丁二烯抽提裝置汽提塔存在的問(wèn)題及原因分析

劉婭琴

(中韓(石油)化工有限公司,湖北 武漢 430000)

丁二烯是重要的石油化工原料,是合成橡膠工業(yè)重要單體之一,例如丁苯橡膠、丁腈橡膠、順丁橡膠等。丁二烯工業(yè)發(fā)展的歷史可以說(shuō)是合成橡膠工業(yè)發(fā)展的歷史。此外,丁二烯在合成ABS樹(shù)脂、合成尼龍纖維以及精細(xì)化工產(chǎn)品方面也具有廣泛的用途[1]。

1 裝置的簡(jiǎn)介

中韓(武漢)石油化工有限公司(簡(jiǎn)稱中韓石化)6萬(wàn)t/a的2#丁二烯抽提裝置是中韓石化110萬(wàn)t/a乙烯脫瓶頸改造項(xiàng)目配套生產(chǎn)裝置之一。裝置于2019年3月20日開(kāi)工建設(shè),2020年11月30日中交,2021年3月投產(chǎn),采用中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司的節(jié)能型乙腈法丁二烯抽提技術(shù),以110萬(wàn)t/a乙烯裝置副產(chǎn)混合碳四為原料,乙腈為溶劑,經(jīng)過(guò)兩級(jí)萃取精餾和兩級(jí)普通精餾相結(jié)合的工藝,得到聚合級(jí)1,3-丁二烯產(chǎn)品,副產(chǎn)品抽余碳四作為MTBE/丁烯-1裝置的原料,圖1為丁二烯抽提裝置二萃系統(tǒng)流程圖。

圖1 丁二烯抽提裝置二萃系統(tǒng)流程圖

2 汽提塔C-102出現(xiàn)問(wèn)題的經(jīng)過(guò)及現(xiàn)象

2022年1月19日上午8點(diǎn)40分,汽提塔C-102壓差從65 kPa持續(xù)上漲至81 kPa,裝置操作人員通過(guò)降低C-102液相量來(lái)降低塔內(nèi)液相負(fù)荷,短時(shí)間將C-102液相進(jìn)料量從153 t/h降至115 t/h,其中一萃塔釜進(jìn)料泵P-103從98 t/h降至67 t/h,炔烴萃取塔塔釜泵P-106從55 t/h降至48 t/h,調(diào)整后,汽提塔C-102壓差逐漸降低,于上午10點(diǎn)24分降至64 kPa。

隨后,操作人員逐漸將C-102液相量恢復(fù),C-102壓差又繼續(xù)上漲。11點(diǎn)26分將原料處理量從12 t/h降至10 t/h(60%負(fù)荷),19點(diǎn)14分壓差最高漲至97 kPa,夜班穩(wěn)定C-102液相量130 t/h,C-102壓差最低降至67 kPa,平均壓差70 kPa(正常值65 kPa)。

1月20日將處理量降至9 t/h,維持溶劑量沖洗塔盤(pán)并加入30 kg消泡劑,二萃壓差仍為70 kPa以上,具體過(guò)程如圖2所示。

圖2 汽提塔C-102進(jìn)料量與壓差變化對(duì)比關(guān)系

3 汽提塔C-102存在的問(wèn)題分析

3.1 汽提塔C-102可能存在堵塞

根據(jù)圖2所示,1月19日汽提塔C-102出現(xiàn)液泛時(shí),剛開(kāi)始時(shí)降低P-103、P-106出口量后壓差有所下降,當(dāng)C-102進(jìn)料量增大時(shí)壓差明顯升高,表明塔盤(pán)氣相或液相通道不暢。

1月25日后C-102進(jìn)料量減少時(shí)壓差仍持續(xù)上漲,進(jìn)料量最低降至115 t/h(P-103出口量73 t/h,P-106出口量42 t/h),但壓差由正常的64 kPa漲至113 kPa,表明塔內(nèi)存在堵塞。

3.2 汽提塔C-102堵塞位置分析判斷

如圖3所示,汽提塔C-102第48層、側(cè)線采出、70層溫度變化趨勢(shì)與C-102壓差變化趨勢(shì)一致,在裝置負(fù)荷正常的條件下,表明塔內(nèi)48層塔盤(pán)以上塔盤(pán)已經(jīng)出現(xiàn)堵塞,導(dǎo)致48層往下塔盤(pán)壓力隨壓差的波動(dòng)而波動(dòng),靈敏板溫度因壓力變化而變化。壓差升高,說(shuō)明汽提塔因塔盤(pán)堵塞導(dǎo)致液相流通不暢而發(fā)生嚴(yán)重的淹塔,最終導(dǎo)致嚴(yán)重的霧沫夾帶,造成炔烴萃取精餾塔C-103液位快速上升。

圖3 汽提塔C-102塔盤(pán)溫度與壓差變化趨勢(shì)

3.3 汽提塔C-102堵塞的原因分析

丁二烯抽提裝置一萃塔釜物料通過(guò)塔釜泵P-103送至汽提塔C-102第36層塔盤(pán)進(jìn)料,由于壓力和溫度變化,P-103來(lái)的物料在此層塔盤(pán)上閃蒸,與汽提塔C-102進(jìn)料口上段液相物料混相,并進(jìn)行傳質(zhì)傳熱過(guò)程。由于此層塔盤(pán)上丁二烯濃度較高,同時(shí)上游一萃塔釜泵P-103頻繁清理過(guò)濾器,使得進(jìn)入汽提塔C-102中活性種子增多,最終造成聚合,堵塞塔盤(pán)。

3.4 溶劑沖洗側(cè)面驗(yàn)證汽提塔C-102存在堵塞

2022年1月26日至27日,萃取系統(tǒng)停工進(jìn)行溶劑熱運(yùn),汽提塔C-102進(jìn)行大溶劑沖洗50多次,隨后用氮?dú)膺M(jìn)行沖塔4次,沖塔后,C-102塔釜、P-104及P-103入口及出口多次清理出較多細(xì)碎的橡膠狀聚合物,如圖4所示。

圖4 C-102塔釜及機(jī)泵過(guò)濾器清出的聚合物

4 其他可能造成堵塞的原因分析

4.1 開(kāi)工前期有聚合物的產(chǎn)生

2021年3月份開(kāi)工投產(chǎn)初期,萃取系統(tǒng)未注入萃取阻聚劑,裝置于4月初開(kāi)始萃取系統(tǒng)就有聚合物生成,4月25日使用臨時(shí)注入措施進(jìn)行萃取阻聚劑注入,萃取系統(tǒng)內(nèi)聚合物生成速度得到抑制,但無(wú)法將塔內(nèi)聚合因子徹底清除。

4.2 循環(huán)溶劑乙腈的品質(zhì)變差

溶劑乙腈中的二聚物含量自從開(kāi)工投產(chǎn)以來(lái),有逐漸上漲的趨勢(shì),1月26日漲到0.51%。正常的情況下溶劑中的二聚物應(yīng)控制在≤0.27%,溶劑中的二聚物增加,表明了系統(tǒng)中生成二聚物的速度在增加。

4.3 循環(huán)溶劑中的水含量過(guò)高

循環(huán)溶劑乙腈中的水含量一般控制在6%～8%,溶劑中的水含量較高時(shí),有利于降低亞硝酸鈉的析出,但是過(guò)高會(huì)降低溶劑的選擇性,同時(shí)增加了溶劑發(fā)泡的機(jī)率,容易造成塔液泛,從而造成系統(tǒng)壓差升高,壓差升高,系統(tǒng)操作溫度升高,過(guò)高的溫度引發(fā)聚合,裝置能耗加大。

4.4 系統(tǒng)中存在微量氧

1,3-丁二烯由于有共軛雙鍵,化學(xué)性質(zhì)比較活潑,容易發(fā)生聚合、氧化反應(yīng)等,外部的氧進(jìn)入系統(tǒng)后與丁二烯聚合產(chǎn)生的橡膠狀聚合物逐漸堵塞塔板。

5 維持裝置運(yùn)行的措施及辦法

5.1 萃取系統(tǒng)汽提塔C-102溶劑沖洗

抽余液和粗丁二烯分別從抽余液水洗塔C-105和丁二烯水洗塔C-201塔頂走不合格線返回中間罐區(qū),溶劑解析碳四完畢后,溶劑走冷運(yùn)流程,一萃下塔C-101B和汽提塔C-102液位蓄至80%,先將P-103出口流量降至50 t/h,同時(shí)將P-106出口流量提高至60 t/h,沖洗C-102第1～35層塔盤(pán),當(dāng)C-103液位下降至30%,則將P-106出口流量降至30 t/h,同時(shí)將P-103出口流量提高至150 t/h,沖洗C-102第36層至87層塔盤(pán),如圖5中紅線標(biāo)出的位置,如此反復(fù)沖洗多次后,將塔內(nèi)聚合物沖洗到塔底,通過(guò)多次清塔釜及P-104、P-103入口及出口過(guò)濾器,來(lái)將塔內(nèi)聚合物帶出系統(tǒng)外。

圖5 汽提塔C-102溶劑沖洗示意圖

5.2 增加新鮮溶劑,改善溶劑品質(zhì)

在正常生產(chǎn)過(guò)程中,丁二烯物料會(huì)不斷地自聚形成二聚物,循環(huán)溶劑需要連續(xù)進(jìn)行溶劑再生,來(lái)脫除其中由于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二聚物等雜質(zhì)。此次問(wèn)題發(fā)生后,通過(guò)對(duì)比循環(huán)溶劑化驗(yàn)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)溶劑再生已無(wú)法使溶劑中二聚物含量小于控制指標(biāo),裝置立即通過(guò)增加30 t新鮮溶劑來(lái)改善溶劑品質(zhì)。

5.3 增加機(jī)泵清過(guò)濾器的頻次

日常生產(chǎn)操作中,要求萃取系統(tǒng)P-104過(guò)濾器壓差到達(dá)30 kPa時(shí),P-103過(guò)濾器壓差到15 kPa時(shí),必須清機(jī)泵過(guò)濾器。其他沒(méi)有過(guò)濾器壓差表的機(jī)泵,根據(jù)流量和閥位關(guān)系,流量相同,閥位增大5%則必須清過(guò)濾器。此次問(wèn)題發(fā)生后,萃取系統(tǒng)每日多次清機(jī)泵過(guò)濾器,盡量清出系統(tǒng)中掉落下來(lái)的聚合物。

5.4 進(jìn)行第二萃取塔塔頂冷凝器E-108可燃?xì)夂繖z測(cè)

本次問(wèn)題發(fā)生后,裝置懷疑為炔烴萃取塔C-103冷凝器E-108發(fā)生泄漏,導(dǎo)致循環(huán)水中的氧進(jìn)入到系統(tǒng),與丁二烯等烴類物質(zhì)反應(yīng)生成聚合物,導(dǎo)致汽提塔C-102塔內(nèi)堵塞。裝置通過(guò)檢測(cè)E-108循環(huán)水出口可燃?xì)夂?檢測(cè)發(fā)現(xiàn)循環(huán)水出口僅有少量可燃?xì)狻?/p>

6 檢修驗(yàn)證

2022年3月,2#丁二烯抽提裝置進(jìn)行全面停工檢修,檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn),汽提塔進(jìn)料板第36 層塔盤(pán)和降液管堵塞相當(dāng)嚴(yán)重,塔盤(pán)上附有厚度2～5 cm 的黏稠狀膠皮,大部分浮閥被死死黏住,無(wú)法開(kāi)啟,降液管底部也附有厚厚的膠皮,該部位的堵塞情況與停工前該塔的異常工況相吻合,如圖6所示。

圖6 汽提塔C-102第36層塔盤(pán)聚合物堵塞情況

7 改進(jìn)的措施及建議

7.1 加大系統(tǒng)化學(xué)清洗力度

開(kāi)工前加大化學(xué)清洗力度,嚴(yán)格控制水沖洗、酸洗、鈍化過(guò)程,用水量增加至2 500 t,徹底清除系統(tǒng)中的鐵銹雜質(zhì),保證塔盤(pán)、管線形成完整的鈍化膜。

7.2 做好開(kāi)工泄漏率和氧含量檢測(cè)

各塔人孔、換熱器封頭回裝時(shí)使用定力矩緊固,開(kāi)工時(shí)所有系統(tǒng)法蘭、開(kāi)口管線用肥皂水試漏,一萃、二萃泄漏率分別達(dá)到0.026%,0.032%,低于0.2%的控制指標(biāo),執(zhí)行中國(guó)石化最新的《丁二烯裝置生產(chǎn)管理指導(dǎo)意見(jiàn)》,將萃取系統(tǒng)氮?dú)庵脫Q標(biāo)準(zhǔn)提高至氧含量≦50 mL/m3,實(shí)際置換后均小于5 mL/m3。

7.3 將C-102進(jìn)料板第36層塔盤(pán)浮閥保持固定開(kāi)啟狀態(tài)

檢修過(guò)程中,將汽提塔C-102每層塔盤(pán)均拆卸出來(lái)進(jìn)行高壓水沖洗,沖洗過(guò)后,將松動(dòng)的浮閥重新擰緊,變形的浮閥進(jìn)行更換,將進(jìn)料板第36層的浮閥焊死,保持固定開(kāi)啟狀態(tài),防止浮閥再次聚合物黏死無(wú)法開(kāi)啟。

7.4 日常加強(qiáng)系統(tǒng)微量氧監(jiān)控及分析

在生產(chǎn)過(guò)程中,嚴(yán)格按照裝置對(duì)萃取系統(tǒng)微量氧小于20 mL/m3,精制系統(tǒng)小于10 mL/m3,日常做好一萃、二萃、精制單元回流罐在線微量氧監(jiān)控和排放工作,每月定期安排化驗(yàn)分析人員人工采樣分析對(duì)比,及時(shí)調(diào)整在線微量氧含量;每月按照要求,定期排放微量氧,如遇到極端天氣和在線微量氧報(bào)警,可按照需求進(jìn)行排放。

7.5 選用新型高效的阻聚技術(shù)

丁二烯系統(tǒng)常規(guī)的除氧劑、阻聚劑主要是亞硝酸鈉、TBC、二乙基羥胺等,這些傳統(tǒng)的助劑被證明對(duì)丁二烯系統(tǒng)生成過(guò)氧化物及端聚物有較好的抑制作用。但隨著阻聚抑制原理研究的深入和科技的發(fā)展,復(fù)合型的、阻聚抑制作用更好的阻聚劑不斷開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于丁二烯系統(tǒng),取得了更好的效果。企業(yè)可以向其他同類生產(chǎn)裝置互相交流學(xué)習(xí),選用適合本裝置的高效新型阻聚劑,以達(dá)到更好的阻聚抑制效果,延長(zhǎng)裝置的運(yùn)行周期。

8 結(jié)論

丁二烯抽提裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的難點(diǎn),在于能否有效抑制丁二烯的聚合。針對(duì)汽提塔發(fā)生的問(wèn)題,分析其產(chǎn)生的原因,準(zhǔn)確判斷堵塞部位,并采取相應(yīng)措施使裝置維持運(yùn)行,并對(duì)解決汽提塔的堵塞問(wèn)題提出了預(yù)防的措施和建議。