輕汽油醚化甲醇回收塔底泵葉輪結(jié)垢原因分析

譚榮輝，石 靜

(中國(guó)石油烏魯木齊石化公司煉油廠，新疆烏魯木齊 830019)

1 概況

烏魯木齊石化公司煉油廠40×104t/a輕汽油醚化裝置于2011年11月建成投產(chǎn)。工藝生產(chǎn)采用美國(guó)CDTECH公司催化蒸餾技術(shù)，整個(gè)工藝過(guò)程由輕重汽油分離、選擇性加氫、臨氫異構(gòu)化、醚化、甲醇萃取和回收、異構(gòu)化反應(yīng)等工序組成，經(jīng)過(guò)輕汽油醚化裝置加工后輕汽油硫含量降低、烯烴含量下降、辛烷值上升，同時(shí)甲醇得到綜合利用。

輕汽油醚化裝置甲醇萃取塔是將醚化蒸餾塔塔頂混合碳五和甲醇混合液經(jīng)過(guò)甲醇萃取塔與水逆流萃取，塔頂分離出不含甲醇的碳五，塔底甲醇水送往甲醇回收塔；甲醇回收塔塔頂分離出99%甲醇作為醚化反應(yīng)原料循環(huán)使用，塔底分離出水作為甲醇萃取塔萃取水循環(huán)使用。為了控制萃取水pH的下降(醚化催化劑磺酸基脫落造成萃取水pH下降)、防止設(shè)備結(jié)垢、雜質(zhì)聚集等問(wèn)題出現(xiàn)，甲醇回收塔底的萃取水需要定期排放，同時(shí)補(bǔ)充除鹽水改善水質(zhì)。但因萃取水循環(huán)過(guò)程中溶解有雜醇(醚化反應(yīng)中發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生)，萃取水中的COD高達(dá)30 000 mg/L以上，無(wú)法直接排放至含油污水系統(tǒng)，只能通過(guò)汽車(chē)?yán)\(yùn)的方式送凈化水廠單獨(dú)進(jìn)行處理。

2014年技術(shù)改造,在裝置新增萃取水放污水罐D(zhuǎn)-204，通過(guò)增加置換量，改善萃取水pH值，減少甲醇萃取及回收系統(tǒng)的酸性腐蝕問(wèn)題，同時(shí)減少有害物質(zhì)富集，實(shí)現(xiàn)污水受控排放。2014年12月萃取水放污水罐(D-204)投用正常，裝置采用連續(xù)排放污水0.4 t/h的方式，保持系統(tǒng)水質(zhì)正常。但自D-204投用后裝置甲醇回收塔塔底泵(P-203)的電流出現(xiàn)快速上升的問(wèn)題，影響到裝置安全運(yùn)行。

2 甲醇回收塔流程簡(jiǎn)介

醚化蒸餾塔頂餾出物在甲醇萃取塔進(jìn)料冷卻器(E-206)中被冷卻至40℃后，進(jìn)入甲醇萃取塔(C-203)，與萃取水(從甲醇回收塔塔底來(lái))逆流接觸，將甲醇從餾分油抽提取到水相中。C-203頂部流出的C5抽余油經(jīng)聚結(jié)器脫水后，一部分經(jīng)流量控制送至異構(gòu)化單元，其余部分作為C5抽余油經(jīng)過(guò)壓力控制輸送出裝置。甲醇萃取塔底含甲醇萃取液靠自壓經(jīng)過(guò)甲醇回收塔進(jìn)料/萃取水換熱器(E-207)換熱后進(jìn)入甲醇回收塔(C-204)將萃取水和甲醇分離。塔頂分離出的甲醇循環(huán)至醚化反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行醚化反應(yīng)；塔底分離出的水經(jīng)甲醇回收塔底泵(P-203A/B)升壓經(jīng)過(guò)甲醇回收塔進(jìn)料/萃取水換熱器(E-207)和萃取水冷卻器(E-208)冷卻至40℃，然后作為萃取水送至甲醇萃取塔(C-203)頂部循環(huán)使用。在甲醇回收塔底泵(P-203)進(jìn)口設(shè)計(jì)有除鹽水補(bǔ)充線(xiàn)，在萃取水冷卻器(E-208)后設(shè)計(jì)萃取水排污流程。具體流程見(jiàn)圖1。

圖1 甲醇萃取及甲醇回收系統(tǒng)流程

3 甲醇回收塔底泵結(jié)垢原因分析

3.1 甲醇回收塔底泵結(jié)垢現(xiàn)象

自2014年年底以來(lái)甲醇回收塔底泵(P-203)出現(xiàn)機(jī)泵電流快速升高的問(wèn)題，達(dá)到或接近機(jī)泵額定電流，裝置被迫采用降低萃取水流量的方式降低機(jī)泵負(fù)荷，機(jī)泵流量由正常14 t/h降低到9 t/h(機(jī)泵設(shè)計(jì)正常流量27 m3/h，額定流量30 m3/h)，后期滿(mǎn)足裝置操作需要，被迫采用雙泵運(yùn)行的方式，但仍然不能阻止機(jī)泵電流持續(xù)上升。

通過(guò)對(duì)機(jī)泵進(jìn)行解體檢修，發(fā)現(xiàn)電機(jī)及機(jī)泵葉輪檢查正常，葉輪無(wú)腐蝕減薄、無(wú)坑蝕現(xiàn)象，但在機(jī)泵葉輪表面覆蓋有均勻垢層，顏色為鐵銹紅色；用銼刀可將葉輪上的垢層刮下，用酸性除垢劑可將葉輪處理至現(xiàn)金屬本色。經(jīng)過(guò)葉輪清垢后機(jī)泵能夠維持運(yùn)行二周，但機(jī)泵電流還是較快由43 A上升到54 A(額定電流55 A)，裝置只能通過(guò)頻繁對(duì)葉輪清垢的方法維持機(jī)泵運(yùn)行。

為了緩解機(jī)泵葉輪結(jié)垢車(chē)間通過(guò)在葉輪表面增加熱固化涂層(如圖2)，試圖通過(guò)改變機(jī)泵電磁效應(yīng)，緩解機(jī)泵葉輪。經(jīng)過(guò)熱固化的葉輪機(jī)泵穩(wěn)定運(yùn)行20天以后，隨后機(jī)泵電流又開(kāi)始快速上升，通過(guò)機(jī)泵解體檢查發(fā)現(xiàn)葉輪上的熱固化涂料脫落嚴(yán)重，脫落部位又重新被垢層覆蓋。

圖2 甲醇回收塔塔底泵葉輪噴涂熱固化涂料后情況

3.2 甲醇回收塔底泵結(jié)垢原因分析

將P-203進(jìn)口補(bǔ)充的除鹽水和萃取水取樣分析，萃取水中Fe2+明顯高于除鹽水，因醚化催化劑磺酸基的脫落造成萃取水的pH低于除鹽水。將P-203葉輪上的垢樣進(jìn)行分析，經(jīng)定性分析主要成分為含鐵化合物，酸對(duì)垢樣有較好的溶解性。

經(jīng)過(guò)查閱常見(jiàn)金屬的氫氧化合物發(fā)生沉淀對(duì)照表(見(jiàn)表1)，同時(shí)結(jié)合萃取水及垢樣的分析，F(xiàn)e(OH)2發(fā)生沉淀與裝置實(shí)際運(yùn)行工況較為接近[1]。通過(guò)對(duì)裝置甲醇回收塔流程分析，除鹽水注入點(diǎn)甲醇回收塔抽出管線(xiàn)，注入除鹽水進(jìn)泵前未能與萃取水充分混合，同時(shí)因除鹽水與萃取水存在pH差異，在機(jī)泵葉輪混合過(guò)程中出現(xiàn)pH值頻繁變化的問(wèn)題，當(dāng)達(dá)到Fe(OH)2沉淀的條件，就會(huì)造成葉輪結(jié)垢[2]。

表1 氫氧化合物開(kāi)始沉淀到完全沉淀pH對(duì)照

甲醇回收塔塔底泵葉輪結(jié)垢的問(wèn)題在2014年12月萃取水污水罐(D-204)投用前并不突出，分析原因主要是投用D-204前甲醇回收塔排放萃取水采用每月2次拉運(yùn)的方式，排水量為20 t，槽車(chē)裝車(chē)時(shí)間為2～3 h，對(duì)系統(tǒng)不足的水一般采用大量快速補(bǔ)充除鹽水來(lái)保證甲醇回收塔塔底液面的穩(wěn)定，此補(bǔ)水時(shí)間對(duì)比D-204投用后的連續(xù)補(bǔ)水方式的時(shí)間要少很多，所以萃取水污水罐投用前機(jī)泵葉輪結(jié)垢的問(wèn)題并不突出。另外隨著輕汽油醚化裝置運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，醚化系統(tǒng)的催化劑磺酸基脫落較開(kāi)工初期要嚴(yán)重，設(shè)備腐蝕加劇，鐵離子含量增加，這是機(jī)泵葉輪結(jié)垢加劇的誘因。

4 措施與效果

通過(guò)對(duì)甲醇回收塔塔底泵(P-203)葉輪結(jié)垢原因的分析，造成P-203泵葉輪結(jié)垢的原因是塔底萃取水與除鹽水的pH值存在差異，只要控制P-203進(jìn)口水pH穩(wěn)定，可以有效的控制Fe(OH)2析出結(jié)垢的問(wèn)題。通過(guò)將P-203進(jìn)口除鹽水的注入點(diǎn)改到E-207殼程進(jìn)口，使除鹽水與甲醇水在管道、換熱器、塔器內(nèi)緩慢混合，避免P-203進(jìn)口水pH的波動(dòng)。流程調(diào)整見(jiàn)圖3。通過(guò)以上流程的調(diào)整，2015年9月至2016年6月醚化裝置停工檢修長(zhǎng)達(dá)9月期間，P-203泵再?zèng)]有因?yàn)闄C(jī)泵葉輪結(jié)垢進(jìn)行維修，P-203泵葉輪結(jié)垢的問(wèn)題得到解決。

圖3 除鹽水注入點(diǎn)位置調(diào)整流程

5 結(jié)論

醚化裝置甲醇回收塔塔底泵葉輪出現(xiàn)結(jié)垢問(wèn)題以后，通過(guò)查閱資料此類(lèi)問(wèn)題在MTBE裝置及醚化裝置都有出現(xiàn)，解決方案均是采用被動(dòng)檢修的方式，對(duì)比效果明顯。本文通過(guò)對(duì)甲醇回收塔塔底泵結(jié)垢環(huán)境的分析，造成泵葉輪結(jié)垢的原因是塔底萃取水與除鹽水pH值存在差異，造成萃取水中Fe(OH)2析出結(jié)垢，通過(guò)改變除鹽水注水流程調(diào)整，穩(wěn)定P-203泵進(jìn)口的pH值，機(jī)泵葉輪的結(jié)垢得到有效解決，保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。