釜式熱縮聚工藝生產(chǎn)改質(zhì)瀝青存在的問題及對(duì)策

劉君紅 曹雪燕 張魯斌 遲法銘

(1．內(nèi)蒙古包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭，014010； 2.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司焦化廠，內(nèi)蒙古包頭，014010)

國(guó)內(nèi)目前運(yùn)行的15萬(wàn)噸/年焦油加工裝置，生產(chǎn)改質(zhì)瀝青工藝多數(shù)采用多釜串聯(lián)釜式熱縮聚生產(chǎn)工藝[1]。釜式熱縮聚工藝為從蒸餾工序生產(chǎn)的中溫瀝青通過自流進(jìn)入反應(yīng)釜內(nèi)，釜外加熱爐煤氣燃燒對(duì)其進(jìn)行加熱，通過控制爐膛溫度調(diào)控釜內(nèi)瀝青的反應(yīng)溫度，同時(shí)通過多釜串并聯(lián)的方式控制瀝青在反應(yīng)釜內(nèi)停留時(shí)間。經(jīng)過多釜的加熱反應(yīng)后，最后一座反應(yīng)釜生產(chǎn)的合格改質(zhì)瀝青送到瀝青高位槽。

該工藝投資少、流程短、易操作，但熱效率低，生產(chǎn)過程中管道和設(shè)備容易結(jié)焦堵塞，生產(chǎn)周期短。為保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，需要定期倒釜，倒釜操作中會(huì)產(chǎn)生部分不合格改質(zhì)瀝青，影響經(jīng)濟(jì)效益。延長(zhǎng)反應(yīng)釜的使用周期并通過特殊操作，減少倒釜過程中不合格改質(zhì)瀝青的產(chǎn)量是目前需要解決的問題。

1 生產(chǎn)工藝介紹

包鋼15萬(wàn)噸焦油加工裝置生產(chǎn)改質(zhì)瀝青采用的工藝為三釜串聯(lián)釜式熱縮聚工藝，其工藝流程為：中溫瀝青從二次蒸發(fā)器塔底排出，自流入1#反應(yīng)釜，通過煤氣加熱后由釜底排出，通過液位差自流入2#反應(yīng)釜釜頂,依次類推，通過三座反應(yīng)釜加熱聚合后得到合格改質(zhì)瀝青，改質(zhì)瀝青經(jīng)汽化冷凝冷卻器冷卻后進(jìn)入中間槽，通過液下泵輸送至高置槽。每座反應(yīng)釜釜頂產(chǎn)生的閃蒸油油氣經(jīng)冷卻器冷卻后流入閃蒸油中間槽。

圖1 改質(zhì)瀝青生產(chǎn)工藝流程圖

2 生產(chǎn)過程存在的問題

2.1 瀝青結(jié)焦堵塞管道，造成冒釜現(xiàn)象發(fā)生

圖2為改質(zhì)瀝青反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)，反應(yīng)釜周圍用耐火磚進(jìn)行砌筑，砌筑體形成環(huán)形煙道，爐膛內(nèi)焦?fàn)t煤氣燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙氣在煙囪的吸力作用下，在環(huán)形煙道內(nèi)流動(dòng)，從而通過煙氣的熱量為反應(yīng)釜進(jìn)行加熱。為提高改質(zhì)瀝青質(zhì)量，需要提高反應(yīng)釜釜底溫度。高溫作用下造成釜壁及釜底結(jié)焦，特別是后面兩座溫度高的反應(yīng)釜，結(jié)焦現(xiàn)象嚴(yán)重，厚度在10—15mm左右(圖3所示)。

圖2 反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)圖

圖3 反應(yīng)釜停用后釜壁結(jié)焦情況

改質(zhì)瀝青的生產(chǎn)，實(shí)質(zhì)上是將瀝青中的輕組分蒸出，聚合產(chǎn)生重組分的過程。重組分的增加造成瀝青粘度增大，在釜內(nèi)流動(dòng)性降低。釜壁溫度高，使釜壁周圍的瀝青結(jié)焦并附著在釜壁上，特別是釜底正對(duì)爐膛部位(圖2圓圈部位)，結(jié)焦最嚴(yán)重。反應(yīng)釜釜壁結(jié)焦后，攪拌槳的攪拌過程中，釜壁上的結(jié)焦部分脫落，隨著瀝青流動(dòng)，焦塊從釜底進(jìn)入管道內(nèi)，在閥門或管道內(nèi)壁不光滑部位卡住，堵塞管道，管道流通通道變窄，瀝青流動(dòng)阻力增大，進(jìn)料量大于排出量時(shí)，釜內(nèi)液位持續(xù)升高，導(dǎo)致冒釜現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 瀝青堵塞閃蒸油管道

瀝青在釜內(nèi)通過攪拌槳攪拌來(lái)提高瀝青的傳熱效果，并使得不同質(zhì)量的瀝青混合均勻。攪拌槳轉(zhuǎn)速過快時(shí)，釜內(nèi)瀝青形成漩渦，瀝青從反應(yīng)釜頂進(jìn)入閃蒸油管道。此外，當(dāng)釜底瀝青流動(dòng)不暢發(fā)生冒釜現(xiàn)象時(shí)，大量瀝青會(huì)進(jìn)入閃蒸油管道中。嚴(yán)重時(shí)瀝青會(huì)竄至閃蒸油冷卻器中，冷卻器堵塞會(huì)造成癟釜現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)需要緊急停產(chǎn)處理。

2.3 倒釜操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量不合格改質(zhì)瀝青

在生產(chǎn)過程中，隨著反應(yīng)釜使用周期延長(zhǎng)，反應(yīng)釜結(jié)焦產(chǎn)生的焦塊聚集量越來(lái)越多，且焦塊粒度逐漸增大。為避免焦塊堵塞管道造成緊急停產(chǎn)，在反應(yīng)釜使用30天左右時(shí)需要倒換反應(yīng)釜，反應(yīng)釜倒釜后，釜內(nèi)瀝青直接排放至中間槽，停用反應(yīng)釜內(nèi)瀝青反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間達(dá)不到預(yù)定要求。此外，投入的備用反應(yīng)釜釜底溫度需要緩慢升溫，釜底溫度低于正常生產(chǎn)過程中要求的最低限溫度值，因此停用反應(yīng)釜排放出來(lái)的瀝青及投入備用反應(yīng)釜前期生產(chǎn)出來(lái)的瀝青為不合格改質(zhì)瀝青，稱為中溫瀝青。中溫瀝青因其軟化點(diǎn)低，甲苯不溶物含量低，銷售價(jià)格低于改質(zhì)瀝青。每次倒釜都會(huì)產(chǎn)生100噸左右中溫瀝青，直接影響焦油加工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3 采取措施

3.1 延長(zhǎng)停留時(shí)間，降低反應(yīng)溫度

瀝青在高溫下結(jié)焦現(xiàn)象加劇，瀝青的改質(zhì)過程主要是提高瀝青軟化點(diǎn)、β樹脂含量及結(jié)焦值，提高改質(zhì)瀝青質(zhì)量的措施主要是提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)停留時(shí)間[2]。反應(yīng)溫度高，瀝青結(jié)焦現(xiàn)象嚴(yán)重。經(jīng)過分析，決定增加一座反應(yīng)釜，由三釜串聯(lián)改為四釜串聯(lián)，反應(yīng)溫度做出相應(yīng)調(diào)整。表1為改進(jìn)前后反應(yīng)釜釜底溫度對(duì)比。四釜串聯(lián)，瀝青在釜內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng)，降低反應(yīng)釜釜底溫度，即可得到合格的改質(zhì)瀝青，同時(shí)可以減緩瀝青高溫下結(jié)焦。

表1 改進(jìn)前后反應(yīng)釜釜底溫度對(duì)比

3.2 增加排焦流程

瀝青縮聚反應(yīng)過程中，瀝青結(jié)焦情況無(wú)法避免，產(chǎn)生的焦塊在釜內(nèi)聚集量增多，且粒度增大，易堵塞管道，造成反應(yīng)釜憋釜現(xiàn)象產(chǎn)生，如將部分瀝青焦塊排出，減少釜內(nèi)焦塊聚集量，必然有利于瀝青的正常流動(dòng)。因此對(duì)反應(yīng)釜釜底管道進(jìn)行改造，安裝氮?dú)夤埽堪喽ㄆ谂沤箖纱?。排焦時(shí)將釜底旋塞閥方向改為直通中間槽，由4#反應(yīng)釜開始排焦，依次往前排。排焦時(shí)用氮?dú)馔ㄏ蚋?，攪?dòng)釜底焦塊，關(guān)閉氮?dú)忾y，打開釜底閥門排出瀝青與焦塊至中間槽。4座反應(yīng)釜排焦完成后恢復(fù)瀝青正常流動(dòng)。定期排焦能夠?qū)⒏獌?nèi)產(chǎn)生的部分焦塊排出，減少釜內(nèi)焦塊聚集量，且可以避免焦塊在釜內(nèi)長(zhǎng)大，防止產(chǎn)生的大粒度焦塊將管道徹底堵死，造成停產(chǎn)。排焦流動(dòng)路徑見圖4。

圖4 反應(yīng)釜排渣走向示意圖

3.3 改造閃蒸油集氣管

將閃蒸油集氣管進(jìn)行改造，如圖5所示，兩座反應(yīng)釜內(nèi)的閃蒸油從釜頂經(jīng)閃蒸油輸出管道和側(cè)位閃蒸油輸出管道進(jìn)入集氣管中，集氣管起到一個(gè)緩沖平衡的作用，集氣管內(nèi)部空間較大，可以平衡兩座反應(yīng)釜的壓力，兩座反應(yīng)釜的油汽在集氣管中經(jīng)集氣管頂部的閃蒸油導(dǎo)出管送入閃蒸油冷卻器中。當(dāng)反應(yīng)釜頂有改質(zhì)瀝青竄至閃蒸油輸出管道，進(jìn)入集氣管時(shí)，閃蒸油油汽由側(cè)位閃蒸油輸出管道輸出，改質(zhì)瀝青從集氣管底部的閃蒸油輸出管道返回到反應(yīng)釜中。改造后當(dāng)發(fā)生改質(zhì)瀝青竄入釜頂閃蒸油管道內(nèi)，瀝青可以通過直通管返回釜內(nèi)，不會(huì)堵塞釜頂管道。

圖5 閃蒸油集氣管改造后示意圖

3.4 調(diào)整倒釜操作

倒釜時(shí)，提前將備用反應(yīng)釜烘釜升溫，瀝青進(jìn)入備用反應(yīng)釜后開始升溫，并對(duì)停用反應(yīng)釜進(jìn)行保溫，提高停用反應(yīng)釜內(nèi)瀝青的聚合程度，提高瀝青軟化點(diǎn)，使停用反應(yīng)釜內(nèi)瀝青成為合格改質(zhì)瀝青。因新投用的反應(yīng)釜釜溫低，從最后一座反應(yīng)釜滿流出的瀝青為不合格瀝青，當(dāng)最后一座反應(yīng)釜瀝青自流入中間槽時(shí)，同時(shí)大量排放停用反應(yīng)釜內(nèi)合格改質(zhì)瀝青，通過液下泵的輸送攪拌，將合格改質(zhì)瀝青與不合格改質(zhì)瀝青混合，將不合格改質(zhì)瀝青調(diào)配合格，從而有效避免倒釜過程中產(chǎn)生不合格改質(zhì)瀝青。

4 改進(jìn)效果

采取以上改進(jìn)措施后，反應(yīng)釜釜底溫度降低；反應(yīng)釜結(jié)焦情況減輕；反應(yīng)釜使用周期由原來(lái)的25天延長(zhǎng)至50天。此外，除開停工過程中，生產(chǎn)部分中溫瀝青外，倒釜過程中可以有效降低中溫瀝青產(chǎn)量，甚至不生產(chǎn)中溫瀝青。中溫瀝青收率由1.38% 降低至0.66%(圖6所示)，即改質(zhì)瀝青收率增加，經(jīng)濟(jì)效益提高。反應(yīng)釜使用周期延長(zhǎng)，清掏反應(yīng)釜次數(shù)減少(圖7所示)，節(jié)約反應(yīng)釜清掏費(fèi)用。

圖6 改進(jìn)前后中溫瀝青收率對(duì)比

5 結(jié)論

釜式熱縮聚工藝生產(chǎn)改質(zhì)瀝青過程中存在的問題就是管道易堵塞，造成反應(yīng)釜使用周期短，且倒釜過程中產(chǎn)生的中溫瀝青降低了整體加工經(jīng)濟(jì)效益。通過實(shí)施將三釜串聯(lián)改為四釜串聯(lián)、增加排渣流程、改造閃蒸油集氣管結(jié)構(gòu)以及改善倒釜操作措施，使反應(yīng)釜使用周期明顯延長(zhǎng)，改質(zhì)瀝青收率增加。