焦化行業(yè)洗脫苯工藝存在問題及策略探析

陳 強(qiáng)

（山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

洗脫苯工序是焦化企業(yè)的一道重要工序，其主要包括終冷、洗苯和脫苯三部分，其中終冷環(huán)節(jié)是將硫銨工段輸送來的煤氣（約55 ℃）經(jīng)過循環(huán)水、制冷水兩段冷卻后，將溫度降至24～27 ℃；洗苯環(huán)節(jié)則使用焦油洗油吸收終冷后煤氣中的苯，以降低煤氣中苯的質(zhì)量濃度，最后將煤氣交由后續(xù)工序使用；脫苯環(huán)節(jié)則是將洗苯后的含苯富油中的苯脫出并收入儲槽中[1]。當(dāng)前，該工藝在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定的不足之處，因此仍需要結(jié)合實(shí)際情況做進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)。

1 項(xiàng)目概述

某焦化企業(yè)基于上文所述的傳統(tǒng)洗脫苯工藝進(jìn)行生產(chǎn)，在長期的運(yùn)行過程中，該工藝的問題已經(jīng)逐步凸顯，目前主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)層面：一是終冷塔方面存在的問題，終冷塔在生產(chǎn)過程中的結(jié)萘現(xiàn)象較為突出，造成煤氣系統(tǒng)阻力增大，停車處理的次數(shù)過于頻繁，對于正常生產(chǎn)造成的影響較為突出。二是脫苯塔的處理能力不足，因其使用的鑄鐵泡罩塔自身性能限制，其效率長期處于較低水平，粗苯的質(zhì)量差、收率低，進(jìn)而導(dǎo)致蒸汽消耗偏高，帶來較高成本。三是系統(tǒng)中貧油和富油的含苯量偏高，嚴(yán)重影響了洗苯塔中洗油對苯的吸收，造成苯的收率長期處于偏低水平[2-3]。基于上述問題，該企業(yè)技術(shù)部門決定對既有的洗脫苯工藝進(jìn)行全面改進(jìn)。

2 洗脫苯工藝的改進(jìn)措施

2.1 對吸油循環(huán)量進(jìn)行調(diào)整

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可知，該焦化企業(yè)洗脫苯吸油循環(huán)量處于相對較低水平，導(dǎo)致富油中含苯量相對較高，根據(jù)近期化驗(yàn)測試顯示，富油含苯量高達(dá)2.4%。針對這一問題，技術(shù)部門調(diào)整不同的洗脫苯吸油循環(huán)量，對不同循環(huán)量梯度下的富油含苯量進(jìn)行測試分析，分析結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同循環(huán)量下的富油含苯量變化

根據(jù)圖1 可見，在增加洗脫苯吸油循環(huán)量后，富油含苯量可控制在相對較低的水平。當(dāng)循環(huán)量在1.8×10-3m3以上時(shí)，富油含苯量不再下降，繼續(xù)增加循環(huán)量將導(dǎo)致系統(tǒng)電耗增加。因此確定洗脫苯吸油循環(huán)量變更為1.8×10-3m3，以提升苯的收率。

2.2 換熱器改造

該焦化廠原換熱器采用“兩并兩串”式布置，實(shí)際運(yùn)行過程中，其運(yùn)行阻力較大，導(dǎo)致?lián)Q熱效果不甚理想。針對這一問題，技術(shù)部門基于增大換熱器有效面積的思路進(jìn)行優(yōu)化，將所有換熱器全部改為并聯(lián)模式，優(yōu)化后的換熱器布置圖如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后的換熱器布置示意圖

圖2 中，實(shí)線表示富油輸送管線；虛線表示貧油輸送管線。根據(jù)實(shí)際測試獲知，當(dāng)應(yīng)用此種改造模式后，因橫截面積增大，因此洗油流速相應(yīng)降低，換熱接觸面積也相應(yīng)增加。在以往工藝設(shè)計(jì)中，貧油溫度由170 ℃降低至120 ℃，富油溫度由60 ℃上升至110 ℃；而在本次工藝優(yōu)化后，貧油溫度由170 ℃降至90 ℃，富油溫度由60 ℃上升至140 ℃，顯然這使得換熱器環(huán)節(jié)的能耗顯著降低，同時(shí)也減少了管式爐設(shè)備投資環(huán)節(jié)帶來的成本。

2.3 對脫苯塔進(jìn)行優(yōu)化改造

為有效提升脫苯塔運(yùn)行效率和質(zhì)量，本次將該焦化廠以往應(yīng)用的鑄鐵泡罩塔變更為垂直篩板塔，其基本示意圖如圖3 所示。

圖3 垂直篩板塔基本示意圖

由圖3 可知，在該垂直篩板塔中，氣相與液相之間為噴射接觸，特別是在與篩板的撞擊過程中，氣相與液相將受到撞擊力作用而破碎為小分子團(tuán)狀態(tài)，混合強(qiáng)度加大，反應(yīng)速率更高，具有更高的傳質(zhì)效率。同時(shí)，根據(jù)理論分析，該垂直篩板塔與傳統(tǒng)的鑄鐵泡罩塔相比，其處理能力平均提高80%左右，除此之外，在該垂直篩板塔中，其阻力降主要來自罩體內(nèi)靜液層，該靜液層的高度低于同類塔的靜液層高度，因此在垂直篩板塔中的阻力降相對較低，降幅在25%左右，對于精餾環(huán)節(jié)相對較為有利。

2.4 洗苯塔技術(shù)改造

為提升洗苯塔環(huán)節(jié)的運(yùn)行效率，在洗苯塔旁新增1 個(gè)富油緩沖罐，在引入該模塊后，洗苯塔接受槽多余的富油將通過溢流方式進(jìn)入到緩沖罐中，再通過富油泵進(jìn)行換熱蒸餾[4]。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，將富油緩沖罐的容積進(jìn)行擴(kuò)大，使之保持在原接收槽容積的2 倍以上。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提升安全系數(shù)，在富油緩沖罐內(nèi)布置浮漂式液位計(jì)，并將其與繼電器、計(jì)算機(jī)設(shè)備等相連接，起到實(shí)時(shí)監(jiān)測液位的作用。該環(huán)節(jié)的整體改造示意圖如圖4 所示。

圖4 洗苯塔增設(shè)緩沖罐示意圖（虛線部分為增加部分）

2.5 引入變頻控制功能

在煤氣終冷環(huán)節(jié)中，其主要包括使用冷卻水控制煤氣終冷溫度，并噴灑冷凝液以減少掛萘現(xiàn)象的發(fā)生概率。考慮到實(shí)際運(yùn)行過程中，煤氣量處于動態(tài)變化，其需要對冷卻水量和冷凝液噴灑流量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，因此本次引入變頻控制功能。在變頻控制模塊的硬件設(shè)計(jì)中，本次選用TMS320LF2407A 芯片為核心進(jìn)行硬件部分的設(shè)計(jì)，基于該芯片，為其配備AC/DC 整流電路和IGBT 逆變電路，初步構(gòu)建變頻調(diào)速電路模塊，該模塊可細(xì)分為不可控整流環(huán)節(jié)、中間濾波環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)[5]。在此基礎(chǔ)上，考慮到輸入電壓與實(shí)際電壓之間的差異，因此在該電路的輸入端接一個(gè)自耦變壓器，以完成硬件設(shè)計(jì)。

3 實(shí)際應(yīng)用效果與討論

在本次洗脫苯工藝優(yōu)化改造環(huán)節(jié)全部完成后，為檢驗(yàn)其實(shí)際應(yīng)用效果，對改造后的工藝進(jìn)行運(yùn)行測試，時(shí)間跨度為60 d，并將測試結(jié)果與以往的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表1。

表1 工藝改造前和改造后的主要指標(biāo)數(shù)據(jù)對比情況

根據(jù)表1 中的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)對比情況可知，在應(yīng)用本次洗脫苯工藝優(yōu)化改造技術(shù)措施后，其粗苯回收率指標(biāo)顯著提升，有效降低了出洗苯工段后的煤氣中的苯質(zhì)量濃度。同時(shí)成本消耗也相應(yīng)降低，證明本次洗脫苯工藝的優(yōu)化改造工作取得了初步成功，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語

整體來看，通過本次對洗脫苯工藝的全面優(yōu)化改造，取得了相對較優(yōu)的效果，不僅有效提升了粗苯質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性，而且也在一定程度上降低了洗脫苯工藝環(huán)節(jié)中的能耗，因此其對于目標(biāo)焦化企業(yè)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益也將較為可觀。當(dāng)然，受到各種原因限制，本次研究難免存在一定不足之處，因此在今后的工作中，仍需要提升洗脫苯工藝的自動化和智能化水平，以確保洗脫苯效果的進(jìn)一步提升。