同類型的胺液系統(tǒng)需解決的脫硫需求存在顯著差異。如臨氫溶劑再生中，待脫硫的原料氣主要為循環(huán)氫、低分氣等，其特點(diǎn)為氣量大、壓力高、H2S 含量高，脫后H2S 控制指標(biāo)較為嚴(yán)格，其待脫硫組分主要為H2S，其它酸性氣體組分較少。非臨氫溶劑再生系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，原料氣來(lái)源廣泛，包括催化裂化及焦化裝置干氣與液化氣、火炬氣、解析氣等。其中，催化干氣受工藝操作影響，H2S與CO2含量基本相當(dāng)，普遍在2 vol%～3 vol%；焦化干氣可能夾帶焦粉而致胺液污染；火炬氣量波動(dòng)大、氣體組成復(fù)雜，容易引起胺液降解變質(zhì)。因此，針對(duì)非臨氫溶劑再生系統(tǒng)的脫硫不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，需結(jié)合原料氣性質(zhì)具體分析。
2.2 胺液品質(zhì)下降
胺液發(fā)泡是各類胺液系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題，常見(jiàn)于干氣脫硫塔、循環(huán)氫脫硫塔及再生塔等。其運(yùn)行表征包括霧沫夾帶增多、凈化氣帶液至下游氣液分離罐、胺液損耗加劇等，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致脫硫塔或再生塔壓力快速上升、壓力表示值失準(zhǔn)。
胺液發(fā)泡與其表面張力及黏度等物理性質(zhì)密切相關(guān)。當(dāng)溶液表面張力降低、黏度增大時(shí)，更易形成穩(wěn)定泡沫[4]。此外，單一金屬離子、熱穩(wěn)鹽陰離子、固體顆粒及烴類等雜質(zhì)對(duì)新鮮胺液的發(fā)泡高度與消泡時(shí)間影響有限，但對(duì)運(yùn)行中胺液的發(fā)泡性能卻有顯著促進(jìn)作用，以表面活性劑、輕烴及固體雜質(zhì)的影響尤為突出。胺液發(fā)泡成因復(fù)雜，尚無(wú)普適性解決方案，工程上通常采取添加消泡劑、實(shí)施胺液凈化等措施抑制其發(fā)泡趨勢(shì)。
2.3 設(shè)備腐蝕
胺液脫硫系統(tǒng)設(shè)備腐蝕多發(fā)于貧富液換熱器、空冷器、水冷器等溫度與相態(tài)變化的部位。嚴(yán)重腐蝕可導(dǎo)致?lián)Q熱器管束穿孔，引發(fā)非計(jì)劃停車，且會(huì)導(dǎo)致胺液中陽(yáng)離子濃度升高、加速胺液降解，F(xiàn)eS等腐蝕產(chǎn)物增多，進(jìn)而加劇發(fā)泡及設(shè)備堵塞風(fēng)險(xiǎn)。腐蝕形態(tài)主要包括均勻腐蝕、坑蝕、沖刷腐蝕、氫鼓包及應(yīng)力腐蝕，其腐蝕過(guò)程受多種因素影響，如胺液中的H2S、水、MDEA、熱穩(wěn)態(tài)鹽、有機(jī)降解物等[5]。此外，胺液流速、設(shè)備材質(zhì)、管線布局與設(shè)備結(jié)構(gòu)均會(huì)影響系統(tǒng)腐蝕行為。針對(duì)胺液腐蝕問(wèn)題，較為有效的工程解決手段包括將設(shè)備材質(zhì)升級(jí)為300 系列奧氏體不銹鋼、控制液體流速、焊后應(yīng)力消除處理、限制富液中H2S負(fù)載等。腐蝕嚴(yán)重時(shí)，可根據(jù)腐蝕類型添加適量緩蝕劑。同時(shí)可通過(guò)定點(diǎn)測(cè)厚、腐蝕掛片探針、日常分析胺液中鐵離子含量等手段監(jiān)測(cè)系統(tǒng)腐蝕情況。
2.4 品質(zhì)下降
胺液在連續(xù)循環(huán)再生使用過(guò)程中長(zhǎng)周期運(yùn)行，極易出現(xiàn)品質(zhì)下降問(wèn)題，一類來(lái)源于外界夾帶，包括待脫硫原料氣、補(bǔ)充水中的雜質(zhì)及系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物等；另一類源于胺液因熱降解、氧化降解及化學(xué)降解生成的熱穩(wěn)定鹽和有機(jī)雜質(zhì)，具體雜質(zhì)類型如表1所示。
表1 胺液脫硫系統(tǒng)主要雜質(zhì)類型
胺液系統(tǒng)中的雜質(zhì)類型可分為固體類、有機(jī)物類、熱穩(wěn)態(tài)鹽類、金屬陽(yáng)離子類。其中，固體類雜質(zhì)主要來(lái)源于腐蝕產(chǎn)物、焦化干氣夾帶的焦粉、渣油加氫工藝夾帶的雜質(zhì)、三級(jí)過(guò)濾器沖刷的活性炭粉末等。有機(jī)物類雜質(zhì)來(lái)源較為復(fù)雜，一是胺液自身降解生成的有機(jī)類降解產(chǎn)物，會(huì)影響溶液脫硫性能；二是原料氣夾帶的輕烴、重?zé)N類物質(zhì)；三是部分企業(yè)采用柴油、海水等作為換熱介質(zhì)時(shí)，因換熱器管束腐蝕泄露而引入的有機(jī)污染物；四是系統(tǒng)主動(dòng)添加的消泡劑、緩蝕劑等，尤其是消泡劑的使用應(yīng)嚴(yán)格控制用量，并在投加前進(jìn)行篩選評(píng)估。熱穩(wěn)態(tài)鹽類陰離子的生成來(lái)自MDEA 降解生成的乙酸根、甲酸根、硫代硫酸根、草酸根等，以及外部引入的雜質(zhì)離子，包括磷酸根、氟離子、氯離子等。金屬陽(yáng)離子的來(lái)源包括腐蝕產(chǎn)生的鐵離子、鉻離子，胺液凈化引入的鈉離子等。
隨著胺液中固體懸浮物、油類及熱穩(wěn)定鹽類不斷積累，其品質(zhì)將顯著惡化，導(dǎo)致塔盤及換熱器堵塞、液位計(jì)指示失穩(wěn)、胺液發(fā)泡加劇等問(wèn)題，影響H2S脫除效率及運(yùn)行穩(wěn)定性。
3 節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行建議
3.1 系統(tǒng)優(yōu)化
胺液脫硫系統(tǒng)優(yōu)化主要包括工藝操作參數(shù)調(diào)整、系統(tǒng)整合及再生富胺液梯級(jí)利用等。技術(shù)人員可借助專業(yè)的流程模擬軟件，建立胺液脫硫—再生模型，對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行模擬優(yōu)化，并結(jié)合裝置實(shí)際情況調(diào)整。也可委托專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)潛在的發(fā)泡、腐蝕等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)，確保優(yōu)化方案的可靠性。
系統(tǒng)可調(diào)整的工藝操作參數(shù)主要包括貧液流量、貧液H2S 負(fù)載、胺液濃度及富液進(jìn)塔溫度等，優(yōu)化過(guò)程需以滿足凈化氣H2S 含量、脫硫塔及再生塔的水力學(xué)負(fù)荷為約束條件。在確保塔器水力學(xué)平衡的前提下，建議根據(jù)系統(tǒng)類型制定差異化優(yōu)化方案。對(duì)于非臨氫溶劑再生系統(tǒng)，其凈化氣H2S 指標(biāo)要求相對(duì)嚴(yán)格，當(dāng)H2S 含量≤5mg/m3或未檢出時(shí)，可考慮降低胺液循環(huán)量；當(dāng)H2S 含量相對(duì)較高時(shí)，則應(yīng)在嚴(yán)格控制凈化氣指標(biāo)的前提下，采取適度放寬貧液質(zhì)量要求、優(yōu)化操作溫度、提高胺液濃度等措施。對(duì)于臨氫再生系統(tǒng)，其凈化氣H2S 指標(biāo)容限相對(duì)寬松，可優(yōu)先開展胺液降量調(diào)節(jié)，過(guò)程中需關(guān)注增壓泵等設(shè)備的調(diào)節(jié)范圍。
胺液脫硫系統(tǒng)整合通常可于企業(yè)大修或擴(kuò)能改造等期間實(shí)施，盡可能實(shí)現(xiàn)富氨液集中再生處理，可按原料氣來(lái)源將再生系統(tǒng)分為臨氫、非臨氫及硫磺專用等類別。富胺液梯級(jí)利用則著眼于解決“富液不富”的問(wèn)題，建議在同一套溶劑再生系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施，保證胺液品質(zhì)均一。通常將H2S負(fù)載約為3g/L的干氣脫硫富胺液，用作循環(huán)氫脫硫的貧液或半貧液，此類優(yōu)化思路更適用于混合溶劑再生系統(tǒng)。
3.2 設(shè)備強(qiáng)化
胺液系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的強(qiáng)化包括更換高效塔內(nèi)件、采用強(qiáng)化傳質(zhì)設(shè)備及優(yōu)化換熱器等。采用抗堵抑泡塔盤替代原有塔內(nèi)件，可有效減緩發(fā)泡趨勢(shì)并減少霧沫夾帶。
中國(guó)石化大連石油化工研究院開發(fā)的SDMP系列塔盤采用立體噴射態(tài)塔盤結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的鼓泡傳質(zhì)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)氣相為連續(xù)相、液相為分散相。高速上升的氣體將塔板上的薄液層提升為環(huán)狀液膜，經(jīng)罩體側(cè)面篩孔噴射切割后實(shí)現(xiàn)氣液分離。該系列塔盤適用于加氫裝置脫硫塔、再生塔及污水汽提等場(chǎng)景。在某油田天然氣脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用表明，外輸氣H2S 含量由10mg/kg 降至2 mg/kg，脫硫塔壓降由0.02 MPa降至0.01MPa，胺液循環(huán)量由21t/h降至17 t/h，系統(tǒng)能耗降低約20%[6]。
另一類典型的強(qiáng)化傳質(zhì)設(shè)備為旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，適用于干氣脫硫等需提高選擇吸收性能的場(chǎng)合。通過(guò)離心力強(qiáng)化氣液傳質(zhì)與混合，將反應(yīng)接觸時(shí)間大幅降至0.06～0.6s，進(jìn)而減少胺液與CO2的反應(yīng)時(shí)間，降低CO2共吸率。某煉廠干氣旋轉(zhuǎn)床的中試結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)速與吸收溫度等條件，H2S含量自3.1%降至0.01%，H2S選擇性自50%提高至90%以上[7]。
3.3 脫硫劑性能提升
根據(jù)不同胺液系統(tǒng)的脫硫需求，可選用相應(yīng)的功能性脫硫溶劑。針對(duì)催化干氣等高CO2/H2S 比的氣源，可選擇位阻胺型脫硫溶劑。該類溶劑一般通過(guò)引入空間位阻基團(tuán)，降低與CO2的反應(yīng)速率，抑制胺基甲酸鹽的生成，使其與H2S、CO2的反應(yīng)速率相差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，從而利用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)差異，提高對(duì)H2S 的選擇性。向系統(tǒng)中添加相當(dāng)于胺液藏量10%的空間位阻胺脫硫劑后，可在確保凈化干氣H2S達(dá)標(biāo)的同時(shí)，使CO2共吸率降低10%～20%。滿足選擇性脫硫需求的溶劑性能要求如表2所示。
表2 選擇性脫硫劑性能要求
針對(duì)天然氣等含有機(jī)硫的脫硫場(chǎng)合，可選用脫總硫型溶劑，并根據(jù)有機(jī)硫種類調(diào)配脫硫劑配方。有機(jī)硫中COS 含量較高時(shí)，可適當(dāng)引入伯胺、仲胺或環(huán)狀叔胺等組分以提高其水解速率；若以甲硫醇為主要脫除目標(biāo)，則需篩選對(duì)硫醇具高溶解度溶劑，如嗎啉、碳酸丙烯酯、環(huán)丁砜、甲基吡咯烷酮及聚乙二醇二甲醚等，以提升對(duì)硫醇的吸收效果[8]。
3.4 熱泵技術(shù)
胺液再生塔主要采用低壓蒸汽再生，塔頂溫度約105 ℃、塔底溫度約115～120 ℃。塔頂氣大部分為水蒸氣，焓值較高，具備較好的熱泵技術(shù)實(shí)施條件。考慮胺液運(yùn)行性質(zhì)要求，可采用閉式熱泵系統(tǒng)：換熱工質(zhì)與塔頂氣換熱氣化后，經(jīng)壓縮機(jī)增壓升溫及升壓，將熱量傳遞至塔底富胺液，從而實(shí)現(xiàn)塔頂余熱回收利用，達(dá)到降低再生蒸汽消耗與塔頂空冷器負(fù)荷的節(jié)能目標(biāo)。
目前，熱泵技術(shù)在降低碳捕集能耗領(lǐng)域的研究相對(duì)較多，在胺液脫硫領(lǐng)域也已實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，如某企業(yè)硫磺裝置溶劑再生塔原使用14 t/h低壓蒸汽，擬采用合同能源管理形式建設(shè)一套規(guī)模產(chǎn)汽8 t/h的熱泵系統(tǒng)。
4 結(jié)論
胺液脫硫是目前最為成熟且應(yīng)用廣泛的大氣量氣體脫硫技術(shù)。然而，系統(tǒng)在長(zhǎng)周期運(yùn)行中仍存在再生能耗高、脫硫不達(dá)標(biāo)、發(fā)泡沖塔、設(shè)備腐蝕堵塞及胺液品質(zhì)惡化等問(wèn)題。通過(guò)系統(tǒng)性開展操作優(yōu)化、能量梯級(jí)利用，并集成熱泵技術(shù)，可有效降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。根據(jù)原料氣組成特性，優(yōu)選位阻胺、脫總硫等功能性脫硫溶劑，實(shí)現(xiàn)降低CO2共吸率、提高COS 及甲硫醇等有機(jī)硫的脫除能力。同時(shí)，采用立體噴射態(tài)塔盤等高效內(nèi)件可強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效果、提高脫硫及再生效率，減緩系統(tǒng)發(fā)泡趨勢(shì)。
胺液系統(tǒng)節(jié)能工作應(yīng)緊密圍繞其“上游保平穩(wěn)、系統(tǒng)降能耗、下游保達(dá)標(biāo)”的工藝定位展開。通過(guò)定制化的成套技術(shù)方案解決系統(tǒng)運(yùn)行瓶頸，在保障其“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”生產(chǎn)運(yùn)行的同時(shí)，進(jìn)一步降低系統(tǒng)再生能耗，提升整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
作者：李明一中石化(大連)石油化工研究院有限公司
來(lái)源：超級(jí)石化
