苯抽提装置运行中存在的问题及解决措施

苯抽提装置运行中存在的问题及解决措施

西安石膏化合物化合物（以下简称西安化石）450kt.a单苯抽提装置为镇海化合物化合物化合物化合物3.105吨/a的配套装置。采用中国石化科学院北京化学工程科学研究院（以下简称石科院）的专利技术，生产高差苯产品和高辛烷值苯磺酸。苯抽提装置以脱C6塔顶馏分油为原料,苯产品作为商品外卖,抽余油及C6+重馏分作为全厂清洁汽油调和组分。该装置由抽提蒸馏、溶剂回收、溶剂再生、苯精制及公用工程等5部分组成,洛阳石油化工工程公司负责设计,中国石化第五建设公司承担施工,于2012年4月完成投资建设,同年11月开工投产。苯抽提装置开工运行后,出现一系列问题,如抽提蒸馏塔灵敏板温度波动频繁剧烈(85~128℃),两塔塔底温度达不到操作要求等,严重影响了回收塔顶苯及C6非芳烃的质量及回收率,也造成能源浪费。2013年3月底,西安石化组织苯抽提装置停工检修。检修开车后,装置的各项工艺指标均满足生产要求,解决了制约抽提装置生产的瓶颈,取得了较好的节能效果和经济效益。本文主要介绍了苯抽提装置运行初期存在的问题、原因分析及检修后产品质量及能耗情况。1抽提蒸馏塔溶剂石科院开发的环丁砜抽提蒸馏工艺,以环丁砜-水为复合溶剂,利用一定温度下原料中各组分在溶剂中溶解度及相对挥发度不同,通过萃取精馏实现苯与非芳烃分离。C6馏分从抽提蒸馏塔中部进入,循环溶剂从塔的上部进入,溶剂和C6馏分在抽提蒸馏塔逆流接触形成气液两相,由于溶剂与苯的作用力更强,使非芳烃富集于气相,于塔顶冷凝后汇入重整汽油出装置;苯富集于液相并被提纯,进入溶剂回收塔,溶剂回收塔在减压操作下分离溶剂与苯,含水溶剂自塔底打入抽提蒸馏塔循环使用,其中少量溶剂通过再生塔降压蒸馏再生。塔顶苯经过白土系统去除痕量的烯烃和其他杂质,苯蒸发塔采用微正压全回流操作,塔底C6+重馏分去脱C6塔处理,测线闪蒸出的苯进入苯检验罐,质量检验合格后送出装置。2问题和原因分析2.1塔盘温度对c6非芳烃回收率的影响苯抽提装置开工运行初期暴露出几个问题:(1)抽提蒸馏塔T301和溶剂回收塔T302热量失衡,底温偏低。T301塔底再沸器E304为热虹吸立式换热器,T302塔底再沸器E306为内嵌式换热器,3.5MPa蒸汽经减温减压后作为塔底热源。装置运行初期运行负荷约60%,部分数据如表1。由表1可知,2.2MPa蒸汽及E304返塔温度均高于设备设计值,蒸汽和除氧水用量也远远高于装置满负荷时的设计消耗。其中T301塔2.2MPa蒸汽用量约1.6t/h,但塔底温度最高时只能达到167℃。理论上来讲,T302热源主要靠T301塔底富溶剂携带的热量提供,塔底内嵌式再沸器只起热量补偿作用,经核算,每吨C6馏分大约需要2.2MPa蒸汽0.093t,便能满足热平衡的需要,而实际2.2MPa蒸汽用量在2.2t/h左右。(2)灵敏板温度波动大而频繁(85~120℃),塔盘温度分布异常,精馏效果差,致使C6非芳烃含中苯质量分数在0.5%~4.0%,回收塔顶苯中非芳烃超标,其质量分数在97.5%~99.6%,尤其进料组成C6含量较低时,产品性质波动频繁。在一定的工艺条件下,抽提进料中C6组分的质量分数对主要产品质量及塔盘温度的影响分别见表2和表3。(3)苯产品携带甲苯。(4)贫溶剂酸性下降,pH已由开工时的6.5下降到5.5,可能造成设备腐蚀。2.2分析和解决原因2.2.1热蓝塔底循环液加热塔底温提不起来可能有3个原因:2.2MPa蒸汽用量不足或品质差;换热器换热面积不够及塔底釜液循环量不够。表1数据可排除2.2MPa蒸汽问题。E304设计规格为BJS600-1.6-90-6/25-2I,塔釜循环液设计流量为27t/h,经核算,1.6t,260℃的2.2MPa蒸汽发生相变后,可以将27t塔底循环液由122℃循环液加热到180℃,而E304管程入、出口温差高达98℃,显然与与计算结果不符。可以排除换热器设计的问题。同理,可推算出塔底实际循环量仅为9t左右。热虹吸式再沸器工作原理就是利用再沸器内气-液混合物和塔底液体的密度差为推动力,形成虹吸式运动,当再沸器的液体蒸发液面下降后,塔釜的液体就会补充再沸器的液面。循环量不足可能是T301积液箱隔板漏液或E304阻力过大而致。如果积液箱完好,塔底液位对虹吸式再沸器操作不会产生任何影响。如果积液箱漏液,虹吸效应势必较弱,不能提供足够的动力使再沸器正常运转。由此可判定,T301塔热量失衡为抽提蒸馏塔积液箱漏液所致。同时,积液箱漏液使非芳烃含量较高的富液与塔底富溶剂混合,造成回收塔顶苯产品中非芳烃超标。调整溶剂比、回流比难以达到理想效果。T302底温最高时只能达到164℃,致使贫溶剂中的苯含量偏高(化验分析最高时为9.6%),由于E306热虹吸内嵌式换热器设计规格为BJS600-1.6-90-6/25-2I,从T302温度分布方面无法找出热量失衡原因,需要检修时认真检查。2.2.2回收塔温度下降,共聚反应及原料回收量过低,导致不稳定运行灵敏板靠近进料口,最能反映气液相负荷的变化趋势。苯抽提装置设计的原料中C6组分质量分数为29.62%,非芳烃质量分数为70.38%,实际生产原料中C6组分在23%~28%。灵敏板温度与抽提原料中非芳烃含量关系密切,进料组分变化大或进料量变化大,进入塔内的轻组分突然变多,由于轻组分挥发吸热,导致塔内温度降低也就是进料板温度迅速下降,因为温度下降,塔内轻组分也下落,而虹吸式再沸器又不能提供更多的热量,抽提塔中部温度特别是灵敏板温度波动剧烈。除了溶剂比、回流比可以调整操作,没有其他调整手段。气液相失衡,富溶剂携带非芳烃入回收塔,贫溶剂携带苯进入抽提塔,致使非芳烃及回收苯质量分数较低。此外,相间传质过程中的Marangoni效应也起了一定作用,进料中苯含量高,Marangoni对流强烈,传质传热速率快,可以提高精馏效果。生产中需要加大回收塔顶苯返回量来调节。主要原因是重整反应进料初馏点较低,统计结果表明,控制重整反应进料的初馏点不小于84℃,便能保证抽提原料C6质量分数在27%以上。为防止氯离子在贫溶剂中聚集,应控制重整反应系统的注氯量在合适范围内。2.2.3优化操作效果由于C6馏分分析存在滞后现象,甲苯含量超标的原料进入抽提进料系统,致使苯产品中携带甲苯,质量不合格。通过脱C6塔优化操作,产品质量可达预期效果。结果表明,调整脱C6塔压0.09MPa,底温160~162℃,回流灵敏板温度100~103℃时,控制塔顶C6馏分中C6+组分质量分数在0.5%以下,塔底油含苯质量分数在0.6%以下,完全满足苯抽提对原料甲苯含量的要求,又能最大程度地回收重整反应生成的苯。2.2.4环丁水质化环丁砜劣质化机理:超过一定的温度,即使在惰性环境下,环丁砜的分解速度也会急剧上升,生成不饱和聚合物和二氧化硫,另外,高温及微量氧工艺条件下,水解开环生成磺酸类物质,pH下降。装置运行阶段,再沸器返塔温度长期处于220℃,存在局部过热现象,助溶剂为除盐水(环丁砜溶剂中水的质量分数为1.8%),没有进行深度除氧,可能存在溶氧超标,为环丁砜劣质化提供了环境。上述问题不仅严重影响苯产品的质量与回收率,C6非芳烃中C6组分远超出规定指标,汇入重整汽油后,给高辛烷值无苯重整汽油生产带来压力,还造成了极大的能源浪费,成为制约装置生产的瓶颈。3调整塔盘蒸汽温度2013年3月22日,西安石化组织苯抽提装置停工检修,检查发现抽提蒸馏塔和溶剂回收塔集液箱与塔体施工不当,造成集液箱漏液严重,大量的富液直接短路漏进塔底,且抽提蒸馏塔中部塔盘安装错乱,导致部分塔盘气液相负荷与开孔率不匹配。集液箱补焊和塔盘重装后,装置于4月2日再次开工。检修后,将2.2MPa蒸汽温度由260℃调整至230℃,保持E304返塔温度170~175℃,E304和E306虹吸式再沸器换热效率得到了很大提高,完全可以满足抽提塔热平衡的需要。通过调整温度可以改善气液相平衡状况,灵敏板温度可以稳定在设计温度(120℃),塔盘中段温度分布正常。经过一段时间的优化,装置运行趋于平稳,产品质量合格,运行数据分析证实,达到了预期目的。4c6系统及苯的收率2013年5月8—9日,苯抽提装置改造1个多月后,为进一步考察产品质量、收率及能耗情况,对装置进行标定。标定时间为24h。进料量为4.0t/h,运行负荷为75%,C6馏分原料组成为28%C6+72%非芳烃,投用单个白土罐,其主要工艺条件、产品性质、收率及单耗见表4~表6。由表4、表5可知,在标定工艺条件下,C6非芳烃和回收塔顶苯质量分数分别为99.7%和99.98%,其他各项指标均满足优级品石油苯的质量标准。从表6可见,检修后,装置3.5MPa蒸汽及氮气消耗量均低于设计值,加工每吨C6馏分,节约3.5MPa蒸汽0.049t,氮气21.09m3。标定阶段,伴热蒸汽已停用,除氧水用量也大幅减小,电耗及循环冷却水与重整部分相连,未计入。与检修前相比,可节约22.23kg标油/t抽提进料。进料量按4.3t/h计算,每年可节约3.5MPa蒸汽8880t,氮气223580m3,合计全年节约标油802t,按每吨标油价格2600元计算,可收益约207.6万元。生产中还需进一步深入挖潜,如选择合适的溶剂比、适当提高循环溶剂及C6馏分进塔温度、根据介质物性调整伴热蒸汽用量、降低除氧水用量及创造条件停用抽真空泵等措施,降低系统能耗。标定后,在运行负荷56%~90%,抽提进料中C6组分质量分数27%~32%,连续80d工业运行结果表明,控制溶剂比4.2~4.4,T301底温165~171℃,T302底温170~173℃,白土罐进料温度165~175℃,2个白土罐串联使用,酸洗比色、硫含量及结晶点等项目完全满足工业级石油苯的质量指标要求。据统计,C6非芳烃和贫溶剂中的C6组分质量分数平均值分别为0.37%和0.02%,回收塔顶苯和苯蒸发塔侧线抽出苯的质量分数均在99.9%以上,苯产品合格率为99.9%,收率大于99.1%。根据西安石化石脑油及用氢平衡现状,苯抽提装置年平均加工负荷约80%,可生产石油苯1.027万t/a,不合格品苯与工业级石油苯的价格差异按1000元/