負(fù)壓技術(shù)在脫苯中的應(yīng)用

*張紀(jì)民 馮海軍 郭熊熊 張 方

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 引言

隨著社會的發(fā)展以及國家節(jié)能減排政策的發(fā)展和不斷強(qiáng)化，節(jié)能減排已成為所有企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。焦化作為高耗能高污染行業(yè)之一，一直致力于打造環(huán)境友好型、生產(chǎn)節(jié)約型的綠色焦化，節(jié)能減排歷來也是工作重中之重。如何減少蒸餾脫苯的能源消耗，提高輕苯的回收效率，降低輕苯分離水的排放，是目前各焦化廠積極探討并付諸實(shí)施的熱點(diǎn)。

1 概況

安鋼焦化廠現(xiàn)有蒸餾脫苯裝置兩套，煤氣處理能力分別為70000 Nm3/h 和55000 Nm3/h，均為常壓脫苯工藝。針對常壓蒸餾脫苯工藝在生產(chǎn)過程中蒸汽消耗量大，產(chǎn)生的粗苯分離廢水多，貧油含苯量高，回流比大，操作負(fù)荷高，能量損失大的問題，在3#焦?fàn)t改擴(kuò)建工程配套的煤氣凈化系統(tǒng)蒸餾脫苯裝置采用了負(fù)壓脫苯工藝。該工藝由鞍山焦耐院設(shè)計，設(shè)計處理煤氣能力為120000 Nm3/h，于2012年10 份建成投產(chǎn)。自投產(chǎn)以后，經(jīng)過3 個月對系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)試和系統(tǒng)標(biāo)定，逐步完善工藝指標(biāo)和流程，于2013年2 月份實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，在節(jié)約蒸汽，減少分離水外排降低操作負(fù)荷上，逐步達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。

2 負(fù)壓脫苯的原理及工藝流程

2.1 負(fù)壓脫苯技術(shù)的原理

負(fù)壓脫苯技術(shù)是利用降低液面壓力實(shí)現(xiàn)降低液體沸點(diǎn)的原理，將常壓介質(zhì)在減壓塔內(nèi)進(jìn)行分餾，降低其蒸餾沸點(diǎn)。負(fù)壓脫苯采用真空裝置在塔頂抽出不凝氣，降低塔內(nèi)整個液面壓力，使其達(dá)到負(fù)壓狀態(tài)，從而降低供應(yīng)熱量，同時使分離效果明顯增加。負(fù)壓脫苯技術(shù)的核心一是降低塔內(nèi)氣壓，降低苯沸點(diǎn)，節(jié)省用于蒸餾的熱量;二是改變常壓脫苯工藝采用大量蒸汽作為蒸餾熱源而產(chǎn)生大量分離水的弊端。

2.2 負(fù)壓脫苯的工藝流程

來自終冷洗苯工段的含苯富油依次與脫苯塔底排出的熱貧油在一段、二段貧富油換熱器換熱后進(jìn)入管式爐，經(jīng)管式爐加熱至190℃后進(jìn)入負(fù)壓脫苯塔脫苯。脫苯塔底貧油共分為兩部分。①熱貧油經(jīng)熱貧油泵抽出送至一段、二段貧富油換熱器換熱，再經(jīng)一段、二段貧油冷卻器冷卻后進(jìn)入終冷洗苯工段。②從脫苯塔底經(jīng)脫苯塔底熱貧油泵引出1%～1.5%的熱貧油，送至再生塔進(jìn)行再生。再生塔熱源由管式爐后過熱蒸汽提供，再生后的高溫渣油通過再生器排渣閥排入殘渣槽，再由殘渣泵送往機(jī)械化澄清槽。

塔頂輕苯蒸汽經(jīng)輕苯冷凝冷卻器冷凝冷卻后進(jìn)入輕苯氣液分離槽，輕苯氣液分離槽下部連接油水分離器，經(jīng)油水分離器分離出的輕苯后進(jìn)入回流柱，在回流柱內(nèi)一部分經(jīng)回流泵打回脫苯塔頂回流，另一部分送到輕苯中間槽。輕苯中間槽中輕苯經(jīng)輕苯產(chǎn)品泵外送。分離出的分離水進(jìn)入地下水槽，經(jīng)液下泵送至終冷塔上段循環(huán)液泵前管道，進(jìn)入終冷塔。

脫苯塔內(nèi)的負(fù)壓系統(tǒng)由真空泵提供。從輕苯氣液分離槽頂部引出管道與真空泵連接，由真空泵將氣液分離槽后的不凝氣體抽出送往終冷塔前煤氣管道。負(fù)壓脫苯的工藝流程如圖1 所示。

圖1 負(fù)壓脫苯工藝流程

3 實(shí)際應(yīng)用

脫苯工藝當(dāng)中，富油脫苯后的洗油含苯量、直接蒸汽消耗量以及洗油消耗量是衡量一套工藝優(yōu)劣的重要指標(biāo)。

3.1 貧油含苯量

貧油含苯量的高低，直接影響著貧油對苯的吸收效率。過高的貧油含苯量，會導(dǎo)致洗苯塔后煤氣含苯量高，使得本應(yīng)該回收的苯原料白白流失。因此，蒸餾脫苯后，貧油的含苯量成為衡量一套工藝的重要指標(biāo)之一。

根據(jù)亨利定律，在一定的溫度下，溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)的在氣相中的平衡分壓與其在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，即:苯在脫苯塔內(nèi)的分壓是由苯在洗油中摩爾分?jǐn)?shù)決定的。對于脫苯塔而言，在一定的富油含苯(溶質(zhì)在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù))和富油預(yù)熱溫度(亨利系數(shù))情況下，輕苯蒸汽在脫苯塔中的分壓是由脫苯塔塔頂壓力決定的，即脫苯塔塔頂壓力決定脫苯塔內(nèi)貧油含苯量。

負(fù)壓脫苯工藝中，在氣液分離槽后設(shè)置了真空泵，用于為脫苯塔內(nèi)提高負(fù)壓環(huán)境，將脫苯塔頂壓力降低到－60 kPa，從而能有效的降低脫苯塔內(nèi)苯在脫苯塔內(nèi)的分壓，進(jìn)而降低貧油含苯量。

3.2 蒸汽消耗量

在蒸餾操作過程中，加入直接蒸汽有兩個目的，一是降低各組分的分壓。根據(jù)道爾頓定律，當(dāng)塔內(nèi)總壓一定時，氣相中水蒸汽所占的分壓愈高，則粗苯和洗油的蒸汽分壓愈低，即在相對較低的蒸餾溫度下，可將粗苯較完全的從洗油中蒸餾出來;二是為脫苯塔蒸餾過程提供熱源。富油是洗油和粗苯完全互溶的混合物，通常將其看作理想溶液，氣相平衡關(guān)系服從拉烏爾定律，因富油中苯族烴的各組成的摩爾分?jǐn)?shù)很小(粗苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%左右)在較低的溫度下很難將苯族烴的各種組分從液相中較充分的分離出來。用一般的蒸餾方法，從富油中把粗苯較充分的分離出來，且達(dá)到所需要的脫苯程度，需要將富油加熱到250℃～300℃，在這樣高的溫度下，粗苯的損失增加，洗油的相對分子質(zhì)量增大，質(zhì)量變壞，對粗苯吸收能力下降，這實(shí)際上是不可行的，為了降低富油的脫苯溫度采用水蒸汽蒸餾。

在負(fù)壓脫苯工藝中，由于采用外部能量，將脫苯塔塔頂壓力降到－60 kPa，在一定的富油預(yù)熱和過熱蒸汽溫度條件下，脫苯塔內(nèi)總壓降低，使得各部分的分壓也隨著降低，同時由于脫苯塔的負(fù)壓，保證了脫苯塔在較低的溫度下運(yùn)行，因此，脫苯塔直接蒸汽進(jìn)氣量也會相應(yīng)的降低。

3.3 洗油消耗量

在蒸餾脫苯過程中，為了保證洗油質(zhì)量，將洗油循環(huán)量的1.5%進(jìn)入再生器進(jìn)行再生。在再生器中，洗油中的輕組分會被管式爐加熱到400℃的蒸汽吹出進(jìn)入脫苯塔循環(huán)利用，而重組分則從再生器底部排出。

負(fù)壓脫苯工藝中，也保留常壓蒸餾時直接蒸汽再生的單元。由于再生器直接與脫苯塔相連，使得再生器內(nèi)的壓力也是負(fù)壓。 在負(fù)壓脫苯工藝中，洗油在再生器內(nèi)的再生溫度為150℃。在保證有效的洗油再生效果的條件下，減少高溫下洗油的聚合反應(yīng)發(fā)生。

4 應(yīng)用效果

負(fù)壓脫苯工藝的應(yīng)用，在貧油含苯量、蒸汽消耗量和洗油消耗量上取得了明顯的效果。從負(fù)壓脫苯工藝投產(chǎn)以后，對貧油含苯量、蒸汽消耗量和洗油消耗量進(jìn)行了連續(xù)十周統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

由表1 可以看出，負(fù)壓技術(shù)在脫苯中的應(yīng)用后，貧油含苯量、蒸汽消耗量和洗油消耗量平均為1.07%、1.05 t/t 苯和49.6 kg。

5 結(jié)語

負(fù)壓脫苯工藝在安鋼焦化廠經(jīng)近一年的運(yùn)行，該工藝在節(jié)約直接蒸汽量，降低貧油含苯量，減少分離水外排以及提高輕苯產(chǎn)量上有顯著地效果，但是還存在如真空泵后壓力偏大和再生器排渣操作復(fù)雜的問題，需要進(jìn)一步完善。同時由于負(fù)壓脫苯工藝在設(shè)備上幾乎與常壓脫苯一致，所以在常壓脫苯工藝改負(fù)壓脫苯工藝方面，有著廣闊的應(yīng)用前景。

表1 負(fù)壓脫苯工藝中貧油含苯量、蒸汽消耗量和洗油消耗量

［1］譚天恩，麥夲熙，丁慧華.化工原理.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:75－76.