煤焦化粗苯生產(chǎn)精苯預(yù)處理工序的工藝改進(jìn)

胡寧

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司焦化廠，山東 濟(jì)南 271104)

0 引言

焦化粗苯是一種黃色、透明的油狀液體，在水中略微可溶。在貯存過(guò)程中，低沸點(diǎn)的不飽和物質(zhì)可能會(huì)發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，形成類似樹(shù)脂的物質(zhì)，這些物質(zhì)可以溶解在粗苯中，導(dǎo)致顏色變黑。粗苯具有易揮發(fā)、易燃的性質(zhì)，其閃點(diǎn)為12 ℃，初餾點(diǎn)介于40～60 ℃之間。粗苯是一種非常復(fù)雜的芳香族化合物，主要由苯、甲苯、二甲苯和三甲苯組成。此外，粗苯中還包含不飽和化合物、硫化物、飽和烴、酚和呲咤堿等物質(zhì)。

1 煤焦化粗苯生產(chǎn)精苯的預(yù)處理工序

在煤焦化粗苯生產(chǎn)過(guò)程中，精苯預(yù)處理工序是保證后續(xù)脫苯工序正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著焦?fàn)t規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)粗苯預(yù)處理工藝在流程、設(shè)備、操作等方面已不能滿足生產(chǎn)需求。因此，對(duì)原有粗苯預(yù)處理工藝進(jìn)行改造，優(yōu)化流程，改進(jìn)設(shè)備，是粗苯預(yù)處理工序的當(dāng)務(wù)之急。多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及工藝試驗(yàn)，在保證粗苯產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，將粗苯預(yù)處理工序的粗苯溫度由90 ℃降至75 ℃，并將原精苯中的酸性氣改為干餾尾氣回收系統(tǒng)；在原有蒸汽管網(wǎng)基礎(chǔ)上增加了蒸汽分配閥及蒸汽再循環(huán)泵；對(duì)精苯預(yù)處理系統(tǒng)中的冷卻設(shè)備進(jìn)行改造等一系列工藝改進(jìn)后，粗苯預(yù)處理工序可順利穩(wěn)定運(yùn)行，并取得了良好的效果。

1.1 粗苯預(yù)處理工序工藝流程

粗苯預(yù)處理工序是對(duì)焦油蒸餾工序的殘留物進(jìn)行凈化處理，并進(jìn)一步回收其中的粗苯、甲醇等產(chǎn)品，以減少粗苯脫苯塔的負(fù)荷，為后續(xù)脫苯工序提供充足的原料。將粗苯母液通過(guò)粗苯冷卻器進(jìn)入粗苯冷卻塔，粗苯母液在冷卻器內(nèi)與空氣接觸進(jìn)行熱交換后進(jìn)入塔內(nèi)。塔內(nèi)粗苯經(jīng)換熱器冷卻后，被送入脫苯塔進(jìn)行脫除。脫苯塔頂粗苯為精苯，再經(jīng)精苯泵送至精制塔頂，精制塔底精苯經(jīng)過(guò)換熱器冷卻后，進(jìn)入減壓塔。減壓塔底部精苯經(jīng)過(guò)減壓后進(jìn)入干餾尾氣回收系統(tǒng)，干餾尾氣通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)。在精苯預(yù)處理工序中，粗苯母液冷卻至80 ℃左右時(shí)，進(jìn)入精苯預(yù)處理系統(tǒng)的酸性氣體冷卻器冷卻。經(jīng)冷卻后的酸性氣體從塔頂排出后進(jìn)入干餾尾氣回收系統(tǒng)。整個(gè)粗苯預(yù)處理工序在冷卻器內(nèi)完成粗苯母液的冷卻和干餾尾氣的回收，傳統(tǒng)粗苯預(yù)處理工序中，粗苯經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻后，直接進(jìn)入脫苯塔進(jìn)行脫除。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于精苯溫度較高，為保證后續(xù)脫苯工序的正常運(yùn)行，粗苯進(jìn)入脫苯塔前需對(duì)粗苯進(jìn)行冷卻。為防止粗苯中含有大量焦油，在精苯冷卻過(guò)程中需使用一定量的水降溫。此外，傳統(tǒng)的粗苯預(yù)處理工序中未設(shè)置干餾尾氣回收系統(tǒng)和蒸汽分配閥，且冷卻器為敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，沒(méi)有采用保溫措施。因此導(dǎo)致大量的熱量損失及粗苯母液無(wú)法得到充分利用[1]。

1.2 精苯冷卻器

精苯冷卻器作為粗苯預(yù)處理工序中的重要設(shè)備，其性能直接影響精苯的質(zhì)量及后續(xù)脫苯工序的正常運(yùn)行。傳統(tǒng)粗苯冷卻器，由殼體、管束及填料組成。當(dāng)粗苯母液進(jìn)入精苯冷卻器時(shí)，粗苯母液在管束中與空氣進(jìn)行熱交換，由熱交換器出口排出。精苯母液進(jìn)入換熱器前需對(duì)其進(jìn)行降溫處理，以防止粗苯母液中含有大量焦油。傳統(tǒng)粗苯冷卻器沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行保溫處理，導(dǎo)致熱量損失較大。精苯冷卻器的主要作用是將粗苯母液冷卻至80 ℃左右后，送入脫苯塔進(jìn)行脫除。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于精苯冷卻器的換熱效果差，導(dǎo)致粗苯母液溫度高達(dá)100 ℃以上，在這種高溫條件下粗苯母液中的焦油將大量析出并堵塞管束，不僅影響精苯質(zhì)量及脫苯工序的正常運(yùn)行，而且會(huì)導(dǎo)致脫苯塔堵塞等問(wèn)題的發(fā)生。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了一種精苯冷卻器保溫改造方案：在換熱器上方加蓋一層保溫棉以防止精苯冷卻器內(nèi)溫度過(guò)高。該方案主要由兩部分組成：第一部分為保溫棉；第二部分為加蓋保溫棉。保溫棉由保溫材料和保溫層組成。保溫層將冷卻器管束全部包裹起來(lái)，并采用纏繞式結(jié)構(gòu)增加冷卻器的保溫效果。采用加蓋保溫棉后，可以有效防止粗苯母液溫度過(guò)高并在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3 酸性氣體冷卻器

酸性氣體冷卻器是粗苯預(yù)處理工序中的關(guān)鍵設(shè)備，它在整個(gè)粗苯預(yù)處理工序中起著至關(guān)重要的作用，是粗苯預(yù)處理工序中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。酸性氣體冷卻器為一種敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，采用蒸汽作為熱能載體。冷卻器頂部為氣相入口，底部為液相入口，在冷卻過(guò)程中通過(guò)氣、液兩相之間的不斷接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量交換，從而達(dá)到冷卻的目的。酸性氣體冷卻器主要由塔體、換熱器、蒸汽分配閥、蒸汽再循環(huán)泵等組成。塔體由兩層板組成，外層板上布置有換熱管道，內(nèi)層為活動(dòng)板層。在塔體內(nèi)層設(shè)有多個(gè)閥門和調(diào)節(jié)閥，在塔體的外側(cè)設(shè)置有排汽用的引管和排污用的引管，在塔體頂部設(shè)置有一臺(tái)蒸汽分配閥。塔體外層設(shè)有兩臺(tái)蒸汽再循環(huán)泵，用以冷卻塔體。酸性氣體冷卻器在實(shí)際使用過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，由于酸性氣體冷卻器不具備保溫措施，其內(nèi)部熱量損失嚴(yán)重；由于酸性氣體冷卻器結(jié)構(gòu)特殊且內(nèi)部布置復(fù)雜，在運(yùn)行過(guò)程中存在一定的安全隱患；由于酸性氣體冷卻器結(jié)構(gòu)特殊且內(nèi)部布置復(fù)雜，導(dǎo)致其檢修周期較短，每次檢修所需的時(shí)間較長(zhǎng)，從而增加了檢修成本；由于酸性氣體冷卻器沒(méi)有保溫措施，導(dǎo)致其換熱效率較低。

1.4 干餾尾氣回收系統(tǒng)

干餾尾氣回收系統(tǒng)主要由減壓塔、干餾爐、凈化爐、過(guò)濾器、循環(huán)水泵等設(shè)備組成，干餾尾氣回收系統(tǒng)中的干餾爐負(fù)責(zé)將減壓塔底部的粗苯母液和減壓塔頂部的精苯進(jìn)行氣相分離，并將分離出來(lái)的粗苯母液進(jìn)入精苯冷卻器進(jìn)行冷卻，最終被送往精苯泵送入脫苯塔進(jìn)行脫除。經(jīng)過(guò)干餾爐的氣體再經(jīng)過(guò)凈化爐進(jìn)行凈化處理，尾氣中含有的焦油和粗苯被收集起來(lái)，凈化后的氣體進(jìn)入干餾爐進(jìn)行干餾處理，同時(shí)回收其中的部分甲醇。經(jīng)干餾爐處理后的氣體進(jìn)入循環(huán)泵，經(jīng)過(guò)蒸汽分配閥進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)，再由蒸汽分配閥進(jìn)入精苯塔內(nèi)。精苯塔頂氣體經(jīng)循環(huán)泵加壓后進(jìn)入精苯冷卻器，冷卻后的氣體被送入精苯塔進(jìn)行脫除。這樣就完成了干餾尾氣的回收利用。同時(shí)由于系統(tǒng)中設(shè)置了過(guò)濾器，過(guò)濾后的氣體通過(guò)蒸汽分配閥進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了熱量的回收。

1.5 蒸汽分配閥

精苯冷卻器冷卻后直接進(jìn)入減壓塔進(jìn)行減壓，導(dǎo)致精苯溫度過(guò)高，無(wú)法達(dá)到后續(xù)脫苯工藝要求的溫度。因此，需要在粗苯預(yù)處理工序中設(shè)置蒸汽分配閥來(lái)完成精苯的冷卻。在第一級(jí)蒸汽分配閥中設(shè)置一個(gè)高壓儲(chǔ)油罐，其作用是將粗苯母液輸送至粗苯預(yù)處理工序的酸性氣體冷卻器，完成粗苯母液的冷卻。同時(shí)在粗苯預(yù)處理工序中設(shè)置一臺(tái)蒸汽再循環(huán)泵，其作用是將粗苯母液輸送至精苯冷卻器后，返回至高壓儲(chǔ)油罐進(jìn)行儲(chǔ)存。第二級(jí)蒸汽分配閥中設(shè)置兩臺(tái)高壓儲(chǔ)油罐和一臺(tái)低壓儲(chǔ)油罐。在第一級(jí)蒸汽分配閥的低壓段管道上設(shè)置一臺(tái)蒸汽分配閥和一臺(tái)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，低壓段管道上設(shè)置兩個(gè)高壓放空閥門。高壓段管道上設(shè)置一臺(tái)蒸汽再循環(huán)泵和一臺(tái)壓力調(diào)節(jié)閥。高壓液位計(jì)和壓力表分別安裝在高壓儲(chǔ)油罐與第一級(jí)蒸汽分配閥之間的低壓段管道上。粗苯預(yù)處理工序中設(shè)置有兩級(jí)蒸汽分配閥和一臺(tái)低壓再循環(huán)泵。粗苯母液在通過(guò)第一級(jí)蒸汽分配閥時(shí)，粗苯冷卻器的出口溫度可達(dá)到70 ℃左右；粗苯母液進(jìn)入第二級(jí)蒸汽分配閥后，粗苯母液的溫度可降至60 ℃左右；粗苯經(jīng)過(guò)第二級(jí)蒸汽分配閥后，粗苯冷卻器的出口溫度可降至30 ℃以下。由此可得，第一級(jí)蒸汽分配閥的作用是將粗苯冷卻至80 ℃左右；第二級(jí)蒸汽分配閥的作用是將粗苯冷卻至50 ℃左右[2]。

2 改造前預(yù)處理工序存在的問(wèn)題

(1) 原材料成分的多變性與焦炭生產(chǎn)和回收流程密切相關(guān)，其主要來(lái)源于多家化工企業(yè)。由于原材料成分和含量的不穩(wěn)定性，預(yù)處理過(guò)程中需要控制輕質(zhì)、混合質(zhì)和重質(zhì)成分的質(zhì)量在一定范圍內(nèi)。隨著原料成分的變化，其質(zhì)量成分也會(huì)相應(yīng)變化如表1 所示。因此，如果將不合格的輕組分添加到后續(xù)體系中，將對(duì)該體系產(chǎn)生較大的沖擊，導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量下降，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

表1 不同煉焦溫度下粗苯(180 ℃前餾分)中主要組分的含量

(2)粗苯預(yù)處理工序中，原粗苯預(yù)處理系統(tǒng)的處理能力為1 200 t/h，處理溫度為90 ℃。在精苯進(jìn)入粗苯預(yù)處理工序之前，原精苯系統(tǒng)內(nèi)的酸性氣體會(huì)對(duì)粗苯進(jìn)行中和反應(yīng)，并生成水煤氣(也稱為干餾尾氣)。在干餾尾氣回收系統(tǒng)中，含有少量的酸性氣體。這些酸性氣體具有毒性、腐蝕性，會(huì)對(duì)系統(tǒng)管道、設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，進(jìn)而影響到精苯生產(chǎn)工藝。

(3) 由于精苯預(yù)處理系統(tǒng)所需的蒸汽壓力為0.6 MPa，而蒸汽分配閥所需的壓力為0.3 MPa，蒸汽分配閥出口壓力只能在0.15 MPa 左右。這就導(dǎo)致了精苯預(yù)處理系統(tǒng)中蒸汽在經(jīng)過(guò)干餾尾氣回收系統(tǒng)時(shí)，無(wú)法全部進(jìn)入精苯預(yù)處理工序。因此，精苯預(yù)處理槽中的蒸汽會(huì)出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象，且當(dāng)精苯預(yù)處理槽中的壓力過(guò)低時(shí)，就會(huì)造成精苯預(yù)處理槽中蒸汽不能進(jìn)入精苯預(yù)處理槽進(jìn)行正常的反應(yīng)。

(4)由于原粗苯預(yù)處理系統(tǒng)內(nèi)存在大量的酸性氣體，同時(shí)干餾尾氣回收系統(tǒng)也有少量的酸性氣體排出，所以當(dāng)原粗苯預(yù)處理槽內(nèi)壓力過(guò)低時(shí)，就會(huì)造成精苯預(yù)處理槽內(nèi)的酸性氣體無(wú)法進(jìn)入到干餾尾氣回收系統(tǒng)。

3 工藝改進(jìn)措施

粗苯預(yù)處理工序生產(chǎn)流程：粗苯在精苯前先被加熱至75 ℃，然后進(jìn)入粗苯預(yù)熱器。粗苯預(yù)熱后的溫度為85～90 ℃，經(jīng)精苯壓縮機(jī)冷卻至25～30 ℃，再進(jìn)入精苯前冷卻塔。在精苯預(yù)冷卻塔內(nèi)，與粗苯一起冷卻至25 ℃的氣體是酸性氣體，通過(guò)塔頂、塔壁、塔底排出。此外，在粗苯預(yù)處理工序中還存在著大量的尾氣，如精苯和酸性氣一起回收利用時(shí)，可以降低廢熱鍋爐的運(yùn)行成本。為了降低粗苯預(yù)處理工序中的酸性氣含量，對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行了以下改造：

(1)將粗苯加熱爐出口溫度由90 ℃降至75 ℃。在將精苯加熱爐出口溫度降至75 ℃后，通過(guò)調(diào)節(jié)干餾尾氣回收系統(tǒng)的蒸汽分配閥及蒸汽再循環(huán)泵的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)粗苯冷卻塔內(nèi)酸性氣體的回收利用。

(2) 在原干餾尾氣回收系統(tǒng)管道上增加了一個(gè)蒸汽分配閥。當(dāng)精苯預(yù)處理工序需要較高溫度的氣體時(shí)，可通過(guò)此閥將低壓粗苯送入干餾尾氣回收系統(tǒng)；當(dāng)精苯冷卻塔內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)，可通過(guò)此閥將粗苯冷至25 ℃以下再進(jìn)入干餾尾氣回收系統(tǒng)。在精苯預(yù)處理工序中，精苯預(yù)冷卻塔內(nèi)的氣體由循環(huán)干餾尾氣回收系統(tǒng)送出，精苯經(jīng)干餾尾氣回收系統(tǒng)后，進(jìn)入粗苯循環(huán)使用[3]。

4 效果及效益

將原精苯中的酸性氣改為干餾尾氣回收系統(tǒng)，每年可回收尾氣約20 t，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，減少了酸性廢氣對(duì)環(huán)境的污染。粗苯預(yù)處理系統(tǒng)中的冷卻設(shè)備進(jìn)行改造后，可實(shí)現(xiàn)粗苯預(yù)處理系統(tǒng)中粗苯的冷卻效果，保障了粗苯產(chǎn)品質(zhì)量。在原有蒸汽管網(wǎng)基礎(chǔ)上增加了蒸汽分配閥及蒸汽再循環(huán)泵，并對(duì)精苯預(yù)處理系統(tǒng)中的冷卻設(shè)備進(jìn)行改造后，粗苯預(yù)處理工序可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。在粗苯預(yù)處理工序中增加了兩臺(tái)蒸汽分配閥及兩臺(tái)蒸汽再循環(huán)泵，以保證精苯產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)對(duì)粗苯預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行一系列改造后，精苯產(chǎn)品質(zhì)量及精苯回收率得到明顯提高，可滿足后續(xù)脫苯工序?qū)疆a(chǎn)品的要求。通過(guò)對(duì)粗苯預(yù)處理系統(tǒng)中的冷卻器進(jìn)行改造后，精苯預(yù)處理系統(tǒng)中冷卻水用量減少至原來(lái)的20%，每年可節(jié)約用水約20 t。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)粗苯預(yù)處理工序進(jìn)行一系列技術(shù)改進(jìn)，有效解決了原有工藝流程中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了粗苯預(yù)處理工序的穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)精苯冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，減少了蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)壓力波動(dòng)對(duì)精苯質(zhì)量的影響。通過(guò)對(duì)粗苯預(yù)處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，有效提高了精苯產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期效果。