苯抽提裝置運行中存在的問題及解決措施

苯抽提裝置運行中存在的問題及解決措施

西安石膏化合物化合物（以下簡稱西安化石）450kt.a單苯抽提裝置為鎮(zhèn)海化合物化合物化合物化合物3.105噸/a的配套裝置。采用中國石化科學院北京化學工程科學研究院（以下簡稱石科院）的專利技術，生產高差苯產品和高辛烷值苯磺酸。苯抽提裝置以脫C6塔頂餾分油為原料,苯產品作為商品外賣,抽余油及C6+重餾分作為全廠清潔汽油調和組分。該裝置由抽提蒸餾、溶劑回收、溶劑再生、苯精制及公用工程等5部分組成,洛陽石油化工工程公司負責設計,中國石化第五建設公司承擔施工,于2012年4月完成投資建設,同年11月開工投產。苯抽提裝置開工運行后,出現(xiàn)一系列問題,如抽提蒸餾塔靈敏板溫度波動頻繁劇烈(85~128℃),兩塔塔底溫度達不到操作要求等,嚴重影響了回收塔頂苯及C6非芳烴的質量及回收率,也造成能源浪費。2013年3月底,西安石化組織苯抽提裝置停工檢修。檢修開車后,裝置的各項工藝指標均滿足生產要求,解決了制約抽提裝置生產的瓶頸,取得了較好的節(jié)能效果和經濟效益。本文主要介紹了苯抽提裝置運行初期存在的問題、原因分析及檢修后產品質量及能耗情況。1抽提蒸餾塔溶劑石科院開發(fā)的環(huán)丁砜抽提蒸餾工藝,以環(huán)丁砜-水為復合溶劑,利用一定溫度下原料中各組分在溶劑中溶解度及相對揮發(fā)度不同,通過萃取精餾實現(xiàn)苯與非芳烴分離。C6餾分從抽提蒸餾塔中部進入,循環(huán)溶劑從塔的上部進入,溶劑和C6餾分在抽提蒸餾塔逆流接觸形成氣液兩相,由于溶劑與苯的作用力更強,使非芳烴富集于氣相,于塔頂冷凝后匯入重整汽油出裝置;苯富集于液相并被提純,進入溶劑回收塔,溶劑回收塔在減壓操作下分離溶劑與苯,含水溶劑自塔底打入抽提蒸餾塔循環(huán)使用,其中少量溶劑通過再生塔降壓蒸餾再生。塔頂苯經過白土系統(tǒng)去除痕量的烯烴和其他雜質,苯蒸發(fā)塔采用微正壓全回流操作,塔底C6+重餾分去脫C6塔處理,測線閃蒸出的苯進入苯檢驗罐,質量檢驗合格后送出裝置。2問題和原因分析2.1塔盤溫度對c6非芳烴回收率的影響苯抽提裝置開工運行初期暴露出幾個問題:(1)抽提蒸餾塔T301和溶劑回收塔T302熱量失衡,底溫偏低。T301塔底再沸器E304為熱虹吸立式換熱器,T302塔底再沸器E306為內嵌式換熱器,3.5MPa蒸汽經減溫減壓后作為塔底熱源。裝置運行初期運行負荷約60%,部分數(shù)據(jù)如表1。由表1可知,2.2MPa蒸汽及E304返塔溫度均高于設備設計值,蒸汽和除氧水用量也遠遠高于裝置滿負荷時的設計消耗。其中T301塔2.2MPa蒸汽用量約1.6t/h,但塔底溫度最高時只能達到167℃。理論上來講,T302熱源主要靠T301塔底富溶劑攜帶的熱量提供,塔底內嵌式再沸器只起熱量補償作用,經核算,每噸C6餾分大約需要2.2MPa蒸汽0.093t,便能滿足熱平衡的需要,而實際2.2MPa蒸汽用量在2.2t/h左右。(2)靈敏板溫度波動大而頻繁(85~120℃),塔盤溫度分布異常,精餾效果差,致使C6非芳烴含中苯質量分數(shù)在0.5%~4.0%,回收塔頂苯中非芳烴超標,其質量分數(shù)在97.5%~99.6%,尤其進料組成C6含量較低時,產品性質波動頻繁。在一定的工藝條件下,抽提進料中C6組分的質量分數(shù)對主要產品質量及塔盤溫度的影響分別見表2和表3。(3)苯產品攜帶甲苯。(4)貧溶劑酸性下降,pH已由開工時的6.5下降到5.5,可能造成設備腐蝕。2.2分析和解決原因2.2.1熱藍塔底循環(huán)液加熱塔底溫提不起來可能有3個原因:2.2MPa蒸汽用量不足或品質差;換熱器換熱面積不夠及塔底釜液循環(huán)量不夠。表1數(shù)據(jù)可排除2.2MPa蒸汽問題。E304設計規(guī)格為BJS600-1.6-90-6/25-2I,塔釜循環(huán)液設計流量為27t/h,經核算,1.6t,260℃的2.2MPa蒸汽發(fā)生相變后,可以將27t塔底循環(huán)液由122℃循環(huán)液加熱到180℃,而E304管程入、出口溫差高達98℃,顯然與與計算結果不符。可以排除換熱器設計的問題。同理,可推算出塔底實際循環(huán)量僅為9t左右。熱虹吸式再沸器工作原理就是利用再沸器內氣-液混合物和塔底液體的密度差為推動力,形成虹吸式運動,當再沸器的液體蒸發(fā)液面下降后,塔釜的液體就會補充再沸器的液面。循環(huán)量不足可能是T301積液箱隔板漏液或E304阻力過大而致。如果積液箱完好,塔底液位對虹吸式再沸器操作不會產生任何影響。如果積液箱漏液,虹吸效應勢必較弱,不能提供足夠的動力使再沸器正常運轉。由此可判定,T301塔熱量失衡為抽提蒸餾塔積液箱漏液所致。同時,積液箱漏液使非芳烴含量較高的富液與塔底富溶劑混合,造成回收塔頂苯產品中非芳烴超標。調整溶劑比、回流比難以達到理想效果。T302底溫最高時只能達到164℃,致使貧溶劑中的苯含量偏高(化驗分析最高時為9.6%),由于E306熱虹吸內嵌式換熱器設計規(guī)格為BJS600-1.6-90-6/25-2I,從T302溫度分布方面無法找出熱量失衡原因,需要檢修時認真檢查。2.2.2回收塔溫度下降,共聚反應及原料回收量過低,導致不穩(wěn)定運行靈敏板靠近進料口,最能反映氣液相負荷的變化趨勢。苯抽提裝置設計的原料中C6組分質量分數(shù)為29.62%,非芳烴質量分數(shù)為70.38%,實際生產原料中C6組分在23%~28%。靈敏板溫度與抽提原料中非芳烴含量關系密切,進料組分變化大或進料量變化大,進入塔內的輕組分突然變多,由于輕組分揮發(fā)吸熱,導致塔內溫度降低也就是進料板溫度迅速下降,因為溫度下降,塔內輕組分也下落,而虹吸式再沸器又不能提供更多的熱量,抽提塔中部溫度特別是靈敏板溫度波動劇烈。除了溶劑比、回流比可以調整操作,沒有其他調整手段。氣液相失衡,富溶劑攜帶非芳烴入回收塔,貧溶劑攜帶苯進入抽提塔,致使非芳烴及回收苯質量分數(shù)較低。此外,相間傳質過程中的Marangoni效應也起了一定作用,進料中苯含量高,Marangoni對流強烈,傳質傳熱速率快,可以提高精餾效果。生產中需要加大回收塔頂苯返回量來調節(jié)。主要原因是重整反應進料初餾點較低,統(tǒng)計結果表明,控制重整反應進料的初餾點不小于84℃,便能保證抽提原料C6質量分數(shù)在27%以上。為防止氯離子在貧溶劑中聚集,應控制重整反應系統(tǒng)的注氯量在合適范圍內。2.2.3優(yōu)化操作效果由于C6餾分分析存在滯后現(xiàn)象,甲苯含量超標的原料進入抽提進料系統(tǒng),致使苯產品中攜帶甲苯,質量不合格。通過脫C6塔優(yōu)化操作,產品質量可達預期效果。結果表明,調整脫C6塔壓0.09MPa,底溫160~162℃,回流靈敏板溫度100~103℃時,控制塔頂C6餾分中C6+組分質量分數(shù)在0.5%以下,塔底油含苯質量分數(shù)在0.6%以下,完全滿足苯抽提對原料甲苯含量的要求,又能最大程度地回收重整反應生成的苯。2.2.4環(huán)丁水質化環(huán)丁砜劣質化機理:超過一定的溫度,即使在惰性環(huán)境下,環(huán)丁砜的分解速度也會急劇上升,生成不飽和聚合物和二氧化硫,另外,高溫及微量氧工藝條件下,水解開環(huán)生成磺酸類物質,pH下降。裝置運行階段,再沸器返塔溫度長期處于220℃,存在局部過熱現(xiàn)象,助溶劑為除鹽水(環(huán)丁砜溶劑中水的質量分數(shù)為1.8%),沒有進行深度除氧,可能存在溶氧超標,為環(huán)丁砜劣質化提供了環(huán)境。上述問題不僅嚴重影響苯產品的質量與回收率,C6非芳烴中C6組分遠超出規(guī)定指標,匯入重整汽油后,給高辛烷值無苯重整汽油生產帶來壓力,還造成了極大的能源浪費,成為制約裝置生產的瓶頸。3調整塔盤蒸汽溫度2013年3月22日,西安石化組織苯抽提裝置停工檢修,檢查發(fā)現(xiàn)抽提蒸餾塔和溶劑回收塔集液箱與塔體施工不當,造成集液箱漏液嚴重,大量的富液直接短路漏進塔底,且抽提蒸餾塔中部塔盤安裝錯亂,導致部分塔盤氣液相負荷與開孔率不匹配。集液箱補焊和塔盤重裝后,裝置于4月2日再次開工。檢修后,將2.2MPa蒸汽溫度由260℃調整至230℃,保持E304返塔溫度170~175℃,E304和E306虹吸式再沸器換熱效率得到了很大提高,完全可以滿足抽提塔熱平衡的需要。通過調整溫度可以改善氣液相平衡狀況,靈敏板溫度可以穩(wěn)定在設計溫度(120℃),塔盤中段溫度分布正常。經過一段時間的優(yōu)化,裝置運行趨于平穩(wěn),產品質量合格,運行數(shù)據(jù)分析證實,達到了預期目的。4c6系統(tǒng)及苯的收率2013年5月8—9日,苯抽提裝置改造1個多月后,為進一步考察產品質量、收率及能耗情況,對裝置進行標定。標定時間為24h。進料量為4.0t/h,運行負荷為75%,C6餾分原料組成為28%C6+72%非芳烴,投用單個白土罐,其主要工藝條件、產品性質、收率及單耗見表4~表6。由表4、表5可知,在標定工藝條件下,C6非芳烴和回收塔頂苯質量分數(shù)分別為99.7%和99.98%,其他各項指標均滿足優(yōu)級品石油苯的質量標準。從表6可見,檢修后,裝置3.5MPa蒸汽及氮氣消耗量均低于設計值,加工每噸C6餾分,節(jié)約3.5MPa蒸汽0.049t,氮氣21.09m3。標定階段,伴熱蒸汽已停用,除氧水用量也大幅減小,電耗及循環(huán)冷卻水與重整部分相連,未計入。與檢修前相比,可節(jié)約22.23kg標油/t抽提進料。進料量按4.3t/h計算,每年可節(jié)約3.5MPa蒸汽8880t,氮氣223580m3,合計全年節(jié)約標油802t,按每噸標油價格2600元計算,可收益約207.6萬元。生產中還需進一步深入挖潛,如選擇合適的溶劑比、適當提高循環(huán)溶劑及C6餾分進塔溫度、根據(jù)介質物性調整伴熱蒸汽用量、降低除氧水用量及創(chuàng)造條件停用抽真空泵等措施,降低系統(tǒng)能耗。標定后,在運行負荷56%~90%,抽提進料中C6組分質量分數(shù)27%~32%,連續(xù)80d工業(yè)運行結果表明,控制溶劑比4.2~4.4,T301底溫165~171℃,T302底溫170~173℃,白土罐進料溫度165~175℃,2個白土罐串聯(lián)使用,酸洗比色、硫含量及結晶點等項目完全滿足工業(yè)級石油苯的質量指標要求。據(jù)統(tǒng)計,C6非芳烴和貧溶劑中的C6組分質量分數(shù)平均值分別為0.37%和0.02%,回收塔頂苯和苯蒸發(fā)塔側線抽出苯的質量分數(shù)均在99.9%以上,苯產品合格率為99.9%,收率大于99.1%。根據(jù)西安石化石腦油及用氫平衡現(xiàn)狀,苯抽提裝置年平均加工負荷約80%,可生產石油苯1.027萬t/a,不合格品苯與工業(yè)級石油苯的價格差異按1000元/