工藝凝液汽提塔聚堵的原因分析及應(yīng)對(duì)措施

孫慶虎

(海南實(shí)華嘉盛化工有限公司，海南 洋浦 578001)

海南實(shí)華嘉盛化工有限公司(下稱“實(shí)華嘉盛”)8萬t/a苯乙烯裝置采用中國石化乙苯絕熱負(fù)壓脫氫與傳統(tǒng)苯乙烯分離技術(shù)，工藝流程包括乙苯脫氫、油水分離、工藝凝液處理、脫氫尾氣壓縮和吸收以及苯乙烯精餾五個(gè)部分。在乙苯脫氫過程中，需要配比適量的210KPa蒸汽，主要目的是為乙苯脫氫吸熱反應(yīng)提供熱量，同時(shí)可以有效地降低烴分壓，提高乙苯轉(zhuǎn)化率，降低催化劑表面積碳，保持催化劑活性。該部分蒸汽冷凝后變成水，再加上乙苯脫氫產(chǎn)物的急冷水以及壓縮機(jī)體注入的急冷水，這三部分水最終匯集在油水分離器形成了工藝凝液。這些凝液成分復(fù)雜，不僅含有少量的鐵離子，還含有苯、乙苯、甲苯、苯乙烯等有機(jī)成分，由于在油水分離器沒有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間，很難在油水分離器中完全分離，加上苯乙烯本身容易聚合，因此乙苯脫氫單元工藝凝液必須經(jīng)過汽提塔將凝液中的有機(jī)物進(jìn)行回收，并經(jīng)過進(jìn)一步凈化處理，使工藝凝液達(dá)到回用的要求。

1 工藝凝液汽提系統(tǒng)流程簡(jiǎn)介

圖1 工藝凝液汽提系統(tǒng)流程示意圖

如圖1所示(不含虛線部分)。乙苯脫氫單元的乙苯脫氫產(chǎn)物通過主冷凝器A301冷卻，液相進(jìn)入油水分離器D305，氣相去脫氫尾氣壓縮機(jī)。油水分離器D305的油相通過脫氫液泵P301送至界外，水相通過工藝凝液泵P302送入聚結(jié)器D312，聚結(jié)器D312分離的油相部分返回油水分離器D305，水相經(jīng)過工藝凝液過濾器SR301再通過汽提塔冷凝器E307管程進(jìn)入汽提塔C301。汽提塔塔底采用40KPaG蒸汽加熱，塔頂氣相經(jīng)過汽提塔冷凝器E307殼程返回油水分離器D305。汽提塔C301塔底凝液經(jīng)過汽提塔凝液泵P303送入工藝水處理系統(tǒng)PA31，最后處理完畢送至海南煉化凝液管網(wǎng)。

2 工藝凝液汽提系統(tǒng)存在的問題

2.1 聚結(jié)器D312出現(xiàn)大量苯乙烯聚合物

油水分離器D305水相室工藝凝液中存在一定量的脫氫液，脫氫液中含有60%左右的苯乙烯。聚結(jié)器作用就是將工藝凝液中的油相小液滴通過物理吸附作用，聚集成大的油相液滴，從而達(dá)到進(jìn)一步分離的作用。聚結(jié)器D312分離的油相部分返回油水分離器D305。由于聚結(jié)器D312出口調(diào)節(jié)閥處管線變徑，管線內(nèi)的聚合物掛壁，長(zhǎng)時(shí)間積累易造成堵塞，導(dǎo)致聚結(jié)器D312內(nèi)苯乙烯等有機(jī)物無法回收，進(jìn)一步造成內(nèi)部聚合。

2.2 工藝凝液過濾器SR301堵塞

工藝凝液過濾器SR301有A、B兩臺(tái)，一開一備。由于工藝凝液中帶油，同時(shí)D312出料中攜帶了大量聚合物，導(dǎo)致工藝凝液過濾器SR301經(jīng)常堵塞， SR301A/B兩臺(tái)頻繁切換。SR301使用棉芯過濾，更換濾芯后效果不明顯，再加上濾芯價(jià)格較高且無法重復(fù)利用，造成極大的浪費(fèi)。

2.3 汽提塔冷凝器 E307頻繁切換

脫氫裝置汽提塔冷凝器 E307分為A、B兩臺(tái)，一開一備，定期切換防止聚合物積累。汽提塔C301塔頂壓力控制在40KPaA，氣相溫度控制在80℃，從汽提塔塔頂出來的含有苯乙烯的熱氣流在汽提塔冷凝器 E307內(nèi)與含有苯乙烯等有機(jī)物的工藝凝液換熱，在換熱器的管程和殼程內(nèi)形成苯乙烯聚合物，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，苯乙烯聚合物不斷積累。當(dāng)聚合物的量增加達(dá)到一定程度時(shí)，換熱器的流通量受到影響，換熱面積減小，凝液流量降低，導(dǎo)致汽提塔冷凝器 E307頻繁切換。

2.4 工藝凝液汽提塔堵塞

2018年8月10日，汽提塔C301塔釜壓力PI3093突然升高，塔頂壓力未有較大改變，如圖2所示。塔釜液位快速降低，進(jìn)出料不平衡。經(jīng)分析判斷為汽提塔C301中下部塔盤堵塞，導(dǎo)致氣液兩相在塔盤上無法正常分離。經(jīng)過降低脫氫負(fù)荷，減少C301凝液進(jìn)料量后逐步恢復(fù)正常。

圖2 C301塔底壓力變化趨勢(shì)圖

2018年8月18日，脫氫系統(tǒng)工藝凝液量達(dá)不到工藝需求量，造成D305油水分離器界位持續(xù)上漲，油水分離不完全，脫氫液內(nèi)水含量過多。班組對(duì)工藝凝液泵P302A/B和工藝凝液過濾器SR301A/B切換并清理濾網(wǎng)和濾芯后，工藝凝液量仍未增加，隨后將P302A/B和SR301A/B 雙臺(tái)投用，雖然工藝凝液量有所提高，但始終無法達(dá)到正常量。后經(jīng)分析判斷為汽提塔C301進(jìn)料分布器堵塞所致。

2018年8月28日2時(shí)，汽提塔C301再次出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，經(jīng)過關(guān)閉塔釜汽提蒸汽操作，使塔內(nèi)聚合物落至塔釜，多次淸理汽提塔凝液泵P303入口過濾網(wǎng)后恢復(fù)正常。后經(jīng)分析判斷為汽提塔C301塔盤堵塞所致。

為保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行，2018年9月7日對(duì)汽提塔C301進(jìn)行停工吹掃，對(duì)汽提塔C301進(jìn)料分布器、塔盤及降液槽進(jìn)行檢查、清理。在拆檢過程中發(fā)現(xiàn)汽提塔C301進(jìn)料管線、進(jìn)料分布器、塔盤均堵塞嚴(yán)重(如圖3、圖4、圖5所示)。塔內(nèi)聚合物清理完畢后，汽提塔C301重新開工后運(yùn)行正常。但不排除今后會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)塔內(nèi)聚合的可能。

圖3 汽提塔C301進(jìn)料管線堵塞

圖4 汽提塔C301進(jìn)料分布器堵塞

圖5 汽提塔C301塔盤堵塞

3 原因分析

3.1 苯乙烯易自聚

苯乙烯性質(zhì)很活潑，因其分子中的乙烯基和苯環(huán)之間處于共軛關(guān)系，電子云在乙烯基上的流動(dòng)性較大，所以它能以多種機(jī)理進(jìn)行聚合，再無引發(fā)劑存在時(shí)受熱也能發(fā)生熱聚合反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理[1]如下：

苯乙烯+熱量→聚苯乙烯(線)+2.8MJ/kg

苯乙烯+助催化劑→聚苯乙烯(交聯(lián))+苯基乙烯

苯乙烯+氧氣→苯乙烯-氧共聚物

苯乙烯在環(huán)境溫度下就可以發(fā)生緩慢的熱激發(fā)的聚合反應(yīng)，但由于聚合過程是一個(gè)放熱反應(yīng)，如果反應(yīng)熱不能及時(shí)移走，反應(yīng)速度將會(huì)隨溫度升高而加快，溫度升高到65℃左右時(shí)苯乙烯聚合反應(yīng)急劇進(jìn)行，形成爆聚[2]。工藝凝液汽提塔C301內(nèi)聚合物過多主要原因是工藝凝液攜帶的苯乙烯進(jìn)入C301，由于C301操作溫度80℃左右，正好處于苯乙烯爆聚范圍內(nèi)，導(dǎo)致C301進(jìn)料分布器及塔盤、降液管內(nèi)苯乙烯聚合物過多，進(jìn)而影響C301的正常操作。

3.2 油水分離不徹底

由于油水分離器D305內(nèi)存在聚合物，聚合物在進(jìn)入液位計(jì)后導(dǎo)致油水分離器D305水相界位顯示不準(zhǔn)確，以至于D305水相嚴(yán)重帶油，從而將苯乙烯帶到工藝凝液汽提系統(tǒng)。

3.3 聚結(jié)器油相回收管路不暢

聚結(jié)器D312至油水分離器D305返回線管徑較小，當(dāng)管線堵塞時(shí)未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并疏通，就會(huì)導(dǎo)致凝液中的苯乙烯無法返回至D305重新分離，從而導(dǎo)致苯乙烯在工藝凝液汽提系統(tǒng)聚合。

3.4 操作原因

在工藝凝液泵P302流量降低的情況下，未及時(shí)清理P302泵濾網(wǎng)和凝液過濾器SR303濾芯，只是通過打開SR303旁路來增加凝液量。為不增加系統(tǒng)壓降，凝液過濾器SR301只有一臺(tái)有濾芯，導(dǎo)致工藝凝液未經(jīng)過過濾直接進(jìn)入汽提塔C301。凝液進(jìn)入汽提塔C301前使用350kPa蒸汽加熱至75℃左右，在此溫度下凝液中的苯乙烯會(huì)快速聚合，導(dǎo)致進(jìn)料管線、分布器堵塞。

4 改進(jìn)措施

4.1 油水分離器D305界位的控制

油水分離器D305水相界位按照工藝指標(biāo)嚴(yán)格控制在80%～85%，例行巡檢中操作人員應(yīng)及時(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)界位計(jì)中有無乳化物存在(顏色是否乳白)，與遠(yuǎn)傳液位計(jì)校對(duì)，是否一致，并且定期清理界位計(jì)浮筒，調(diào)校儀表，確保D305水相室界位的準(zhǔn)確性。

4.2 工藝凝液過濾器改造

在凝液過濾器SR301前再加裝一臺(tái)金屬燒結(jié)網(wǎng)過濾器SR303(如圖6、圖7所示)，讓工藝凝液先進(jìn)入SR303，等到SR303堵塞時(shí)，將SR303切換至旁路并清理濾芯。由于SR303使用的是金屬燒結(jié)網(wǎng)濾芯，可以重復(fù)使用，這種濾芯可及時(shí)清理再投入使用，從而有效地減少了SR301棉濾芯更換，不僅增強(qiáng)了過濾效果，而且降低了運(yùn)行成本。

圖6 改造前流程圖

圖7 改造后流程圖

4.3 聚結(jié)器出口調(diào)節(jié)閥改造

將聚結(jié)器D312出口調(diào)節(jié)閥拆除，改為短管連接，消除管線變徑。經(jīng)過改造后，管線不再堵塞，保持很好的暢通，油相順利返回油水分離器D305，從而降低了苯乙烯及聚合物進(jìn)入汽提凝液系統(tǒng)的可能性。

4.4 嚴(yán)格過濾器切換操作規(guī)程

制定嚴(yán)格的過濾器切換操作流程，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡查，在凝液過濾器SR303更換清理濾芯時(shí)， SR303開旁路，SR301切至有濾芯的過濾器，保證凝液始終經(jīng)過過濾再進(jìn)入汽提塔C301。加大班組考核力度，發(fā)現(xiàn)班組違反操作紀(jì)律或不及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)予以考核。

4.5 嚴(yán)格控制汽提塔C301操作參數(shù)

維持汽提塔C301合適的操作溫度、壓力，并控制好液位，控制好凝液進(jìn)料溫度，防止產(chǎn)生聚合物。

5 改造效果

實(shí)華嘉盛積極落實(shí)改造聚結(jié)器D312油回收管線、增加工藝凝液過濾器SR303，同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行工藝指令，2018年9月8日，工藝凝液汽提塔C301重新開工，目前已平穩(wěn)運(yùn)行8個(gè)月，汽提塔壓差穩(wěn)定在17～20kPa之間(如圖8所示)，沒有明顯的上升趨勢(shì)，充分說明進(jìn)入汽提塔C301內(nèi)的苯乙烯聚合物減少，改造效果明顯。

圖8 改造后汽提塔C301塔壓差變化趨勢(shì)圖

6 結(jié)論

通過增加一臺(tái)金屬燒結(jié)網(wǎng)濾芯、聚結(jié)器出口調(diào)節(jié)閥改造和嚴(yán)格控制油水分離器界位等措施，工藝凝液汽提塔C301的處理能力和汽提效果以及平穩(wěn)運(yùn)行得到大幅提升，尤其是增加一臺(tái)凝液過濾器等手段，減少了苯乙烯進(jìn)入凝液汽提系統(tǒng)的可能，從根本上改善了汽提塔C301內(nèi)堵塞的問題。