洗脫苯工序增產(chǎn)降耗的實踐

胡重陽(陜西黃陵煤化工有限責(zé)任公司，陜西 延安 727307)

0 引言

針對陜西黃陵煤化工有限責(zé)任公司化產(chǎn)車間隨著生產(chǎn)情況的分析和判斷，解決洗脫苯單元中存在的洗苯效率低、煤氣消耗高、粗苯回收率低以及后續(xù)管式爐減少排放等問題提供解決措施的辦法。通過節(jié)能管式爐應(yīng)用、循環(huán)洗油優(yōu)化、換熱器改造來實現(xiàn)后續(xù)煤氣加工平穩(wěn)運行。對于洗脫苯系統(tǒng)應(yīng)該持續(xù)不斷的加以分析和完善，實現(xiàn)增產(chǎn)增效、節(jié)約能源。

1 洗脫苯單元流程

洗脫苯單元大多采取洗油吸收煤氣中的苯，當煤氣中的粗苯蒸汽分壓大于洗油表面的粗苯蒸氣壓時，煤氣中的粗苯就在洗苯塔內(nèi)被洗油吸收。吸收了苯的洗油采用一般蒸餾的方法在脫苯塔中被直接蒸汽蒸出苯。煤氣經(jīng)過終冷器冷卻到25～27℃后，與溫度為27～30℃沿著填料塔噴灑的脫苯洗油(貧油)逆向接觸吸收煤氣中的苯。吸收了苯的洗油(富油)，經(jīng)過油油換熱器和管式爐加熱到180～190℃的富油和被管式爐加熱的過熱蒸汽進入脫苯塔進行蒸餾。脫苯塔頂部溢出的苯蒸汽經(jīng)過冷凝冷卻器冷卻后被回收。

2 實際生產(chǎn)過程中存在過的問題

2.1 洗脫苯效率低

煤氣凈化的最基本的原理是基于吸收時的氣液平衡，而平衡關(guān)系是隨溫度變化的，溫度低一些，凈化效果就相對較好[1]。洗苯基本的原理是基于吸收時的氣液平衡，而平衡關(guān)系是隨溫度變化的，溫度低一些，凈化效果就好一些。粗苯終冷器基本上都采取橫管式間接接觸工藝冷卻煤氣，將煤氣冷卻到25℃左右。同時貧油冷卻器、油氣冷卻器設(shè)備由于冷卻水量不足，冷卻水溫過高，換熱器效率差，日常操作不規(guī)范等原因最終導(dǎo)致煤氣和貧油冷卻效果差，吸收溫度升高最終影響煤氣凈化效果和洗苯效率。在恒定溫度和壓力下，使一定量混合氣體與吸收劑接觸，溶質(zhì)便向液相中轉(zhuǎn)移。而吸收操作中，吸收劑性能的優(yōu)劣，常常是決定吸收操作是否良好的關(guān)鍵。影響吸收過程的另一個主要因素是吸收劑質(zhì)量[2]。洗苯單元的吸收劑是洗油，該洗油對苯類洗油應(yīng)有良好的吸收能力。大的吸收容量，小的分子質(zhì)量，以便在相等的吸收濃度條件下具有較小的分子濃度，在溶液上降低苯的蒸汽分壓，增大吸收推動力[3]。最終由于循環(huán)噴灑洗油粘度增大、300℃前餾出量等原因低造成洗苯效率下降。洗苯塔內(nèi)油氣比過小，填料或噴頭發(fā)生堵塞時會造成洗油和煤氣在洗苯塔內(nèi)接觸時間、接觸面積減少等原因也會造成洗苯效率下降。

2.2 蒸汽消耗大、廢水、廢氣排放量大

當貧油含苯量一定時，直接蒸汽耗量隨進脫苯塔富油溫度的升高而減少，當進脫苯塔富油溫度由140℃提高到180℃時，直接蒸汽耗量可降低1/2以上。在正常操作情況下，貧富油中粗苯含量及脫苯塔內(nèi)的總壓基本是穩(wěn)定的。所以富油預(yù)熱溫度計直接蒸汽溫度是影響直接蒸汽耗量的主要因素[4]。而管式加熱爐效率低加熱富油的管式爐由于富油管道堵塞，流量不均等原因。則會導(dǎo)致富油溫度低，過熱蒸汽溫度低，增加了蒸汽和脫苯廢水量。同時為升高溫度提高煤氣耗量，也會使煙氣排放量大。

3 解決存在問題的措施實踐

3.1 降低煤氣溫度和貧油溫度

當貧油含苯量一定時，塔后煤氣含苯量隨吸收溫度的增高而增加，即吸收溫度愈高，塔后損失愈大，粗苯回收率也隨之下降，一般當吸收溫度超過30℃時，隨著吸收溫度的升高而降低。從傳熱速率的基本方程Q=K×A×t可以看出，傳熱速率與傳熱面積A、傳熱溫度差t及傳熱系數(shù)K有關(guān)。傳熱面積和傳熱溫差在煤氣洗苯過程中設(shè)備都是固定不變的。污垢熱阻是一個可變因素，在設(shè)備剛投用時很小，但隨著時間的加長，污垢逐漸增加，便可成為阻礙傳熱的主要因素。因此需要提高流體的流速和擾動，以減弱垢層的沉積；加強水質(zhì)處理，等減緩垢層形成；定期采用機械或化學(xué)方法及時清除污垢。表1為陜西黃陵煤化工有限責(zé)任公司化產(chǎn)車間7臺貧油換熱器清洗前后溫度控制變化。

表1 同氣量情況下貧油換熱器清洗溫度對照表

3.2 優(yōu)化提升吸收劑

吸收劑作為吸收過程中的溶劑起著至關(guān)重要的作用尤其是煤氣洗苯過程中。用洗油吸收焦爐煤氣中的粗苯是物理吸收過程，服從亨利定律和道爾頓氣體分壓定律。當煤氣中粗苯蒸汽分壓大于洗油液面上粗苯蒸汽壓時，煤氣中粗苯被洗油吸收。因此適當提高洗油中有效洗苯組分，如甲基萘、2-甲基萘等可以提高洗油洗苯的效果，因此我們以合適的比例在精制洗油中配入甲基萘油，提高吸苯用洗油的甲基萘含量，來滿足洗油吸苯的質(zhì)量指標要求[5]。通過陜西黃陵煤化工有限責(zé)任公司化產(chǎn)車間多年運行規(guī)律和更換吸收溶劑油等措施的規(guī)律中能夠發(fā)現(xiàn)，確保吸收劑正常指標對煤氣凈化和化產(chǎn)品回收率提升效果明顯。圖1為洗苯過程中洗油和粗苯回收量的關(guān)系。

圖1 洗油和粗苯回收量的關(guān)系

3.3 更新管式爐

新增帶空氣預(yù)熱器管式爐，回收管式爐燃燒后的煙氣，管式爐更新前后對比如圖2。節(jié)能管式爐燃燒器采用了南京安唯節(jié)能新技術(shù)有限公司與華中科技大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的TYQ系列燃燒器，針對煤化工管式爐開發(fā)的TYQ系列燃燒器，保證燃盡率≥99%，控制排煙總量。強制鼓風(fēng)系統(tǒng)一方面與空氣預(yù)熱器配套，可以實現(xiàn)助燃空氣精確調(diào)節(jié)，減少煙氣量。加熱爐排煙熱損失由排煙熱焓(即溫度)和煙氣排量的乘積組成，Qlost=Mgas×hgas，節(jié)能措施一方面降低排煙溫度，另一方面還需減少煙氣排量。加熱爐的煙氣排量直接受空氣量的影響，傳統(tǒng)的自然吸風(fēng)燃燒系統(tǒng)為保證加熱爐在負荷波動的工況下，燃氣都能完全燃燒，空氣的過量系數(shù)設(shè)計值比較大，通常取1.2～1.3。同時由于缺乏有效的風(fēng)量檢測和調(diào)節(jié)手段，穩(wěn)定運行的實際空氣過量系數(shù)均在1.3以上，平均水平可以達到1.5。過量的空氣提高了煙氣排量，直接導(dǎo)致熱損失增加。

圖2 管式爐更新前后對比

改造后的管式爐燃燒嘴還具有火焰形狀(直徑和長度)可調(diào)、低NOx排放等特點。配套強制鼓風(fēng)系統(tǒng)一方面與空氣預(yù)熱器配套，可以實現(xiàn)助燃空氣精確調(diào)節(jié)，減少煙氣量。管式爐富油管道采用雙管路旋轉(zhuǎn)圍繞，降低了富油流速過慢和人員操作不及時造成的結(jié)焦可能性。使用后富油溫度提高到180℃時，比160℃每噸苯少消耗蒸汽0.5t，按照現(xiàn)在的產(chǎn)量每年節(jié)省蒸汽量約10000t。同時優(yōu)化洗脫苯工藝操作降低了貧油含苯量，最終降低洗苯塔后煤氣中苯含量0.5～1.0g/m3，每年多產(chǎn)粗苯400～800t。使用節(jié)能管式爐后煤氣消耗降低到之前使用管式爐的30%，管式爐噸粗苯煤氣使用量由3000Nm3減少至1085Nm3，每年節(jié)省煤氣約520萬Nm3。具體對比數(shù)據(jù)如表2。

表2 新舊管式爐各項數(shù)據(jù)對照表

3.4 增加油氣比

在其他條件一定的情況下，增加洗油循環(huán)量，可降低洗油中粗苯的濃度，使氣液間吸收推動力增加，從而提高粗苯回收率。當然循環(huán)油量不宜過大，以免造成脫苯不必要的蒸汽消耗及貧油換熱器冷卻水量消耗。設(shè)計定額中循環(huán)洗油量為每噸干裝入煤0.50～0.55m3，或按煤氣量可取1.6～1.8L/Nm3循環(huán)洗油。在實際操作過程中洗苯塔內(nèi)部填料由于堵塞、偏流等原因，我們往往需要持續(xù)提高循環(huán)洗油量獲得更高的洗油回收率。

4 結(jié)語

洗脫苯系統(tǒng)換熱設(shè)備尤其是終冷器和貧油換熱器的良好運行，洗苯效率提升影響較大，因此必須定期清洗或更換；洗苯溫度達到要求控制要求時，需持續(xù)優(yōu)化吸收溶劑指標；節(jié)能管式爐不僅能夠起到增產(chǎn)降耗的效果，同時起到了環(huán)境保護的作用；當其他條件不變時不斷提高，循環(huán)吸油量至粗苯回收率不再提高后的循環(huán)量為最佳。