粗苯生產(chǎn)工藝優(yōu)化調(diào)整控制

白銀強 李彥勇 高鵬娜（.遷安九江煤炭儲運有限公司焦化廠，河北 遷安 064400；. 唐山寶利源煉焦有限公司，河北 遷安 064400；.遷安宏奧工貿(mào)有限公司焦化廠，河北 遷安 064400）

粗苯是由多種芳烴和其他化合物組成的復(fù)雜混合物。粗苯中主要含有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳香烴。此外，還含有不飽和化合物、硫化物、飽和烴、酚類和吡啶堿類。當用洗油回收煤氣中苯族烴時，粗苯中尚含有少量的洗油輕質(zhì)餾分。

該QC 小組由李勁松牽頭，對九江焦化、寶利源煉焦、宏奧焦化等的粗苯工段的生產(chǎn)進行了調(diào)整改進。以九江焦化粗苯生產(chǎn)為依據(jù)，由馬海峰執(zhí)筆，寫成此論文。在此期間得到了各廠領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，在此一并表示感謝。

1 吸收苯族烴的基本原理

煤焦油洗油的成分中含有甲基萘、二甲基萘、聯(lián)苯、苊、芴、氧芴等組分，用洗油吸收煤氣中的苯族烴是典型的多組分吸收，為了敘述問題方便，視其為單組分吸收，同時洗油吸收煤氣中苯族烴是物理吸收過程，服從拉烏爾定律和道爾頓定律。所得到的稀溶液即含苯洗油可視為理想溶液，其液面上粗苯的平衡蒸氣壓可按拉烏爾定律確定。由此導(dǎo)出的公式為：

式中

φb—煤氣中苯族烴的體積分數(shù)

p—煤氣的總壓力，kPa

Mb—粗苯的平均相對分子質(zhì)量

a—煤氣中苯族烴的含量(質(zhì)量含量) g/m3

ωb—洗油中粗苯的含量(質(zhì)量分數(shù))%

Mm—洗油的相對分子質(zhì)量

p0—在回收溫度下苯族烴的飽和蒸氣壓，kPa

pg—煤氣中苯族烴的分壓

pL—洗油液面上苯族烴的平衡蒸氣壓

x—洗油中粗苯的摩爾分數(shù)

洗油吸收煤氣當中苯族烴的極限為氣液兩相達到平衡，此時Pg=PL。即：

洗油中粗苯的含量很小，可將上式簡化為：

因此，在平衡狀態(tài)下a與ωb之間的關(guān)系式為：

2洗油相對分子質(zhì)量與其吸收能力的關(guān)系

在生產(chǎn)實踐中，我們都希望ωb越大越好，即洗油中粗苯的含量越高越好；另外，a越小越好，即煤氣當中苯族烴的含量越少越好。為了達到這一目的，我們結(jié)合生產(chǎn)實踐對公式ωb=

中，由于焦爐操作的科學化、規(guī)范化、制度化使焦爐的煤氣發(fā)生量達到連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的水平，所以p的波動量不大，可以看做一個常數(shù)。p0為在回收溫度下的苯族烴的飽和蒸氣壓，由于計算機控制技術(shù)應(yīng)用于粗苯生產(chǎn)，粗苯的回收溫度也是可控制在一定范圍內(nèi)的，所以它的飽和蒸氣壓也可以看做是一個常數(shù)。從而，在生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下，要實現(xiàn)ωb越大a越小，只存在一個變量Mm，即洗油的相對分子質(zhì)量。在公式中Mm出現(xiàn)在分母中，要實現(xiàn)ωb越大，只有Mm越小。對應(yīng)在生產(chǎn)實踐中就是循環(huán)洗油的相對分子質(zhì)量越小，洗油的質(zhì)量就越好，即循環(huán)洗油中270℃前餾出量越大越好，從煤氣中洗下來的苯就越多，才能實現(xiàn)ωb越大a越小。這就是洗油相對分子質(zhì)量與其吸收能力的關(guān)系。

針對以上分析我們在生產(chǎn)中采取的措施：①把好新洗油的質(zhì)量關(guān)，要求270℃前餾出量大于90%。②把好再生循環(huán)洗油關(guān)，要求定時定量排渣。

從圖1 當中可以直觀的看出，隨著洗油相對分子質(zhì)量的加大，吸收苯的能力迅速下降。此圖也佐證了我們前面的分析。

3 現(xiàn)狀分析及改進措施

以上所及內(nèi)容大部分都是從理論上描述粗苯工段生產(chǎn)的洗苯過程，其目的是以此來分析出循環(huán)洗油質(zhì)量的好壞是決定洗苯效果的重要因素。為改善循環(huán)洗油質(zhì)量，找到理論支撐，用以指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。

改善循環(huán)洗油的質(zhì)量是重要的和必要的。但是，這不是我們的最終目的，我們的目的是多出苯出好苯，在改善循環(huán)洗油質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，粗苯質(zhì)量在94%以上（180℃前餾出量），而且穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，為此我們成立攻關(guān)小組來尋找脫苯塔的最佳操作點，為了敘述方便，我們借用數(shù)學工具——數(shù)軸來表示脫苯的生產(chǎn)過程。

從75℃到350℃基本包括了整個脫苯的全過程，對應(yīng)在生產(chǎn)上這段就可以表示為富油。80℃左右是粗苯的初餾點，到180℃前為粗苯產(chǎn)品，230℃左右，為循環(huán)洗油的初餾點，到300℃前為循環(huán)洗油，對應(yīng)在生產(chǎn)上，就是貧油。300℃以后是渣滓，對應(yīng)生產(chǎn)上就是再生器的排出物。我們從數(shù)軸上可以看出，脫苯生產(chǎn)有兩個操作點，一個是300℃以后的排渣操作點；另一個是?段。我們叫它為問題段。即180℃-230℃之間的操作點。

以某焦化廠二月份生產(chǎn)數(shù)據(jù)來分析：

粗苯產(chǎn)量1700 噸，洗油消耗57 噸，每兩天排渣一次，每次排渣量約1.5噸。由此得知全月排渣量1.5噸X15次=22.5噸。

問題：盤點消耗洗油57噸，排渣只有22.5噸，還有57-22.5=34.5噸的洗油到哪里去了？

分析：在粗苯生產(chǎn)的過程當中除了排渣還有一個地方可以消耗洗油。那就是洗苯塔后的煤氣夾帶。如果每個月有34.5噸的洗油被煤氣帶走的話，那首當其沖的受害者就是粗苯的管式爐。其次就是焦爐地下室。因為這兩個地方離著洗苯塔后的回爐煤氣最近。生產(chǎn)實踐表明，煤氣夾帶沒有那么嚴重。

結(jié)論：問題出在180℃-230℃之間的操作點上。這段物質(zhì)教科書上稱之為溶劑油。

分析一下溶劑油段：在這段溫度范圍內(nèi)粗苯與溶劑油共存。因為粗苯質(zhì)量標準當中有一項是180℃前餾出量≥93%。這就說明粗苯里面還有180℃以后的物質(zhì)即溶劑油。

首先，它的作用：溶劑油在粗苯生產(chǎn)當中是不參與洗苯的。它存在于脫苯塔的精餾段，起著增加塔效、保證回流、控制塔頂溫度、及保證粗苯質(zhì)量和產(chǎn)量等的作用。

其次，它與粗苯和貧油的關(guān)系：承上啟下。以脫苯塔的上下來分。對下，它來自于富油變貧油的過程當中；對上，它又決定著粗苯的產(chǎn)量和質(zhì)量。

第三，就是它的數(shù)量：溶劑油在脫苯塔內(nèi)是要飽有一定的數(shù)量的。多了少了都不行。這個數(shù)量一定要滿足連續(xù)脫苯蒸餾的需要。多了，塔盤上的液位升高，氣液分離的空間減小，塔阻力增加，塔壓力增大，影響脫苯塔傳質(zhì)傳熱的效率。再多，就有可能出現(xiàn)液泛或竄塔的現(xiàn)象。造成粗苯質(zhì)量不合格甚至顏色變黑。少了，塔盤上的液位不足，同樣影響蒸餾效果，造成貧油含苯偏高。這個數(shù)量又是動態(tài)平衡的。左右這個平衡的主要因素是回流量與進脫苯塔的蒸汽量。這個動態(tài)平衡的現(xiàn)象對應(yīng)到生產(chǎn)上就是塔頂溫度的變動及粗苯質(zhì)量和產(chǎn)量的變化。這是從蒸餾的角度對溶劑油的分析。

下面我們再從粗苯質(zhì)量上來分析溶劑油。若粗苯質(zhì)量是94%，這說明粗苯里面180℃以后的物質(zhì)占6%。即溶劑油在粗苯里占了6%，由上面的分析得知，溶劑油在脫苯塔內(nèi)的數(shù)量是平衡的。粗苯質(zhì)量越低帶走的溶劑油就越多。為了滿足蒸餾的需要它就要從貧油當中來獲得補充。這樣就造成了貧油當中輕質(zhì)組分的流失。造成的結(jié)果就是循環(huán)洗油逐漸惡化，粘度、密度及分子量增加，流動性變差，后果是洗苯效率降低，塔后煤氣含苯高，嚴重的話還會出現(xiàn)洗苯塔內(nèi)掛料的現(xiàn)象，不僅如此還會增加洗油消耗?；谝陨戏治鑫覀冋J為34.5 噸的洗油大部分是被粗苯帶走了。以此我們做出了提高粗苯質(zhì)量、增加排渣次數(shù)、適當加大回流的操作指導(dǎo)意見。

我們以YB/T 5022-2016 粗苯的行業(yè)標準和GB/T 24217-2009洗油的國家標準為依據(jù)，借助數(shù)學工具數(shù)軸來表述粗苯的蒸餾過程，從數(shù)軸上我們可以看出，75℃-180℃這段代表粗苯，230℃-300℃這段代表洗油，300℃以后代表排掉的渣滓。同時也出現(xiàn)了問題段，即180℃-230℃這段。為了更清晰的表述這一段我們又把數(shù)軸移到了工藝流程圖中，這樣180℃-230℃這段就一目了然了，脫苯塔頂出來的是75℃-180℃的粗苯，脫苯塔底部出來的是貧油，即230℃-300℃的循環(huán)洗油。中間一段正好是脫苯塔本身，就是180℃-230℃這段了，教科書上將這一段物質(zhì)稱為溶劑油或分縮油。溶劑油段起著承上啟下的作用，溶劑油大部分存在于脫苯塔的精餾段。

脫苯塔就是（180℃～230℃）段的示意圖

我們針對粗苯循環(huán)洗油狀況采取不同的解決方案，一種是270℃前餾出量低于85%的，要加大排渣，按照日產(chǎn)量乘以50kg進行排渣，排渣溫度不做控制，以期盡快減少循環(huán)洗油當中的重質(zhì)組分，同時提高粗苯質(zhì)量，由93%提到94%，以期盡快增加循環(huán)洗油當中的輕質(zhì)組分，以上方法堅持2-3月循環(huán)洗油質(zhì)量得到了明顯改善；另一種是270℃前餾出量大于85%的情況，把重點放在提高粗苯質(zhì)量上，在現(xiàn)有質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡量提高一個百分點，同時增加排渣的次數(shù)，堅持每班排渣，排稀渣，不控制排渣溫度。以此來穩(wěn)定循環(huán)洗油質(zhì)量。

4 優(yōu)化調(diào)整后成效

工藝優(yōu)化調(diào)整后數(shù)據(jù)對比見下表：

工藝優(yōu)化調(diào)整后數(shù)據(jù)對比項目洗油餾出量變化塔后苯粗苯質(zhì)量粗苯回收率餾程230日期270℃g/m3%0.74 0.85 2018年8月2019年8月℃ 0 0.25 250℃3.46 35.5 67.94 87.25 300℃前91.52 95.2 5.04 2.54 180℃前餾出量%93.31 94.9

經(jīng)過工藝優(yōu)化調(diào)整后一年的運行，同期相比，洗油的質(zhì)量得到大幅改善，270℃前餾出量大于85%，提高了19.31 個百分點，能夠得以穩(wěn)定，塔后苯指標降至2.5g/m3，粗苯質(zhì)量提高了1.59 個百分點，粗苯回收率提高0.11 個百分點；對于凈化煤氣質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)生產(chǎn)成效顯著。