芳烴抽提裝置抽提塔發(fā)泡原因及解決措施

摘" " " 要：中國石油大連石化公司100萬t/a芳烴抽提單元，采用GTC專利工藝技術(shù)，以含有環(huán)丁砜的專用溶劑Techtiv-100作為溶劑，利用抽提蒸餾原理分離芳烴和非芳。溶劑系統(tǒng)發(fā)泡是芳烴抽提單元經(jīng)常遇到的問題，制約了芳烴抽提裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。主要對(duì)發(fā)泡產(chǎn)生的現(xiàn)象、原因及處理措施進(jìn)行闡述和分析。

關(guān)" 鍵" 詞：溶劑； 發(fā)泡； 芳烴抽提

中圖分類號(hào)：TE624.4+2" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " "文章編號(hào)： 1004-0935（2023）06-0918-04

中國石油大連石化公司芳烴抽提單元設(shè)計(jì)處理量為100萬t/a，采用GTC專利工藝技術(shù)，以含有環(huán)丁砜的專用溶劑Techtiv-100作為溶劑，利用抽提蒸餾原理分離芳烴和非芳。2020年10月以來，抽提塔幾次出現(xiàn)溶劑發(fā)泡現(xiàn)象，雖然沒有導(dǎo)致嚴(yán)重的事故或質(zhì)量事件，但溶劑發(fā)泡影響了芳烴抽提裝置單元的平穩(wěn)生產(chǎn)運(yùn)行。本文主要對(duì)發(fā)泡產(chǎn)生的現(xiàn)象、原因及處理措施進(jìn)行分析。

1" 工藝流程

抽提蒸餾的工作原理為：利用溶劑的選擇性使得非芳烴與芳烴的相對(duì)揮發(fā)度產(chǎn)生較大不同，在溶劑存在的環(huán)境下，非芳烴的相對(duì)揮發(fā)度相較于芳烴得到了更大的提升。此情形下，非芳、芳烴相對(duì)揮發(fā)度的不同使得相近碳原子數(shù)的非芳和芳烴得以分離。如圖1所示，芳烴抽提原料回收部分循環(huán)溶劑的熱量后，進(jìn)入抽提蒸餾塔的中部。貧溶劑則從塔頂進(jìn)入抽提蒸餾塔內(nèi)，以將整個(gè)分餾塔保持溶劑環(huán)境，此情況下，芳烴溶解在溶劑中成為富溶劑到抽提蒸餾塔塔底，而非芳烴通過塔頂空冷冷凝后，部分非芳烴作為回流返回抽提蒸餾塔頂。抽提蒸餾塔回流可以起到反洗塔頂溶劑的作用。

抽提蒸餾塔底的富溶劑進(jìn)入溶劑回收塔，溶劑回收塔為負(fù)壓環(huán)境，負(fù)壓的作用為降低塔內(nèi)各組分的沸點(diǎn)，以避免高溫促使溶劑分解產(chǎn)生磺酸，造成酸性腐蝕。溶劑回收塔內(nèi)，利用汽提蒸汽將芳烴提至塔頂，而塔底的貧溶劑經(jīng)過熱量回收網(wǎng)絡(luò)后，返回至抽提蒸餾塔塔頂。溶劑回收塔頂?shù)姆紵N經(jīng)過冷凝后，送至芳烴分餾單元進(jìn)行進(jìn)一步的分離，經(jīng)過分離后產(chǎn)出高純度的苯、甲苯產(chǎn)品。

2" 塔發(fā)泡的現(xiàn)象及危害

抽提塔發(fā)泡初期會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象：

1）抽提塔底富溶劑至溶劑回收塔流量下降，溶劑回收塔液面大幅下降； 2）抽提塔塔頂壓力、塔底溫度持續(xù)上升； 3）抽提塔提餾段塔盤壓差上升。

若處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致溶劑沖至塔頂，甚至進(jìn)入回流罐中，造成溶劑損失，同時(shí)回流罐內(nèi)介質(zhì)密度上升會(huì)增加回流泵的負(fù)荷，引起回流泵過載停運(yùn)。通常情形下，溶劑發(fā)泡伴隨著進(jìn)料組分中輕質(zhì)非芳含量的升高，塔頂氣體負(fù)荷驟增，嚴(yán)重情形下，甚至?xí)鹚敯踩y起跳。

3" 溶劑發(fā)泡的原因分析

溶劑發(fā)泡的根本原因一方面在于氣泡的結(jié)實(shí)程度增加，難以脹破，另一方面在于氣速增加等因素使得產(chǎn)生氣泡的速度加快。

3.1" 氣泡結(jié)實(shí)程度

表1為抽提塔進(jìn)料組分的表面張力，由表1可以看出，相較于芳烴相同炭原子數(shù)的非芳組分表面張力更低。因此，若進(jìn)料組成中存在較多的非芳，溶劑的表面張力則趨于下降，此情形下產(chǎn)生的氣泡更加結(jié)實(shí)。

Zuiderweg[2]等將二元物系中易揮發(fā)組分純態(tài)時(shí)表面張力較小，難揮發(fā)組分表面張力較大，則隨易揮發(fā)組分摩爾分?jǐn)?shù)的增大，混合溶液表面張力減小的物系稱為正物系。由表1可見，芳烴抽提原料中，作為易揮發(fā)組分的非芳表面張力較小，作為難揮發(fā)組分的芳烴表面張力較大。可以采用正物系這一模型。

傳質(zhì)過程中，由于流體的湍動(dòng)，液膜分布不均勻，在液膜較薄的地方，由于易揮發(fā)組分向氣相中進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使得液膜薄的位置難揮發(fā)組分較多，表面張力下降，正物系模型中，將產(chǎn)生一個(gè)將液膜較厚處的液體拉向較薄處的表面張力如圖2所示。結(jié)果是使得液膜趨于穩(wěn)定[3]，氣泡更加結(jié)實(shí)。

此外，溶劑與氧氣接觸，發(fā)生老化，溶劑系統(tǒng)變臟也會(huì)在不同程度上影響溶劑的表面張力，使得溶劑更容易產(chǎn)生發(fā)泡。本裝置2020年停工處理過程中使用的化學(xué)清洗藥劑屬于表面活性劑的一種，若系統(tǒng)中殘留化學(xué)清洗藥劑也會(huì)在不同程度上影響溶劑的表面張力，提高發(fā)泡產(chǎn)生的概率。

3.2" 氣泡產(chǎn)生的速度

進(jìn)料溫度過高，溶劑系統(tǒng)壓力偏低會(huì)引起進(jìn)料中較輕組分過量汽化；進(jìn)料量突然增大，塔底溫升過快，使氣液兩相流速加快，增加了氣泡形成；抽提塔底界位低，富溶劑層內(nèi)的渦流，有可能擴(kuò)展到油層，使富溶劑相中含帶大量非芳類，使得回收塔進(jìn)料中輕組分增多，也可能發(fā)生發(fā)泡；C5的表面張力最低，蒸汽壓最高，當(dāng)進(jìn)料中C5組分的含量高，增加了發(fā)泡的可能性；溶劑系統(tǒng)中烯烴含量高，在溶劑回收塔內(nèi)會(huì)迅速汽化，也會(huì)引起發(fā)泡 [1]。

4" 溶劑發(fā)泡的處理和預(yù)防

4.1" 溶劑發(fā)泡的處理

若及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)泡，則需要立即減少塔底熱源，降低塔底溫度10 ℃左右后，重新建立氣液相平衡，防止因發(fā)泡產(chǎn)生的塔壓、塔底溫度持續(xù)上升的惡性循環(huán)。此外，發(fā)泡會(huì)將塔底大部分溶劑淤積在各層塔盤，需要關(guān)注溶劑系統(tǒng)各塔的液位，防止空塔。

如圖3所示，發(fā)現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象后，及時(shí)降低抽提蒸餾塔塔底熱源，抽提蒸餾塔提餾段壓力出現(xiàn)降低趨勢，淤積在塔盤上的溶劑開始回落至塔底，抽提蒸餾塔、溶劑回收塔液位逐步恢復(fù)正常。

此外，若發(fā)泡現(xiàn)象嚴(yán)重，則需關(guān)注抽提塔頂回流罐的水包界位和回流泵的電流變化，判斷溶劑是否已經(jīng)串入回流罐。若水包界位突升，回流泵電流明顯增加，則說明溶劑已經(jīng)串入回流罐。此時(shí)要停止非芳外送，撤除塔底熱源，回流罐內(nèi)介質(zhì)全部返塔。芳烴抽提系統(tǒng)轉(zhuǎn)循環(huán)，避免出現(xiàn)質(zhì)量事件。

4.2" 溶劑發(fā)泡的預(yù)防

4.2.1" 嚴(yán)格控制進(jìn)料組成

C5是溶劑發(fā)泡的主要原因之一，其存在既能增加氣泡的結(jié)實(shí)程度，也提高氣泡產(chǎn)生的速度。因此要嚴(yán)格控制原料中C5非芳的含量?？梢酝ㄟ^提高重整精制油初餾點(diǎn)、提高脫戊烷塔靈敏板溫度等措施從源頭上降低芳烴抽提原料中C5的含量。

非芳的飽和蒸氣壓要明顯高于同炭原子數(shù)的芳烴，必要時(shí)可以將部分芳烴返回芳烴抽提原料罐以優(yōu)化進(jìn)料組成，減少溶劑發(fā)泡。

4.2.2" 優(yōu)化操作條件

1）抽提塔液位控制在較高液位，增加富溶劑在塔內(nèi)的停留時(shí)間，避免非芳帶入溶劑回收塔中，造成回收塔發(fā)泡；

2）嚴(yán)格控制抽提塔的進(jìn)料溫度和塔頂壓力，防止輕組分產(chǎn)生閃蒸。從而避免發(fā)泡現(xiàn)象的產(chǎn)生；

4.2.3" 做好溶劑再生

1）做好溶劑再生，定期切除老化溶劑，減少雜質(zhì)，提高系統(tǒng)中溶劑質(zhì)量。

本裝置采用的是中國石化股份有限公司石油化工科學(xué)研究院研發(fā)的離子交換處理劣化環(huán)丁砜技術(shù)，流程簡圖如圖5。

裝置在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生機(jī)械雜質(zhì)、磺酸鐵鹽和含氯化合物，這些雜質(zhì)在溶劑系統(tǒng)內(nèi)累積也會(huì)增加發(fā)泡的可能性。劣化環(huán)丁砜再生單元分別設(shè)有精度為50μm和20μm的進(jìn)料過濾器，該過濾器解決了系統(tǒng)溶劑雜質(zhì)較多的問題，進(jìn)一步降低了溶劑發(fā)泡的風(fēng)險(xiǎn)。

2）做好溶劑凈化，定期進(jìn)行樹脂再生、樹脂更換，改善溶劑pH值，減少溶劑中的顆粒物含量。

4.2.4" 持續(xù)注入消泡劑

本裝置采用江蘇太湖新材料控股有限公司生產(chǎn)的TH-A1芳烴抽提消泡劑。消泡的功能是通過破壞表面張力的均勻性來實(shí)現(xiàn)的。如果各處的張力不均勻，必有薄弱點(diǎn)，氣泡便從該薄弱點(diǎn)破裂。因此生產(chǎn)時(shí)要溶劑系統(tǒng)中注入一定量的消泡劑，可有效抑制氣泡產(chǎn)生。

5" 結(jié)束語

芳烴抽提裝置溶劑系統(tǒng)發(fā)泡是制約系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的原因之一。其產(chǎn)生主要原因是溶劑的表面張力下降，輕組分閃蒸突沸等。處理發(fā)泡現(xiàn)象的主要手段是降低熱源并維持抽提系統(tǒng)各塔液面。同時(shí)，預(yù)防溶劑系統(tǒng)發(fā)泡要從以下幾個(gè)方面入手，一是嚴(yán)格控制原料組成，減少輕組分含量；二是優(yōu)化操作條件，做好關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控，三是做好溶劑再生和溶劑凈化，減少系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)。四是定期注入消泡劑，抑制起泡的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

［1］薄洋．芳烴抽提裝置汽提塔發(fā)泡問題分析與對(duì)策[J]. 遼寧化工，2016 （10）：1350-1352．

［2］ZUIDERWEG F J ， HARMENS A . The influence of surface phenomena on the performance of distillation columns[J]. Chemical Engineeringence， 1958， 9 （2-3）： 89-103.

［3］王維德．表面張力對(duì)傳質(zhì)過程的影響[J]. 化學(xué)工程，2004 （02） ：16-20．

Abstract：" The 1 Mt·a-1 aromatics extraction unit of PetroChina Dalian Petrochemical Company adopts GTC patented process technology. Techtiv-100， a special solvent containing sulfolane， is used to separate raffinate oil and aromatic compounds by extraction distillation. Foaming in solvent system is a common problem encountered by aromatics extraction device， which restricts the smooth operation of aromatics extraction device. In this paper， the phenomenon， reasons and treatment measures of foaming were mainly described and analyzed.

Key words： Solvent; Foaming; Aromatics extraction