烴化尾氣帶液的原因分析及改造建議

李 恒

烴化尾氣帶液的原因分析及改造建議

李 恒

（海南實(shí)華嘉盛化工有限公司，海南 洋浦 578001）

討論了烴化尾氣帶液對干氣制乙苯裝置的影響，分析烴化尾氣帶液的原因主要為吸收塔空塔氣速過高、吸收塔除沫器腐蝕、U型彎管積液等，提出了吸收塔進(jìn)行高效塔盤改造、更換耐腐蝕除沫器、烴化尾氣管線增設(shè)旋風(fēng)分離器以及在脫丙烯干氣管線增加過濾器等針對性的改造建議。

吸收塔；烴化尾氣；霧沫夾帶；改造建議

海南實(shí)華嘉盛化工有限公司（以下簡稱“實(shí)華嘉盛”）85kt?a-1催化干氣制乙苯裝置采用第3代稀乙烯制乙苯技術(shù)。來自催化裝置的催化干氣經(jīng)過脫丙烯系統(tǒng)后進(jìn)入烴化反應(yīng)器，其中乙烯、少量的丙烯和苯反應(yīng)生成乙苯、丙苯、二乙苯，剩余烴化尾氣經(jīng)過烴化尾氣吸收塔后和乙苯脫氫裝置的脫氫尾氣混合進(jìn)入VPSA裝置。實(shí)華嘉盛干氣制乙苯裝置烴化尾氣目前嚴(yán)重帶液，一定程度上制約了裝置的乙苯收率，增加了苯耗，同時(shí)對脫氫系統(tǒng)的運(yùn)行造成一定影響。

1 流程簡述

來自催化裝置的催化干氣經(jīng)過脫丙烯后和循環(huán)苯一同進(jìn)入烴化反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過烴化尾氣冷卻器進(jìn)行氣液分離，液相進(jìn)入循環(huán)苯塔，氣相進(jìn)入烴化尾氣吸收塔，烴化尾氣吸收塔使用乙苯精餾塔釜液作吸收劑，吸收烴化尾氣中的苯和乙苯等重組分。吸收塔頂?shù)臒N化尾氣少量進(jìn)入乙苯/苯乙烯裝置的3臺加熱爐作為燃料氣，大部分與乙苯脫氫裝置的脫氫尾氣混合后進(jìn)入VPSA裝置進(jìn)行氫氣提純。

2 烴化尾氣帶液對裝置的影響

2.1 裝置物耗增加

烴化尾氣吸收塔使用乙苯精餾塔塔釜液作吸收劑，烴化尾氣中所攜帶的液體組分同乙苯精餾塔釜液組分相似，其中丙苯28wt%，二乙苯66wt%，其余還有少量的乙苯、丁苯和高沸物。其中乙苯是產(chǎn)品，丙苯是副產(chǎn)品，二乙苯是反烴化反應(yīng)的原料，同時(shí)也是高附加值副產(chǎn)品。烴化尾氣帶液嚴(yán)重，導(dǎo)致物料流失，增加了裝置的物耗。

2.2 影響加熱爐運(yùn)行

乙苯/苯乙烯裝置一共有熱載體加熱爐、循環(huán)苯加熱爐、過熱蒸汽加熱爐3臺設(shè)備使用烴化尾氣作為燃料。由于烴化尾氣帶液并攜帶焦粉，對3臺加熱爐的平穩(wěn)運(yùn)行造成不良影響。其中熱載體加熱爐、循環(huán)苯加熱爐的影響比較明顯，進(jìn)爐燃料氣流量和壓力經(jīng)常輕微波動，燃料氣進(jìn)料過濾器和阻火器需要定期切換清理。

2.3 影響脫氫尾氣增壓機(jī)的運(yùn)行

在設(shè)計(jì)中脫氫尾氣增壓機(jī)出口管線從烴化尾氣管線底部位置朝上接入管網(wǎng)，同時(shí)增壓機(jī)出口流量計(jì)處存在U型管，烴化尾氣管網(wǎng)中的液體倒竄至脫氫尾氣增壓機(jī)出口流量計(jì)U型管處積存，導(dǎo)致脫氫尾氣增壓機(jī)出口壓力增加［1］，進(jìn)而影響脫氫系統(tǒng)脫氫尾氣壓縮機(jī)的運(yùn)行。

3 烴化尾氣帶液原因分析

3.1 吸收塔空塔氣速過高

干氣制乙苯裝置在滿負(fù)荷下進(jìn)入烴化反應(yīng)器的脫丙烯干氣流量為24dam3·h-1。原設(shè)計(jì)干氣進(jìn)料溫度為25℃，工藝改造后干氣進(jìn)料溫度提升至75℃，導(dǎo)致烴化反應(yīng)器干氣進(jìn)料量大于實(shí)際進(jìn)料量。根據(jù)理想氣體方程式PV=nRT，烴化反應(yīng)器實(shí)際干氣進(jìn)料量為20.5dam3·h-1。脫丙烯干氣中乙烯含量為11%（V），丙烯含量為0.7%（V），烴化尾氣中乙烯和丙烯含量小于0.1%（V），忽略不計(jì)，則烴化尾氣吸收塔尾氣進(jìn)料為18.1dam3·h-1，烴化尾氣吸收塔直徑為1200mm，該塔空塔氣速達(dá)到了4.45m·s-1。經(jīng)計(jì)算，烴化尾氣吸收塔的最大允許氣速（ωn，max）為4.1m?·s-1。根據(jù)化學(xué)工程師手冊中要求，空塔氣速ω=（0.6～0.8）ωn，max?？账馑俪鲈撍淖畲笤试S氣速，是造成吸收塔頂氣帶液的主要原因。

3.2 烴化尾氣吸收塔液氣比低

吸收塔的設(shè)計(jì)和操作中，液氣比是一個(gè)很重要的控制參數(shù)。塔盤層降、分離效率及動力消耗等都與液氣比有關(guān)［2］。從經(jīng)濟(jì)上考慮，采用較小的液氣比，則塔盤層壓減小，動力消耗降低，同時(shí)吸收劑的用量也減少，塔的操作費(fèi)用下降。但液氣比減小，塔內(nèi)的傳質(zhì)推動力也隨之減小， 在較大的氣體流速下，發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。

烴化尾氣吸收塔為條形浮閥塔，共有30層塔盤。吸收劑來自乙苯精餾塔塔釜液，設(shè)計(jì)流量為3.6 t·h-1，實(shí)際操作流量3.0t·h-1；吸收劑設(shè)計(jì)溫度15℃，實(shí)際操作溫度12～17℃。乙苯裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，烴化尾氣吸收塔液氣比低，塔盤表面潤濕不完全，氣液兩相接觸不充分，這是造成烴化尾氣帶液的原因之一。

3.3 吸收塔頂除沫器能力下降

烴化尾氣吸收塔使用金屬絲網(wǎng)除沫器，絲網(wǎng)材質(zhì)為Q235-A。催化干氣含有少量的乙醇胺，乙醇胺能導(dǎo)致烴化反應(yīng)催化劑中毒，所以催化干氣在進(jìn)入反應(yīng)器之前需要進(jìn)行水洗。催化干氣在水洗過程中，微量的水被帶入烴化反應(yīng)系統(tǒng)（還有微量水來自循環(huán)苯塔再沸器），并隨反應(yīng)產(chǎn)物帶入烴化尾氣吸收塔。烴化尾氣吸收塔塔頂工作溫度約20～30℃，工作壓力（0.57±0.02）MPa。另根據(jù)采樣分析，烴化尾氣中含有約1.7%（V）的CO2。烴化尾氣吸收塔中有水和苯存在，CO2較易溶解于水中，形成H2CO3并且與除沫器中的Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成烴化尾氣吸收塔除沫器被腐蝕［3］。

烴化尾氣吸收塔頂除沫器自開工以來從未更換，目前除沫器腐蝕嚴(yán)重，濾除懸浮于氣體中的液沫的效果變差，這也是造成烴化尾氣帶液的一個(gè)重要原因。

3.4 烴化尾氣吸收塔頂壓力波動且管道存在U型管

原設(shè)計(jì)中烴化尾氣少量供乙苯裝置和乙苯脫氫裝置3臺加熱爐使用，大部分烴化尾氣進(jìn)入海南煉化燃料氣管網(wǎng)。增設(shè)脫氫尾氣增壓機(jī)后，烴化尾氣和乙苯脫氫尾氣混合進(jìn)入VPSA裝置。受下游系統(tǒng)不穩(wěn)定因素影響，目前烴化尾氣吸收塔頂壓力在0.55～0.59MPa間波動。并且由于烴化尾氣吸收塔頂壓控閥PV0701貼近地面，造成烴化尾氣進(jìn)入管網(wǎng)前存在U型管線，隨氣相帶出吸收塔的吸收劑液體在此積存，導(dǎo)致管道氣體的實(shí)際流通面積縮小，氣阻增加。烴化尾氣吸收塔壓力波動頻繁，壓力從高到低波動時(shí)，塔內(nèi)上升氣體流速瞬間增大，烴化尾氣在U型管處呈現(xiàn)脈沖式流動，也造成管網(wǎng)帶液。烴化尾氣進(jìn)VPSA裝置時(shí)對烴化尾氣吸收塔的影響明顯。

3.5 焦粉積存造成塔盤結(jié)垢及吸收劑發(fā)泡

來自催化裝置的催化干氣攜帶有少量的焦粉，隨著循環(huán)苯進(jìn)入烴化尾氣吸收塔。檢修期間打開人孔發(fā)現(xiàn)烴化尾氣吸收塔塔盤結(jié)垢比較嚴(yán)重，部分閥片與塔盤粘連，操作過程中有時(shí)會發(fā)生閥片脫落或者卡死等現(xiàn)象，使塔盤的效率和操作彈性下降。焦粉的存在，使得吸收劑容易產(chǎn)生泡沫。塔盤浮閥卡死及吸收劑發(fā)泡也是造成霧沫夾帶的原因之一。

4 改造建議

4.1 更換高效塔盤

實(shí)華嘉盛干氣制乙苯裝置針對脫丙烯干氣帶液的問題，將脫丙烯塔的30層條形浮閥塔盤全部更換為立體傳質(zhì)塔盤，并降低塔板溢流堰高度，減少塔板持液量［4］。經(jīng)過改造，脫丙烯塔脫后干氣帶液情況得到改善。

烴化尾氣吸收塔同是30層條形浮閥塔盤，可探討更改為其它高效塔盤，減少烴化尾氣霧沫夾帶。

4.2 更換除沫器

針對烴化尾氣吸收塔頂除沫器腐蝕的問題，可更換成不銹鋼材料的除沫器，增大除沫效果，減少烴化尾氣霧沫夾帶。

實(shí)華嘉盛干氣制乙苯裝置脫非芳塔頂換熱器同樣存在CO2弱酸腐蝕，針對此問題，將換熱器管束材質(zhì)升級為316L不銹鋼，脫非芳塔頂回流罐脫水次數(shù)明顯減少，因腐蝕導(dǎo)致?lián)Q熱器管束泄漏的問題得到有效改善。

建議將烴化尾氣吸收塔塔頂除沫器更換為316L不銹鋼絲網(wǎng)除沫器，延長除沫器使用壽命，減少烴化尾氣霧沫夾帶。

4.3 增設(shè)旋風(fēng)分離器

針對烴化尾氣吸收塔頂出口U型管線容易積液的問題，在塔頂氣相線U型管前增設(shè)一臺旋風(fēng)分離器，在容器中部切線進(jìn)氣，使具有較大慣性離心力的液滴甩向器壁，并在重力作用下排至設(shè)備底部，并及時(shí)將液體排至裝置內(nèi)的地下污油罐，氣體在設(shè)備內(nèi)停留一段時(shí)間后從頂部排入管網(wǎng)。烴化尾氣中的氣液分離后， U型管線積液的情況將會得到改善，并且隨著污油罐內(nèi)的物料回?zé)?，裝置物耗也會減少。

4.4 干氣進(jìn)料線增設(shè)過濾器

在脫丙烯干氣進(jìn)料線上增設(shè)2臺過濾器，過濾器壓差過大時(shí)及時(shí)切換清理，防止催化干氣內(nèi)攜帶的焦粉進(jìn)入烴化反應(yīng)系統(tǒng)，防止吸收劑發(fā)泡，同時(shí)減少烴化尾氣吸收塔塔盤結(jié)垢卡死的可能，使氣液兩相在塔盤上充分接觸，減少烴化尾氣霧沫夾帶。

5 結(jié)語

烴化尾氣帶液對裝置負(fù)面影響比較明顯，需要采取應(yīng)對措施，減少烴化尾氣霧沫夾帶。由于裝置處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，不能馬上進(jìn)行改造。所以，在大檢修前，應(yīng)考慮工程量及造價(jià)等因素，制定合理方案，停工期間及時(shí)進(jìn)行改造，以便裝置在下個(gè)周期平穩(wěn)高效運(yùn)行。

［1]敬德斌.脫氫尾氣增壓機(jī)能耗與效益分析［J］.山東化工，2014，43（5）：119-121.

［2]張前程，簡麗.填料吸收塔中適宜液氣比的確定［J］.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，20（1）：19-23.

［3]馬獻(xiàn)波.稀乙烯制乙苯/苯乙烯裝置失效分析［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2013（1）：61-64.

［4]馬獻(xiàn)波，朱軍.脫丙烯干氣帶液的原因及對策［J］.煉油技術(shù)與工程，2011，41（10）：31-33.

Cause Analysis of Liquid Entrainment in Alkylation Tail Gas and Modification Suggestion

LI Heng
（Hainan Shihua Jiasheng Chemical Co. Ltd.， Yangpu 578001， China）

TE 624.4

B

1671-9905（2016）06-0063-03

2016-04-18