費(fèi)托壓縮凝液外送工藝流程及設(shè)備管道選材優(yōu)化

楊晉垣，劉靜霄，張志偉

（山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046031）

引言

費(fèi)托壓縮凝液自費(fèi)托釋放氣經(jīng)壓縮冷凝而得，主要成分包括低碳烴、水以及含氧有機(jī)物，在含氧有機(jī)物中包括乙酸等低碳酸。費(fèi)托壓縮凝液送至下游低溫油洗單元回收其中的烴類并分離成LPG 和輕烴等產(chǎn)品[1]。在山西潞安煤基清潔能源公司費(fèi)托合成裝置中，費(fèi)托壓縮凝液直接送至低溫油洗單元進(jìn)行進(jìn)一步處理，但由于其中含有低碳酸，造成了低溫油洗單元碳鋼設(shè)備及管道的腐蝕，給裝置的安全運(yùn)行帶來極大風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)壓縮凝液工藝流程及設(shè)備管道材質(zhì)選擇進(jìn)行優(yōu)化[2-3]。

1 費(fèi)托壓縮凝液的工藝流程優(yōu)化

1.1 費(fèi)托壓縮凝液原工藝流程

來自于費(fèi)托合成單元的釋放氣經(jīng)釋放氣壓縮機(jī)的壓縮，后經(jīng)換熱器冷卻后進(jìn)行分離，壓縮凝液外送，壓縮后的釋放氣送至低溫油洗單元。釋放氣壓縮機(jī)采用沈鼓對(duì)稱平衡往復(fù)式壓縮機(jī)（型號(hào)4M32-196/0-26.3-BX），該壓縮機(jī)為三級(jí)壓縮，費(fèi)托壓縮凝液原工藝流程如圖1-1 所示，來自于費(fèi)托合成單元的釋放氣經(jīng)壓縮機(jī)分液罐（V0）分離，氣相經(jīng)一級(jí)壓縮、一級(jí)壓縮冷卻器（E1）冷卻后進(jìn)入一級(jí)壓縮凝液罐（V1）分離，液相為一級(jí)壓縮凝液，經(jīng)一級(jí)壓縮凝液泵（P1）送至二級(jí)壓縮凝液罐（V2），氣相進(jìn)行二級(jí)壓縮；二級(jí)壓縮釋放氣經(jīng)二級(jí)壓縮冷卻器（E2）冷卻后進(jìn)入二級(jí)壓縮凝液罐（V2）分離，液相為二級(jí)壓縮凝液，經(jīng)二級(jí)壓縮凝液泵（P2）送至低溫油洗單元，氣相進(jìn)行三級(jí)壓縮后送至尾氣脫碳單元。

圖1 費(fèi)托壓縮凝液工藝流程圖

1.2 壓縮凝液的成分

經(jīng)分析費(fèi)托壓縮凝液組分如表1 所示，壓縮凝液主要由水相和油相組成，一級(jí)壓縮凝液有明顯的水油分離界面，其中水相體積分?jǐn)?shù)約73.8%；二級(jí)壓縮凝液也有水油分離界面，但水相體積分?jǐn)?shù)僅為1.3%。

表1 費(fèi)托壓縮凝液組分

對(duì)費(fèi)托壓縮凝液水相成分分析結(jié)果如表2 所示，除水外，水相成分包括多種醛、醇、酯等不同濃度的含氧有機(jī)物，另外，水相成分中還含有乙酸，其質(zhì)量濃度為0.296 g/L。對(duì)費(fèi)托壓縮凝液油相成分分析結(jié)果如第139 頁(yè)表3 所示，油相成分中含有C3～C7 的異構(gòu)烷烴、正構(gòu)烷烴和烯烴等，其中C5 烯烴和C5 正構(gòu)烷烴含量均超過了15%。

表2 費(fèi)托壓縮凝液水相成分

表3 費(fèi)托壓縮凝液油相成分

從費(fèi)托壓縮凝液組分分析結(jié)果可知，由于烴類、醇類、酯類以及醛類物質(zhì)一般沒有腐蝕性，費(fèi)托壓縮凝液水相組分中的乙酸具有腐蝕性，是造成低溫油洗單元設(shè)備及管道腐蝕的主要原因。

1.3 費(fèi)托壓縮凝液新工藝流程

由于費(fèi)托一級(jí)壓縮凝液含水相介質(zhì)多、油相介質(zhì)少，費(fèi)托二級(jí)壓縮凝液含水相介質(zhì)少、油相介質(zhì)多，水相介質(zhì)中的乙酸造成低溫油洗單元設(shè)備管道發(fā)生腐蝕。因此，費(fèi)托壓縮凝液新工藝流程需要減少壓縮凝液水相介質(zhì)送至低溫油洗單元。費(fèi)托壓縮凝液新工藝流程如圖1-2 所示，來自于費(fèi)托合成單元的釋放氣經(jīng)壓縮機(jī)分液罐（V0）分離，氣相經(jīng)一級(jí)壓縮、一級(jí)壓縮冷卻器（E1）冷卻后進(jìn)入一級(jí)壓縮凝液罐（V1）分離，液相為一級(jí)壓縮凝液，經(jīng)一級(jí)壓縮凝液泵（P1）直接送至費(fèi)托反應(yīng)部分油水分離器，隨合成水和輕質(zhì)油外送，氣相進(jìn)行二級(jí)壓縮；二級(jí)壓縮釋放氣經(jīng)二級(jí)壓縮冷卻器（E2）冷卻后進(jìn)入二級(jí)壓縮凝液罐（V2）分離，液相為二級(jí)壓縮凝液，經(jīng)二級(jí)壓縮凝液泵（P2）送至低溫油洗單元，氣相進(jìn)行三級(jí)壓縮后送至尾氣脫碳單元。

2 設(shè)備及管道腐蝕分析及改造方案

2.1 設(shè)備及管道腐蝕分析

費(fèi)托壓縮凝液中的乙酸是造成低溫油洗單元設(shè)備及管道腐蝕的主要原因。金屬在乙酸溶液中的腐蝕速度可由式（1）[2]來計(jì)算。

金屬在乙酸溶液中發(fā)生腐蝕的反應(yīng)[3]如式（1）、式（2）。

Q235 碳鋼在醋酸溶液中的腐蝕為均勻腐蝕，且腐蝕速率隨著溫度以及醋酸濃度的增加而變大，但當(dāng)醋酸溶液質(zhì)量濃度達(dá)到0.4 g/L 時(shí)，Q235 碳鋼表面腐蝕產(chǎn)物附著抑制H+的擴(kuò)散而使腐蝕速率減慢[4]。

2.2 設(shè)備及管道選材方案

李琳琳等[1]指出，普通碳鋼在一切濃度和溫度的乙酸溶液中都會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，較高溫度條件下腐蝕尤為劇烈；304 和304L 等普通不銹鋼在低溫下對(duì)不同濃度乙酸溶液的耐蝕性均良好；推薦在有合成水（酸值＜4 mgKOH/g，溫度低于110 ℃）的介質(zhì)環(huán)境中，設(shè)備及管道選擇304 L 材質(zhì)。因此，針對(duì)費(fèi)托壓縮凝液下游工藝設(shè)備及管材應(yīng)進(jìn)行材質(zhì)更換，將原碳鋼材質(zhì)改為304L 材質(zhì)。

3 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比

3.1 費(fèi)托壓縮凝液工藝流程優(yōu)化結(jié)果

當(dāng)前已對(duì)費(fèi)托壓縮凝液工藝流程改造完成，一級(jí)壓縮凝液送回至費(fèi)托油水分離器，二級(jí)壓縮凝液直接外送至低溫油洗單元。改造完成后自2021 年9 月投用，直至當(dāng)前下游低溫油洗單元設(shè)備和管道腐蝕未再加重[4]。另外，費(fèi)托油水分離器設(shè)備及下游管道均選用304L 材質(zhì)，也可承受一級(jí)壓縮凝液中乙酸帶來的腐蝕現(xiàn)象。

3.2 設(shè)備及管道選材優(yōu)化結(jié)果

當(dāng)前已對(duì)低溫油洗單元發(fā)生腐蝕的設(shè)備及管道提出了材質(zhì)改型的改造方案，方案中已將碳鋼材質(zhì)改為304L 材質(zhì)。但此改造方案尚未實(shí)施，需等待裝置大修階段進(jìn)行。

4 結(jié)論

1）費(fèi)托壓縮凝液含乙酸，乙酸可造成碳鋼材質(zhì)的腐蝕，且隨著溫度和濃度的增加而加劇。

2）可將費(fèi)托壓縮凝液分開外送，一級(jí)壓縮凝液含大量乙酸可送至費(fèi)托油水分離器，使其分別隨合成水和輕質(zhì)油進(jìn)行外送；二級(jí)壓縮凝液含少量乙酸可直接送至低溫油洗單元進(jìn)行處理。

3）與碳鋼比較，低溫油洗單元設(shè)備及材質(zhì)宜選用304L 材質(zhì)，以免乙酸溶液對(duì)設(shè)備及管道材質(zhì)造成腐蝕，引起裝置運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。