LNG脫苯回收再利用異戊烷的應(yīng)用探討

鄭 華 王天將 潘 剛 張 濤 王曉巖 曾 誠(chéng)

（1.河南中原綠能高科有限責(zé)任公司，河南 濮陽 457001；2.中國(guó)石化中原油建工程有限公司，河南 濮陽 457001；3.中國(guó)石化中原油田鉆井二公司，河南 濮陽 457001；4.襄垣縣國(guó)新液化天然氣有限公司，山西 長(zhǎng)治 046299；5.中國(guó)石油西南油氣田公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646001）

0 引言

苯是無色且具有芳香味的透明液體，熔點(diǎn)為5.5℃，與水不混溶，也難溶于LNG；異戊烷是無色透明的易揮發(fā)液體，熔點(diǎn)為-159.4℃，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑?，F(xiàn)有的異戊烷脫苯工藝使得異戊烷消耗量大，生產(chǎn)成本偏高。針對(duì)這個(gè)問題，對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行深入的研究和探討，本著為公司節(jié)約成本、創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益的理念出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行工藝改造。筆者就對(duì)LNG脫苯回收再利用異戊烷的工藝進(jìn)行探討分析。

1 LNG脫苯工藝的可行性分析

通過分析異戊烷和苯的物理性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)異戊烷熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于苯的熔點(diǎn)，利用苯和異戊烷熔點(diǎn)的不同且苯在低溫狀態(tài)下易結(jié)晶的特性，用LNG的冷能對(duì)含飽和苯的異戊烷降溫，將苯分離。通過將LNG與含苯異戊烷同時(shí)引入管殼式換熱器的管程及殼程，將吸附過苯的異戊烷溫度降至-120℃左右，使異戊烷中含有的苯結(jié)晶析出，附著在殼程管壁上，從而使脫苯裝置出口異戊烷中苯含量由12%左右降至1.5%以下，將脫過苯的異戊烷重新注入到新鮮異戊烷罐中，再進(jìn)入脫苯塔進(jìn)一步處理，以降低異戊烷的消耗量。同時(shí)，隨著苯結(jié)晶的析出，換熱器內(nèi)會(huì)有大量苯結(jié)晶附著在換熱器管壁，并部分隨異戊烷返回至異戊烷儲(chǔ)罐，當(dāng)脫苯裝置出口異戊烷中苯含量升高至5%以上時(shí)便停止裝置的運(yùn)行，切入到備用換熱器，開始對(duì)停用脫苯裝置換熱器進(jìn)行升溫，將溫度升至40℃左右，將其中的苯徹底熔化，隨異戊烷一起排入到輕烴儲(chǔ)罐中［1-3］。

2 LNG脫苯工藝實(shí)踐應(yīng)用

通過訂做兩臺(tái)低溫?fù)Q熱器，換熱器結(jié)構(gòu)為管殼式，選用304不銹鋼，換熱器管束折流板數(shù)量較多，且在換熱器的管束上增加管翅，含飽和苯的異戊烷從脫苯塔處引出，通過自力式調(diào)節(jié)閥進(jìn)入換熱器的殼程［4］，從一端底部進(jìn)入另一端頂部流出，返回到新鮮異戊烷儲(chǔ)罐中，出口設(shè)置取樣口，方便隨時(shí)監(jiān)控裝置的苯含量。LNG從液化天然氣分離罐排凝引出，從換熱器管程底部進(jìn)入，經(jīng)過換熱后從管程頂部進(jìn)入低壓天然氣換熱器殼程，后進(jìn)入低壓閃蒸氣系統(tǒng)；再生加熱所需的熱能從就近的熱氣吹掃線引出，進(jìn)入換熱器殼程底部，從另一端頂部排出并引入輕烴儲(chǔ)罐中，熱氣管線和氣相回輕烴儲(chǔ)罐管線上均設(shè)有排凝閥。投用時(shí)通過觀察低壓閃蒸氣增加量來控制LNG的引入量，對(duì)裝置預(yù)冷，一般低壓閃蒸氣增加（30～40）m3／h即可，當(dāng)溫度達(dá)到-120℃時(shí)將異戊烷引出裝置，返回異戊烷儲(chǔ)罐，大量苯則結(jié)晶在換熱器折流板或管翅上，在出口安裝溫度控制傳感器并加裝多層不銹鋼濾網(wǎng)，降阻晶體苯隨異戊烷返回至儲(chǔ)罐中，但容易造成苯附著在濾網(wǎng)上引起苯堵，同時(shí)在進(jìn)異戊烷儲(chǔ)罐前加裝氣化器對(duì)異戊烷升至常溫，避免其進(jìn)入儲(chǔ)罐的溫度過低。為了防止換熱器與外界空氣進(jìn)行熱交換，造成冷量散失，采用聚氨酯發(fā)泡材料進(jìn)行保冷處理。脫苯改造工藝流程見圖1（以脫苯換熱器A為例說明）。

圖1 脫苯改造工藝流程圖

工廠技術(shù)人員通過不斷的實(shí)驗(yàn)，綜合對(duì)比各項(xiàng)因素最后確定了利于低溫狀態(tài)下使異戊烷中苯結(jié)晶析出這一簡(jiǎn)單而有效的方式，達(dá)到了部分回收異戊烷的效果?？紤]到低溫結(jié)晶方法回收的異戊烷達(dá)不到將苯與異戊烷徹底分離的效果，其中少量的苯會(huì)隨異戊烷進(jìn)入到新鮮異戊烷儲(chǔ)罐，進(jìn)而造成一定的苯積累，進(jìn)入脫苯塔后可能會(huì)在后續(xù)單元發(fā)生苯堵。首先制作臨時(shí)的異戊烷回收裝置進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)隨著回收裝置的投運(yùn)及異戊烷液位的降低，異戊烷儲(chǔ)罐中苯含量在緩慢地上漲，從初期的0最高上漲到1.5%，但重新補(bǔ)入新鮮異戊烷后，苯含量又下降到0.2%以下，且新鮮異戊烷中苯含量的變化對(duì)脫苯塔中苯含量的影響并不明顯，從之前的10%上漲到12%；在調(diào)大異戊烷泵排量后，脫苯塔中苯含量又降低到之前的9%，同時(shí)通過控制實(shí)驗(yàn)裝置的溫度、壓力及含飽和苯的異戊烷進(jìn)入量，使出裝置的異戊烷苯含量可以控制在1.5%以下，完全可以達(dá)到生產(chǎn)要求。通過收集數(shù)據(jù)，對(duì)比投用前后各項(xiàng)參數(shù)的變化，認(rèn)為可以通過調(diào)節(jié)異戊烷泵排量、及時(shí)補(bǔ)充新鮮異戊烷以及控制脫苯裝置的溫度、壓力等方式來解決苯超標(biāo)的問題，說明此回收方案在技術(shù)層面是完全可行的。自試運(yùn)行以來，通過不斷對(duì)裝置流程及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，異戊烷消耗量明顯降低。試運(yùn)行期全年異戊烷消耗量為353.36 t，截至第二年年底，異戊烷消耗量為234.6 t，綜合節(jié)約率在30%以上，并且未發(fā)生一起因苯超標(biāo)造成裝置苯堵的情況。裝置投產(chǎn)前后異戊烷消耗對(duì)比見表1。

表1 裝置投產(chǎn)前與投產(chǎn)后3年上半年異戊烷消耗對(duì)比表 t

通過對(duì)比這4年上半年的異戊烷消耗量，可得出裝置投產(chǎn)后比投產(chǎn)前異戊烷的消耗量大大降低，證明此異戊烷回收方案在實(shí)際應(yīng)用中是可行的。

3 工藝改造前后的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

技術(shù)改造前每月異戊烷消耗量平均為36.36 t（異戊烷市場(chǎng)價(jià)為8 000元／t），總費(fèi)用為29.088萬元；技術(shù)改造后第一年每月異戊烷消耗量平均為22.63 t，總費(fèi)用為18.106萬元。技術(shù)改造后每月節(jié)約10.981萬元，每年則節(jié)省約131.776萬元。

可以看出，增加LNG脫苯回收異戊烷裝置每年節(jié)約了131萬元左右，降本效果十分顯著，而工藝管道技術(shù)改造的費(fèi)用僅為20萬元左右，技術(shù)改造后每年可節(jié)約資金上百萬元。

4 結(jié)束語

異戊烷脫苯工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備移動(dòng)少、管理難度低，在工廠應(yīng)用已取得了成果，但又帶來了異戊烷消耗量大、成本偏高的現(xiàn)實(shí)。對(duì)現(xiàn)有異戊烷脫苯工藝的改造進(jìn)行了深入研究和探討，通過化驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，本著為企業(yè)節(jié)約成本、創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益的觀念出發(fā)，對(duì)其工藝進(jìn)行改造，經(jīng)實(shí)踐運(yùn)用后較大地節(jié)約了經(jīng)營(yíng)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

［1］顧安忠.液化天然氣技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：346-357.

［2］肖暉，劉貴東.壓力容器安全技術(shù)［M］.鄭州：黃河水利出版社，2012.

［3］童景山.流體的熱物理性質(zhì)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，1996.

［4］李蓮明，洪鴻.天然氣開發(fā)常用閥門手冊(cè)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011：89-116.