粗苯蒸餾系統(tǒng)腐蝕原因分析及改造措施

趙 磊

(攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司煤化工廠,四川攀枝花 617023)

粗苯蒸餾系統(tǒng)腐蝕原因分析及改造措施

趙 磊

(攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司煤化工廠,四川攀枝花 617023)

本文通過分析攀鋼煤化工廠粗苯系統(tǒng)工藝現(xiàn)狀,找出導致粗苯系統(tǒng)腐蝕泄露的主要原因,通過實施有效的工藝改造,加強操作管理,減輕了設備腐蝕情況,延長了粗苯系統(tǒng)連續(xù)運行周期,增加了企業(yè)的經濟效益。

粗苯 腐蝕 原因分析 措施

1 引言

攀鋼煤化工廠采用焦油洗油吸收工藝從焦爐煤氣中回收粗苯,焦爐煤氣洗萘采用洗苯半富油洗萘工藝,洗苯富油和洗萘富油再經過富油蒸餾使洗油再生循環(huán)使用和得到粗苯產品。煤化工廠2006年11月對粗苯系統(tǒng)進行了大修,更換腐蝕嚴重的管線,主體管線的彎頭大都更換為不銹鋼材質,并將管式爐出口富油管線更換為不銹鋼管。2007年1～5月份粗苯系統(tǒng)腐蝕泄露停產檢修頻繁,從檢修的實際情況看,整個粗苯系統(tǒng)脫苯塔、脫水塔、管式爐、貧富油換熱器以及相應管線腐蝕都比較嚴重,很多采用鑄鐵材質的塔盤腐蝕穿孔,部分管線壁厚減薄2～3 mm,嚴重影響系統(tǒng)正常穩(wěn)定生產,造成重大的經濟損失。因此,必須從整個煤氣凈化回收工藝考慮,研究造成粗苯系統(tǒng)腐蝕主要原因,從生產控制及工藝改造入手,減少系統(tǒng)腐蝕。

2 粗苯系統(tǒng)工藝介紹

2.1 富油脫苯工藝介紹

洗苯塔富油經粗苯油汽換熱器與脫苯頂苯汽換熱后,經過貧富油換熱器預熱后進入脫水塔閃蒸脫水。脫水塔頂部油氣、水汽經冷凝器冷卻后進入脫水塔油水分離器,分離水進入地下槽由泵送冷凝工序,分離的油進入粗苯貯槽。脫水后富油經泵加壓送至管式爐加熱到185～190℃后進入脫苯塔,其中1%～2%熱富油進入再生器經過熱蒸汽直接蒸吹,頂部氣相進入脫苯塔與脫苯塔頂苯汽依次經油氣換熱器和粗苯冷凝器冷卻,冷凝液進入粗苯油水分離器,其分離水經控制分離器進入地下槽由泵送冷凝工序,粗苯滿流至粗苯大槽,一部分作為脫苯塔回流液外,其余為兩苯塔原料。脫苯塔底貧油經全焊板式貧富油換熱器與粗苯油汽換熱器來的富油換熱冷卻后進入脫苯塔底貧油槽,再經泵加壓經貧油冷卻器冷卻后進入洗苯塔洗苯,約200～220 m3/h的冷貧油進入一系洗苯塔洗苯,約60～80 m3/h的貧油進入二系洗苯塔洗苯。

兩苯塔底采出萘油進入萘溶濟油槽,定期送焦油工段。兩苯塔頂輕苯蒸氣經冷凝器冷卻后進油水分離器,分離水進地下槽,輕苯進輕苯回流柱,滿足回流剩余的輕苯進輕苯貯槽,送初鎦塔處理。其工藝流程圖見圖1。

圖1 富油脫苯工藝流程圖

2.2 粗苯循環(huán)洗油工藝介紹

脫苯后的貧油分別送至兩系洗苯塔洗滌煤氣中的苯,從一系洗苯塔連續(xù)采出的洗苯富油10～20 m3/h送至一系洗萘塔洗滌煤氣中的萘,從二系2#洗苯塔連續(xù)采出的洗苯半富油10～20 m3/h送至二系洗萘塔洗滌煤氣中的萘,保證兩系出廠煤氣含萘≤0.25 g/Nm3;兩系洗萘塔通過液位自動調節(jié)將洗萘后的富萘油采出送至富萘油脫水槽加溫、破乳、脫水,使富萘油含水≤4%后,送入二系洗苯塔底,與洗苯富油一同進入粗苯系統(tǒng)脫苯處理,其工藝流程圖見圖2。

圖2 粗苯循環(huán)洗油系統(tǒng)工藝流程圖

3 粗苯系統(tǒng)腐蝕情況

粗苯系統(tǒng)于2006年3月份進行擴能改造,設計處理能力最高為320 m3/h,在實際生產過程中由于粗苯系統(tǒng)腐蝕泄露嚴重,系統(tǒng)經常因為腐蝕原因停產,見表1。

表1 2007年1～5月粗苯系統(tǒng)停產統(tǒng)計情況

從上表可知,粗苯系統(tǒng)粗苯產量約按3.5 t/h,從2007年1～5月粗苯系統(tǒng)因腐蝕泄露非計劃停產損失粗苯產量283×3.5=990.5 t。

2006年粗苯系統(tǒng)擴能改造完至2007年12月期間,從粗苯系統(tǒng)檢修情況看,脫苯塔、脫水塔、貧富油換熱器設備和洗油主體管線彎頭和法蘭連接處也經常腐蝕穿孔,迫使粗苯系統(tǒng)非計劃停產檢修次數(shù)增多,同時增加了系統(tǒng)環(huán)保、安全生產工作壓力。

4 粗苯腐蝕的理論基礎

前蘇聯(lián)研究工作認為:粗苯系統(tǒng)腐蝕,其主要是當焦爐煤氣凈化過程中,由于操作及工藝原因,腐蝕性物質不可能完全地除去,而帶入洗油中。在洗油加熱過程中分解出硫化氫、氯化氫、氰化氫、硫氰化氫等腐蝕性物質,對脫苯蒸餾設備產生嚴重的腐蝕作用。脫苯蒸餾設備特別是脫苯塔和高溫段洗油主體管線彎頭和法蘭的腐蝕速度,隨著溫度的增高,腐蝕性物質分解速度亦加快,設備的腐蝕也就隨溫度的增高而愈趨劇烈。

試驗結果表明,洗油中大部分含硫化合物,當有蒸汽存在的情況下,加熱到140℃以上時,含硫化合物即分解,并析出硫化氫。當無蒸汽存在時,洗油溫度越高,含硫化合物分解時所析出的硫化氫量越大,如圖3所示。

圖3 洗油溫度和分解出的硫化氫量的關系

為了研究有水蒸汽存在的情況下硫化氫對A3鋼的腐蝕作用,曾進行了一系列試驗,圖4中的曲線1即示出了硫化氫對A3鋼的腐蝕率與溫度的關系。干硫化氫氣體從140℃開始與A3鋼反應,當溫度在200℃和高于200℃時腐蝕率急劇增長。在150℃～200℃范圍內,往硫化氫中加入水蒸汽,腐蝕率則有稍許增大。在沸騰的水中硫化氫對A3鋼的腐蝕深度達6.2 mm/a,而在汽相中并在100℃時水蒸汽冷凝的情況下,對A3鋼的腐蝕深度高達9.2 mm/a。這些數(shù)據(jù)表明硫化氫是引起脫苯塔中腐蝕過程的非常強的一種腐蝕性物質。

圖4 腐蝕率與溫度的關系

H2S腐蝕為金屬與酸反應,其反應式為[1]:

氨本身不是腐蝕劑,然而洗苯塔前煤氣中有氨存在能促使洗油強烈地吸收硫化氫,從而使腐蝕過程大大強化。洗油中腐蝕性物質可根據(jù)粗苯分離水中腐蝕性物質的含量來判斷,因為通過粗苯蒸餾系統(tǒng)的大部分腐蝕性物質均溶解在分離水中,見表2。

表2 2007年5月粗苯分離水含氨情況

5 粗苯系統(tǒng)蝕腐原因分析

5.1 洗萘操作的影響

5.1.1 一系洗萘操作的影響

一系洗萘塔設置在煤氣鼓風機前、電捕焦油器后,煤氣經過初冷器冷卻后溫度為30～34℃,而洗苯富油溫度一般為30～32℃,由于洗萘富油加熱調整不及時,在洗萘的同時又將煤氣中的HCN,H2S、NH3等腐蝕性介質洗下來,一系富萘油含HCN、H2S、NH3等腐蝕性介質見表3。

表3 2007年一系富萘油標定結果

5.1.2 二系洗萘操作的影響

二系終冷洗萘塔設置在煤氣鼓風機后,電捕焦油器前。實際生產中,二系初冷器后煤氣集合溫度長期穩(wěn)定控制在21～23℃是不可能的,生產上煤氣集合溫度一般為27～30℃,二系鼓風機后煤氣溫度一般為35～46℃。而洗苯富油進洗萘塔溫度僅為30～33℃,經板式冷卻器冷卻后的洗萘半富油溫度更低,只有23～26℃,比進洗萘塔煤氣溫度低10～15℃,煤氣中必然有一部分冷凝水析出進入終冷循環(huán)油中,部分H2S、NH3、HCN等腐蝕性介質也溶于洗油中,見表4。

表4 2007年二系富萘油標定結果

5.2 富萘油脫水操作的影響

兩系洗萘后的富萘油進入二系兩個脫水槽,在脫水槽內通過加水破乳后送入洗苯塔底部,槽內的分離水若不及時排出,富萘油脫水后含水≥4%,大量腐蝕性介質將隨富油進入粗苯系統(tǒng),見表5。

表5 2007年富萘油脫水槽出口富萘油質量標定

從上表分析結果看,脫水破乳后富萘油中H2S、NH3、水分含量偏高,而H2S、NH3又極易溶于水,隨富萘油進入粗苯系統(tǒng),對系統(tǒng)造成嚴重腐蝕。

5.3 富萘油帶渣影響

2007年初,煤化工廠焦爐運用裝煤除塵工藝以來,由于荒煤氣中的小顆粒煤粉及焦渣增加,使得兩系洗萘塔采出富萘油帶渣較多、粘度增大,見表6。富萘油在脫水槽的脫水破乳效果不好,導致帶渣較多的富萘油進入粗苯蒸餾系統(tǒng),貧富油換熱器內油相堵塞嚴重(2007年5月在檢修2#貧富油換熱器時,從該換熱器的貧油和富油相清除油渣約500 kg)。加之貧富油換熱器內油相油膜層加厚,大大降低了換熱效率,換熱后富油溫度只能維持在100～115℃,使得富油在脫水塔內的脫水效果差,大量腐蝕性物質進入高溫段管線和設備,造成管線和設備的腐蝕嚴重。

表6 2007年富萘油脫水槽進、出口富萘油標定

5.4 脫硫、洗氨、洗苯工藝的影響

5.4.1 一系脫硫、洗苯工藝的影響

由于一系只是在終冷塔內進行加堿粗脫硫,終冷塔分為上下兩段,上段為粗脫硫段,下段為終冷段,盡管洗苯工藝要求貧油溫度比煤氣溫度高1～2℃,但煤氣經終冷塔后仍有少量的水分冷凝后進入洗油中,而H2S也隨水分進入富油系統(tǒng),見表7。若洗苯貧油溫度>煤氣進塔溫度,腐蝕性介質進入洗苯富油的含量將更多。

表7 2007年一系洗苯富油標定結果

5.4.2 二系脫硫洗氨、洗苯工藝的影響

二系煤氣凈化采用AS脫硫洗氨工藝,洗氨塔后含氨約為0.07～0.12 g/Nm3,含硫化氫約為0.80～1.21 g/Nm3。由于AS脫硫洗氨工藝的運行不穩(wěn)定,脫硫洗氨效率不高,造成煤氣中大量腐蝕性介質進入洗苯塔洗苯富油中,見表8。

表8 2007年5～9月標定進入二系洗苯富油中NH3、H2S含量

6 降低粗苯系統(tǒng)腐蝕操作調整及改造措施

從以上分析可之,為防止和降低粗苯系統(tǒng)腐蝕主要是減少腐蝕性介質進入粗苯系統(tǒng)和穩(wěn)定洗苯富油進入脫水塔的溫度在125～130℃,主要從以下幾方面采取措施進行改進:

6.1 生產控制調整

6.1.1 降低初冷器后煤氣溫度

初冷器后的煤氣溫度越高,煤氣中的含萘就越高,達到同樣的洗萘效果兩系需要置換的洗油就越多,帶到脫水槽的腐蝕性介質也越多,在洗萘塔中冷凝的水也越多,因此初冷器后的煤氣溫度高于洗萘循環(huán)油溫度,將造成大量的腐蝕性介質帶入脫水槽。由于目前初冷器運行條件原因(夏季循環(huán)冷卻水溫度較高及制冷水不夠用),初冷器出口煤氣集合溫度控制為:一系30℃左右,二系31℃,必須根據(jù)進入兩系洗萘塔的洗苯富油溫度及時使用加熱器,保證進洗萘塔的洗苯富油溫度高于煤氣溫度2～3℃。

6.1.2 一系洗萘工藝改為間歇采油

一系洗萘塔補洗苯富油設計15 t/h,通過計算在煤氣集合溫度低于28℃,每天僅需置換洗萘富油約6 t;在煤氣集合溫度32℃以下,每天僅需置換約42 t,降低富萘油脫水槽破乳脫水負荷,使脫水后富萘油含水<4%,一系洗萘補油操作調整后,大大減少進入粗苯系統(tǒng)的腐蝕介質,見表9、表10。

表9 2007年12月脫水槽出口富萘油含水情況

表10 2007年11月粗苯分離水含氨統(tǒng)計

通過調整一系洗萘操作,減少了富萘油脫水槽負荷,有效降低富萘油含水,脫水后富萘水分由12.0%降至2.04%,從而粗苯分離水含氨由2.02 g/l降至1.39 g/l,降低了帶入粗苯蒸餾系統(tǒng)的腐蝕性物質。

6.1.3 嚴格控制兩系洗苯溫度

加強兩系洗苯煤氣溫度的控制,一系終冷后洗苯煤氣溫度控制在26℃,貧油溫度控制在28℃;二系要加強洗氨和洗苯系統(tǒng)的聯(lián)系,保證洗氨塔后洗苯煤氣控制在26℃,貧油溫度控制在28℃。特別是要及時調節(jié)貧油溫度,不能出現(xiàn)洗苯貧油溫度高于煤氣溫度現(xiàn)象,防止煤氣中大量水蒸氣冷凝進入洗苯富油中。

6.2 工藝改造措施

6.2.1 增加富萘油脫渣工藝

在兩系洗萘塔采出的富萘油進入富萘油脫水槽之前設置富萘油脫渣槽,增加富萘油的靜置停留時間,利用重力沉降法去除懸浮在富萘油中的大量焦粒和煤粉。

表11 2007年富萘油脫水槽進、出口富萘油標定

由表11可見,增加了富萘油靜置沉降脫渣處理后,脫水槽出口富萘油含渣量由以前8.1%降低至5.13%,有效改善了富萘油質量,保證了后部富油過濾效果和降低了粗苯系統(tǒng)貧富油換熱器堵塞及換熱效率低的情況。

6.2.1 增加洗苯富油過濾工藝

由于洗油在洗苯過程中吸收苯族烴的同時還吸收了一些不飽和化合物,這些不飽和化合物在煤氣中的噻吩、硫醇等硫化物的作用下,聚合成高分子聚合物并溶解在洗油中,因而使洗油質量變壞并析出沉淀物[2]。由于系統(tǒng)洗油循環(huán)量較大,洗油中懸浮物粒徑過小,采用重力沉降法無法有效去除循環(huán)洗油中懸浮物,只能采用過濾方式去除循環(huán)洗油中懸浮物,因此在洗苯富油進入粗苯系統(tǒng)前,自主設計安裝了一種富油過濾裝置,見圖5,對洗苯富油進行連續(xù)過濾,見圖6。

圖5 洗苯富油過濾裝置工藝圖

圖6 洗苯富油過濾工藝

在富油進入粗苯系統(tǒng)前采用過濾的方式除去貧富油中的油渣工藝后,提高貧富油換熱器的換熱效率,降低貧富油換熱器的清掃頻率;富油進入脫水塔溫度保持在125～130℃,有效提高富油在脫水塔內的閃蒸脫水效果,減少腐蝕性物質進入富油高溫段。

7 達到效果

通過實施以上措施,脫水槽送入粗苯系統(tǒng)的富萘油含水由10%左右降到了≤4%左右,貧富油換熱后富油溫度達到了130℃左右,粗苯系統(tǒng)的設備腐蝕大大減輕,從2008年3月粗苯系統(tǒng)檢修完運行至2009年7月未出現(xiàn)系統(tǒng)腐蝕停產檢修情況,粗苯系統(tǒng)連續(xù)運行周期大大延長,增加了粗苯產品產量。

8 結束語

8.1 本文通過分析攀鋼煤化工廠粗苯系統(tǒng)工藝現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)粗苯系統(tǒng)現(xiàn)存的腐蝕泄漏嚴重問題,主要是工藝上存在問題,導致大量腐蝕性物質進入到系統(tǒng)中,造成系統(tǒng)設備、管線腐蝕泄漏。

8.2 通過對各部分系統(tǒng)存在的操作和工藝問題分析研究,找出對粗苯系統(tǒng)造成腐蝕的影響因素,并采取有效的改造措施及加強操作管理,使脫水槽送入粗苯系統(tǒng)的富萘油含水由10%左右降到了≤4%左右,貧富油換熱后富油溫度達到了130℃左右,并保證了兩系洗苯溫度的控制,大大減輕了系統(tǒng)設備腐蝕情況,延長了粗苯系統(tǒng)連續(xù)運行周期,增加了企業(yè)的經濟效益。

1.時鈞等主編.化學工程手冊[M].化學工業(yè)出版社,1996,1:14～56,57.

2.何建平主編.煉焦化學產品回收與加工[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005,5.

THE RUDE BENZENE D ISTILLS SYSTE MATIC CORROSION ANALYSIS OF CAUSES AND REFOR MSMEASURE

Zhao Lei
(Panzhihua Iron and Steel Group,Panzhihua Steel and Vanadium Co.,Ltd.Coal Chemical Plant,Panzhihua,Sichuan 617023,China)

The paper analyzes the benzene system processes status of the Panzhihua Coal Chemical Plant,find the main reason for leaking of corrosion the system.We through implemented the effective reform and strengthen the management of operation,reducing equipment corrosion,extending the continuous operation cycle the system,increased the economic efficiency of enterprises.

the rude benzene,corrosion,analysis of causes,measure

2010-03-04

趙磊,男,從事煤化工生產技術安全環(huán)保工作。