芳烴抽提蒸餾裝置生產(chǎn)運(yùn)行問題分析

蘇健，朱曉東

（1.四川石化公司生產(chǎn)三部，四川成都611930；2.獨(dú)山子石化公司煉油廠，新疆獨(dú)山子833600）

生產(chǎn)與技術(shù)改造

芳烴抽提蒸餾裝置生產(chǎn)運(yùn)行問題分析

蘇健1，朱曉東2

（1.四川石化公司生產(chǎn)三部，四川成都611930；2.獨(dú)山子石化公司煉油廠，新疆獨(dú)山子833600）

文章針對(duì)目前困擾芳烴抽提蒸餾裝置正常運(yùn)行的問題，通過化工計(jì)算軟件繪出各種操作條件下環(huán)丁砜溶劑的特性曲線，進(jìn)而找出問題的根源，并提出相應(yīng)技術(shù)改造措施,希望為今后裝置平穩(wěn)運(yùn)行和改造提供參考。

芳烴；抽提蒸餾；環(huán)丁砜；特性

1 裝置及工藝流程簡(jiǎn)介

1.1 裝置簡(jiǎn)介

獨(dú)山子煉油廠重整加氫聯(lián)合車間抽提蒸餾裝置于2003年8月9日一次試車投產(chǎn)成功，年處理乙烯裂解汽油12.25×104t。采用國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)開發(fā)的環(huán)丁砜+助溶劑的抽提蒸餾分離芳烴工藝技術(shù)，直接生產(chǎn)苯產(chǎn)品。該工藝以環(huán)丁砜+助溶劑為復(fù)合溶劑，增強(qiáng)溶劑體系對(duì)C6組份的溶解能力，使抽提蒸餾塔的操作平穩(wěn)，易于控制；助溶劑的加入，使得溶劑回收塔在相同的苛刻操作條件下,貧溶劑中的苯含量顯著降低，從而使芳烴收率得到明顯提高。生產(chǎn)運(yùn)行10年過程中，逐漸出現(xiàn)了諸多問題：溶劑再生系統(tǒng)操作不穩(wěn)定、循環(huán)溶劑質(zhì)量差、設(shè)備腐蝕泄漏、芳烴回收率低、溶劑回收塔操作不穩(wěn)定等一系列問題，嚴(yán)重影響了裝置的正常運(yùn)行。文章通過對(duì)抽提蒸餾裝置生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行深度分析，找出目前的解決辦法并提出相應(yīng)技術(shù)改造措施，希望為今后裝置平穩(wěn)運(yùn)行和擴(kuò)能改造提供參考。

1.2 抽提蒸餾工藝流程

芳烴抽提蒸餾裝置包括：預(yù)分餾、抽提蒸餾、溶劑回收和溶劑再生共4部分。裂解汽油經(jīng)預(yù)分餾塔切割出C6餾份，塔頂C6餾份與貧溶劑換熱后進(jìn)入抽提蒸餾塔中部，在復(fù)合溶劑的作用下，非芳烴從塔頂蒸出得到抽余油，作為非芳烴產(chǎn)品出裝置，抽提蒸餾塔底的富溶劑進(jìn)入回收塔進(jìn)行苯和溶劑分離，塔頂出苯產(chǎn)品，塔底貧溶劑循環(huán)回抽提蒸餾塔。部分溶劑進(jìn)行減壓再生，以保持其良好的性能和溶劑系統(tǒng)的潔凈。工藝流程見圖1。

圖1 抽提蒸餾工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.1Extractive distillation process flow diagram

2 存在問題及原因分析

2.1 助溶劑逐漸減少、溶劑質(zhì)量差

溶劑再生系統(tǒng)投用后,溶劑中助溶劑含量由開工初期的15%在短時(shí)間內(nèi)下降到6%，損失嚴(yán)重，目前裝置溶劑系統(tǒng)已經(jīng)不含有助溶劑成份。同時(shí)溶劑再生系統(tǒng)問題突出表現(xiàn)在處理量小（僅為0.9t·h-1，設(shè)計(jì)值1.5t·h-1）和再生的溶劑質(zhì)量差，系統(tǒng)溶劑酸化速度快（見圖2），抽提性能下降，嚴(yán)重腐蝕管線設(shè)備，已不能滿足裝置運(yùn)行要求。開工后溶劑系統(tǒng)pH值變化見圖2。 2006年5月，抽提蒸餾塔回流罐因腐蝕多處泄漏，塔頂水冷卻器管束腐蝕泄漏，回流泵拆開檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)葉輪腐蝕嚴(yán)重，出口管線被大量溶劑降解物堵塞，造成裝置停工檢修。

圖2 環(huán)丁砜溶劑pH值變化曲線圖Fig.2pH value curve for sulfolane solvent

抽提蒸餾溶劑再生工藝采用抽真空蒸餾法，由于環(huán)丁砜在高溫下會(huì)發(fā)生降解,因此再生系統(tǒng)采用負(fù)壓操作，通過降低復(fù)合溶劑蒸餾的沸點(diǎn),使復(fù)合溶劑汽化，實(shí)現(xiàn)揮發(fā)物和非揮發(fā)物的分離，達(dá)到溶劑再生的目的[1]。

溶劑再生系統(tǒng)在表壓20kPa高真空操作條件下，溶劑再生罐溫度在176℃左右時(shí)，再生溶劑全部以汽相形式進(jìn)入溶劑再生冷凝器。按照原工藝設(shè)計(jì)，再生溶劑在再生冷凝器內(nèi)全部冷凝，同時(shí)在再生冷凝器內(nèi)形成一定液封。而實(shí)際操作中再生溶劑量波動(dòng)較大，液封無法實(shí)現(xiàn),同時(shí)溶劑再生冷后溫度大幅波動(dòng)，冷后溫度經(jīng)常超出80℃，部分再生溶劑以汽相流出再生冷凝器時(shí)，被抽真空蒸汽夾帶至安全放空系統(tǒng)。這其中助溶劑由于組份較輕，損失較大，直接造成了溶劑系統(tǒng)助溶劑含量的逐漸下降。同時(shí)由于助溶劑從抽真空系統(tǒng)隨水逐漸排出，造成裝置內(nèi)彌滿刺激氣味,對(duì)人和環(huán)境的安全造成了很大影響。

再生罐D(zhuǎn)-3106屬于臥式容器，再沸器E-3110為插入式，再沸器與罐底間距離?。s150mm），容垢空間和納垢能力較小。采用220℃、2.2MPa蒸汽進(jìn)行加熱，產(chǎn)生的積垢物逐漸增加后影響再沸器管束的傳熱效果，為保證再生溶劑量，又不斷增加蒸汽量，導(dǎo)致管束周圍的局部溫度較高，存在高溫分解現(xiàn)象，因此造成系統(tǒng)溶劑再生量逐漸下降，再生效果差，系統(tǒng)中環(huán)丁砜溶劑劣化嚴(yán)重等現(xiàn)象。

2.2 溶劑回收塔無法建立穩(wěn)定的熱虹吸

裝置開工生產(chǎn)運(yùn)行初期，抽提回收塔再沸器加熱蒸汽量波動(dòng)大，與塔內(nèi)介質(zhì)傳熱效果差，經(jīng)常出現(xiàn)再沸器進(jìn)、出口溫差大，塔底溫度低于正常工藝指標(biāo)現(xiàn)象，造成生產(chǎn)操作波動(dòng)，產(chǎn)品無法持續(xù)合格進(jìn)罐。為了保證再沸器的正常操作，車間將一股苯產(chǎn)品引入溶劑回收塔底的再沸器入口，保證裝置的運(yùn)行。

抽提回收塔的再沸器為外置立式熱虹吸再沸器，采用220℃、2.2MPa蒸汽進(jìn)行加熱。純環(huán)丁砜溶劑在塔內(nèi)負(fù)壓條件下沸點(diǎn)為250℃，在塔內(nèi)175℃的操作條件下無法形成汽相，而由于助溶劑的存在，形成的共沸物使復(fù)合溶劑沸點(diǎn)降低，可以達(dá)到、滿足熱虹吸的要求。但是由于開工后助溶劑在再生系統(tǒng)的大量損失，導(dǎo)致復(fù)合溶劑中基本無助溶劑，因此，環(huán)丁砜溶劑在回收塔內(nèi)無法建立正常的熱虹吸操作。

2.3 抽提蒸餾塔頂抽余油苯含量高

抽提蒸餾裝置于2003年開工后，車間對(duì)裝置進(jìn)行了標(biāo)定，抽余油產(chǎn)品純度為85.4%，而目前抽提蒸餾裝置抽余油中苯含量保持在40%～50%之間，與2003年標(biāo)定16.4%分析相差較大。目前，裝置抽余油苯含量明顯偏高，不能作為調(diào)和汽油組份外送石腦油罐，因此，車間將這部分抽余油改入液-液抽提裝置的B系列抽提塔，作為抽余油配比料，但這樣同時(shí)造成了B系列加工量的下降和整個(gè)裝置的能耗上升。

2.3.1 貧溶劑中帶苯的影響溶劑回收塔主要分離苯和回收溶劑，為了維持塔底的熱虹吸，改善塔底的傳熱效果，同時(shí)防止溶劑局部高溫而產(chǎn)生的分解，在無助溶劑的情況下向再沸器中注入適量的苯產(chǎn)品，維持熱虹吸操作。圖3為壓力130kPa（表壓）、溫度170℃條件下，環(huán)丁砜含苯量和汽化率的曲線圖。

圖3 環(huán)丁砜含苯量和汽化率曲線圖Fig.3Bnzene content versus and sulfolane vaporization rate graph

從圖3可以看出，為了保證熱虹吸操作，貧溶劑中必然帶苯。因此部分苯隨貧溶劑進(jìn)入抽提蒸餾塔的第72層上部塔盤，而貧溶劑進(jìn)塔的溫度控制在125℃，導(dǎo)致貧溶劑中的苯直接蒸發(fā)汽化，隨塔內(nèi)汽相的非芳烴聚集于塔頂，造成塔頂抽余油苯含量過高。

2.3.2 溶劑比的影響助溶劑在環(huán)丁砜溶劑中不僅可以降低共沸物的沸點(diǎn)，同時(shí)可以改善環(huán)丁砜溶劑對(duì)苯的溶解度和選擇性，但是由于助溶劑的損失，導(dǎo)致相同溶劑比下對(duì)苯的溶解度下降，塔頂抽余油中苯含量上升。相同碳數(shù)的環(huán)烷烴和芳烴的沸點(diǎn)隨溶劑含量的降低而下降。為了保證苯產(chǎn)品的收率，只有通過增加溶劑比來提高對(duì)苯的溶解度，但過大的溶劑比不僅增加了過程能耗,同時(shí)又造成塔的液相負(fù)荷偏大,為滿足一定的抽提效果，致使塔底蒸汽耗量增加。

抽提蒸餾塔回流的作用是降低塔頂抽余油中的溶劑含量，而非提高塔的精餾效果[2]。塔底液相負(fù)荷的增加，勢(shì)必造成汽相負(fù)荷上升，回流比增加，不僅使溶劑選擇性降低，而且容易產(chǎn)生液液兩相，使操作不穩(wěn)定，因此，塔內(nèi)過大的汽液相負(fù)荷同時(shí)也會(huì)造成抽余油中苯含量增加。

2.4 貧溶劑泵自停

為了提高抽余油純度，操作上增加了溶劑比，但是經(jīng)常導(dǎo)致貧溶劑泵由于負(fù)荷過大，出現(xiàn)超載、自停的現(xiàn)象。操作中只能規(guī)定最大的貧溶劑量，如果提高裝置加工量，就會(huì)降低抽提蒸餾塔的溶劑比，造成抽余油中苯含量的上升。

3 采取技術(shù)措施及建議

3.1 改變?nèi)軇┰偕绞?，提高循環(huán)溶劑的質(zhì)量

針對(duì)溶劑再生系統(tǒng)存在的問題，停用抽提蒸餾再生系統(tǒng)，將抽提蒸餾系統(tǒng)的環(huán)丁砜溶劑改至芳烴液-液抽提裝置進(jìn)行連續(xù)再生，使抽提蒸餾裝置的溶劑質(zhì)量得到很大提高。但仍然不能解決抽提蒸餾塔和回收塔再沸器無法正常建立熱虹吸、抽余油中苯含量高的問題。

3.2 溶劑系統(tǒng)增加水循環(huán)

借鑒液-液抽提系統(tǒng)的再生和溶劑循環(huán)方式，增加水循環(huán)。在溶劑回收塔再沸器底部增加汽提汽線，降低回收塔溶劑分壓、防止溶劑熱分解同時(shí)，保證塔底再沸器建立正常的熱虹吸。圖4為壓力50kPa（表壓）、含水3%的環(huán)丁砜在不同溫度下的汽化率曲線。

圖4 環(huán)丁砜汽化率與溫度曲線圖Fig.4Sulfolane vaporization versus temperature graph

由圖4可以看出，由于水的存在，在170℃操作條件下，可以使環(huán)丁砜部分汽化，建立熱虹吸操作。因此，由于增加了注水，可以停止注苯，保證貧溶劑質(zhì)量，提高抽提蒸餾塔抽提效果和抽余油純度。減少由于溶劑比過大，抽提蒸餾塔汽液相負(fù)荷過大，貧溶劑泵自停等問題。

3.3 再生罐底部增加蒸汽線、冷卻器增加液封線

蒸汽的增加可以有助于降低溶劑的沸點(diǎn)，同時(shí)防止溶劑高溫、熱分解，促使溶劑有效閃蒸，能有效提高再生溶劑量和再生效果。

圖5為在130kPa（表壓）、溫度170℃條件下，不同水含量時(shí)環(huán)丁砜的汽化率曲線。

圖5 環(huán)丁砜汽化率和含水量關(guān)系曲線圖Fig.5Sulfolane vaporization rate versus water content graph

從圖5可以看出，隨著環(huán)丁砜中水含量的增加，環(huán)丁砜的汽化率上升。

冷卻器E-3111底部出口線增加U型彎，使閃蒸出來的環(huán)丁砜溶劑在E-3111內(nèi)形成液封，減少閃蒸出來的汽相環(huán)丁砜被蒸汽抽空系統(tǒng)帶走的問題。

4 結(jié)論

（1）在未進(jìn)行技術(shù)改造前，停用抽提蒸餾溶劑再生系統(tǒng)。溶劑通過液-液抽提裝置進(jìn)行再生，同時(shí)溶劑回收塔進(jìn)行注苯操作，注苯量在5%左右，保證塔底再沸器的正常熱虹吸操作。

（2）溶劑系統(tǒng)增加水循環(huán)工藝改造，溶劑回收塔底再沸器增加汽提蒸汽線，保證溶劑回收塔再沸器建立正常的熱虹吸，停止注苯操作，減少貧溶劑帶苯，提高抽余油純度。

（3）再生罐底部增加蒸汽線、冷卻器增加液封線，保證再生系統(tǒng)的正常操作。

Problem analysis for aromaticse xtraction distillation unit

SU Jian1，ZHU Xiao-dong2
（1.Sichuan Petrochemical Corporation，Chengdu 611930，China；2.Dushanzi Petrochemical Corporation，Dushanzi 833900，China）

The characteristic curves of sulfolane were plotted by chemical engineering calculation software to find out the roots of abnormal operating of aromatics extraction distillation unit.The technical reconstruction measures were prospected.It is expected to provide references for steady operating and technology improvement.

aromatic；extraction distillation；sulfolane；characteristics

TQ624.2

A

1002-1124（2014）01-0053-03

2013-10-28

蘇?。?983-），男，四川大學(xué)在讀化工碩士研究生，助理工程師，先后在獨(dú)山子石化，四川石化從事煉油生產(chǎn)技術(shù)管理工作。