磺酸鹽裝置長周期運行優(yōu)化措施

楊家河，林 豐，白 宇

（中國石油大慶煉化公司，黑龍江大慶 163411）

0 引言

石油磺酸鹽作為一種陰離子表面活性劑，因其表面活性高，驅(qū)油能力強，廣泛用于三次采油過程。大慶煉化公司磺酸鹽裝置采用降膜式多管磺化器，其兼具成膜薄且均勻、傳質(zhì)傳熱效率高等優(yōu)點，但仍存在體系黏度變化大、磺化反應(yīng)速率不易控制等局限性。因此帶來腐蝕及結(jié)焦等問題，需要每5 d 進行一次磺化器清洗，每28 d 進行一次裝置工藝處置，對結(jié)焦的管線及設(shè)備進行疏通清理，以保證裝置正常運行。周期性的停工帶來的是人力、物力的大量消耗和運行參數(shù)的頻繁調(diào)整。為解決上述問題對長周期運行的制約，進行技術(shù)攻關(guān)。

1 制約長周期運行的問題分析

影響磺酸鹽裝置長周期運行的主要問題是磺化器管束結(jié)焦、氣液分離器和沉降分離器尾氣管路結(jié)焦，以及磺化中和區(qū)域管線設(shè)備腐蝕問題導(dǎo)致的波動。除此之外，還有轉(zhuǎn)化塔催化劑失活、酸吸收和堿洗塔填料腐蝕和結(jié)晶等問題。

1.1 結(jié)焦

膜式磺化器反應(yīng)過程中，會產(chǎn)生焦化物附著于管壁，隨著流程深入，焦化物不斷沉積于氣液分離器和尾氣管線中。經(jīng)長期實踐觀察，主要有兩個原因：

（1）反應(yīng)特性限制。在磺化反應(yīng)過程中，氣相、液相介質(zhì)劑量精度要求高。反應(yīng)器內(nèi)工況特殊，隨著反應(yīng)進行，反應(yīng)管中液相黏度增大，內(nèi)層傳質(zhì)受限，反應(yīng)不斷放熱，出現(xiàn)過磺化等情況。隨著過磺化情況的加劇，結(jié)焦物不斷堆積，干擾氣相、液相介質(zhì)的劑量精度，導(dǎo)致反應(yīng)強度不斷加劇，結(jié)焦情況愈發(fā)嚴重。在距管頭1000 mm 位置反應(yīng)即開始形成焦?fàn)钗铮S著焦體不斷積累，最終堵塞管束（圖1）。

圖1 磺化器反應(yīng)管頭部結(jié)焦

（2）反應(yīng)產(chǎn)物堆積：①沉降分離器及尾氣管線中流經(jīng)的酸霧附著在濾網(wǎng)和管壁的焦?fàn)钗锷?，由于SO3的脫水作用不斷碳化，加重氣相通路的結(jié)焦；②氣液分離器中摻雜于液相介質(zhì)中的焦?fàn)钗镉捎诹鲃有暂^差，在氣液分離器出料口附近形成死角，易積聚成塊狀物，堆積結(jié)焦，堵塞出料口，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量和裝置運行周期。

1.2 腐蝕

磺酸鹽裝置采用強堿性的NaOH 為中和劑[1]，中和產(chǎn)生的熱量較高。經(jīng)中和冷卻器冷卻后的磺酸鹽進入產(chǎn)品輸料泵繼續(xù)輸送，10%輸送到產(chǎn)品儲罐，90%回流至氣液分離器?；撬猁}介質(zhì)經(jīng)過中和冷卻器前溫度為105 ℃，冷卻后溫度為90 ℃，正常值為80 ℃?？梢娧h(huán)回流至氣液分離器的磺酸鹽溫度較高，導(dǎo)致水分過多蒸發(fā)進入系統(tǒng)。同時膜式磺化工藝氣相SO3利用率有限，過量的SO3遇水導(dǎo)致磺化中和系統(tǒng)及酸吸收系統(tǒng)中生成過量廢酸，廢稀酸嚴重腐蝕設(shè)備及管線，造成中和管線泄漏、磺酸出料泵抽空等問題，給平穩(wěn)生產(chǎn)帶來較大影響。

2 改進措施及效果

2.1 減少系統(tǒng)中的結(jié)焦堆積

目前，裝置磺化系統(tǒng)的運行方式為一用一備，切換周期為5 d。裝置實行專崗負責(zé)監(jiān)督反應(yīng)器壓盤、分布頭等清洗工作，定期對反應(yīng)器分布頭及墊片進行檢查，出現(xiàn)偏差及時調(diào)整，發(fā)現(xiàn)設(shè)備零件腐蝕、磨損及時加工或更換，維持設(shè)備最佳狀態(tài)，保證磺化效果[2]。另外，可以從工藝和設(shè)備兩個方面尋求辦法控制結(jié)焦堆積。

（1）控制工藝條件。由于過磺化產(chǎn)物是結(jié)焦物的主要成分，所以，在工藝操作方面，嚴格控制氣相濃度及進油量，可通過控制反應(yīng)強度減少過磺化情況的發(fā)生，從而減少結(jié)焦。

（2）增加設(shè)備干預(yù)。氣液分離器中的酸渣由于存在死區(qū)，磺酸較長時間不流動結(jié)的塊狀物，減少磺酸的沉積可以降低酸渣的產(chǎn)生[3]。經(jīng)長期觀察發(fā)現(xiàn)，氣液分離器中有物料液位的位置不易結(jié)焦，說明液流流動可降低結(jié)焦堆積。如圖2 和圖3 所示，裝置采用雙回流方式并在分離器底部加裝攪拌設(shè)備，利用液相介質(zhì)回流和機械攪拌作用對氣液分離器底部進行擾動，避免氣液分離器酸渣淤積堵塞出料口。

圖2 氣液分離器設(shè)置雙回流線

圖3 氣液分離器增設(shè)攪拌器

（3）提高處置頻次。沉降分離器作為酸霧過濾設(shè)備，因其濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)致密，結(jié)焦速率較快。裝置在沉降分離器上增設(shè)吹掃線，通過合理規(guī)劃，在磺化器切換周期內(nèi)及時吹掃處置，并對沉降分離器過濾網(wǎng)進行同步更換，減少由于結(jié)焦物堵塞過濾網(wǎng)而引起壓降增加。另外，技術(shù)人員還對尾氣管線通過改造，增設(shè)清焦窗口，便于檢查結(jié)焦情況，及時清理管線淤堵。以上措施成效顯著，避免原本每月一次的停工，裝置運行周期明顯增長。

2.2 降低管線廢酸腐蝕問題

根據(jù)經(jīng)驗分析，導(dǎo)致磺化中和區(qū)域管線設(shè)備腐蝕的稀酸中的水分是由于中和后的過熱蒸發(fā)帶來的，為減少系統(tǒng)中的多余水分，需要嚴格控制中和后的熱量，直接的手段就是加強中和冷卻器對反應(yīng)熱的吸收。

中和冷卻器作用是冷卻中和反應(yīng)后的磺酸鹽，屬于固定管板式換熱器，管程介質(zhì)為磺酸鹽，殼程介質(zhì)為循環(huán)水。根據(jù)換熱器傳熱基本方程式[4]：

可知，要達到傳熱強化的目的有3 種方法：①提高傳熱系數(shù)K；②擴大換熱面積A；③增加平均傳熱溫差ΔTm。根據(jù)裝置實際情況，可以通過增大單位體積內(nèi)的傳熱面積，實現(xiàn)傳熱強化。針對固定管板式換熱器，采用小直徑換熱管和擴展表面換熱面均可增大傳熱面積。所以，裝置將原換熱器規(guī)格：Φ750×6489 mm，換熱面積A=86 m2，換熱管規(guī)格為Φ38×2.5 mm（316 L）改造為規(guī)格：Φ750×6489 mm，換熱面積A=143 m2，換熱管規(guī)格為Φ19×2 mm（316 L）的新型換熱器，增加換熱面積57 m2，改造成新型換熱器后磺酸鹽冷卻后溫度達到80 ℃，滿足使用要求。原換熱器和新型換熱器如圖4 所示。

圖4 換熱器

更換中和冷卻器前，冷卻水溫度控制在45 ℃，冷卻效果才能達到92 ℃，且回流到氣液分離器的介質(zhì)溫度高達97 ℃，泵內(nèi)存在蒸汽，極易造成出料泵抽空，導(dǎo)致出料不暢，嚴重干擾生產(chǎn)，形成惡性循環(huán)。更換中和冷卻器后，冷卻水溫度控制在68 ℃，冷卻效果即能達到83 ℃，且回流到氣液分離器的介質(zhì)溫度控制在87 ℃左右，循環(huán)水損失少且磺酸出料泵出料無干擾，生產(chǎn)平穩(wěn)。將易腐蝕的磺化中和管段更換為襯氟管段[5]，內(nèi)襯的聚四氟乙烯的防腐效果極佳，且相較金屬內(nèi)壁，更不易附著結(jié)焦物，便于清理的同時降低腐蝕滲漏情況的發(fā)生。

2.3 優(yōu)化管理

通過精細操作控制，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下逐漸降低硫磺單耗，降低過量SO3含量和系統(tǒng)氣液夾帶，同時優(yōu)化黑酸循環(huán)調(diào)整，減少廢酸和尾氣結(jié)焦物量；提升設(shè)備管控，通過對酸吸收和堿洗塔填料進行換型，提高酸吸收和堿洗效果，同時減少填料腐蝕和結(jié)晶等問題。

3 結(jié)束語

通過以上優(yōu)化措施，磺化中和區(qū)域腐蝕、結(jié)焦問題明顯減少，廢酸產(chǎn)量較去年降低31%，因腐蝕抽空和結(jié)焦堵料導(dǎo)致的機泵問題數(shù)量顯著下降，裝置整體電單耗同比下降9%，磺酸鹽裝置運行周期從最初的28 d 延長至113 d，同時保證SO3轉(zhuǎn)化率和磺化效果，運行至今效果良好。長周期運行優(yōu)化措施的順利落實，不僅提高產(chǎn)量，還降低生產(chǎn)物耗和施工材料費用，為裝置帶來較為可觀的經(jīng)濟效益。