苯乙烯装置脱氢反应油水分离系统探讨.pdf

2023年第5期（总第3 0 5期）doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.05.001应用能源技术1苯乙烯装置脱氢反应油水分离系统探讨崔勇（恒力化工二部苯乙烯车间，辽宁大连116 0 0 0）摘要：自2 0 2 0 年装置首次开工以来，化工二部/苯乙烯车间始终围绕生产平稳运行、解决生产瓶颈、公司效益最大化等开展一系列工作,取得了一定的操作经验和相关的理论数据。本文主要以脱氢单元的油水分离及凝液汽提系统的运行和日常维护作为课题，根据实际的工艺运行情况对各项工艺运行参数和设备维护进行分析和探讨。通过装置的优化改造，达到了节能减排和降本增效的目的，可为其他装置优化提供借鉴。关键词：苯乙烯；油水分离；工艺操作；汽提塔；工艺参数；聚合物中图分类号：TQ028.4Discussion on the Oil-Water Separation System of theDehydrogenation Reaction in the Styrene Unit(Styrene Workshop,Chemical Division II,Hengli Petrochemical,Dalian 116000,China)Abstract:Since the first start-up of the unit in 2020,the styrene workshop of Chemical Division IIhas carried out a series of work around stable production operation,solving production bottlenecks,and maximizing company benefits,and has achieved some operating experience and relevanttheoretical data.This article mainly takes the oil-water separation and condensate stripping system ofthe dehydrogenation unit as the topic,and analyzes and discusses various process operating parametersand equipment maintenance according to the actual process operating conditions.Through theoptimization and transformation of the unit,the purpose of energy saving,emission reduction,costreduction and efficiency increase were achieved,which can provide reference for other unitoptimization.Key words:styrene;oil-water separation;process operation;stripping tower;process parameters;polymer00引言随着石油化工行业的快速崛起，越来越多的企业扩大产能，增上新项目，使化工产品市场竞争激烈，促使生产创新,降低物耗能耗与其单耗的细微优势，对企业效益和长远发展的影响深远。收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 7 修订日期：2 0 2 3-0 3-2 0作者简介：崔勇（19 7 5），男，本科，工程师，研究方向为化工工艺，从事班组管理、化工生产、项目技改工作。文献标志码：ACUI Yong苯乙烯是一种有机化合物，作为化工的生产的主要原料,其用途很广泛,用于医学、橡胶、塑料制品。恒力石化（大连）化工有限公司苯乙烯装置项目引用Badger公司的先进工艺技术。是恒力石化（大连）化工有限公司150 万/年乙烯工程的配套装置之一，于2 0 17 年开始筹备，用2 年的时间建设,2 0 19 年底建成投产，一次开车成功，设计规模为年产苯乙烯7 2 万t，副产品为氢气文章编号：10 0 9-3 2 3 0(2 0 2 3)0 5-0 0 0 1-0 5227740/年，苯/甲苯17 0 2 4 t/年。消耗乙烯201280t年、消耗苯56 0 2 6 4 年、设计年操作时间 8 0 0 0 h。苯乙烯装置用来自化工乙烯装置9 9.9 8%纯度气相乙烯和来自炼化制苯车间9 9.8 6%纯度苯做为原料，利用ExxonMobil的EBMax液相烷基化制EB技术,在沸石催化剂的作用下,通过苯和乙烯在高压下在催化剂作用下反应生产乙苯混合物，在乙苯精馏单元生产出中间产品高纯度99.98%乙苯，作脱氢单元进料原料，再通过T0-TAL/BAGER的绝热脱氢技术生产粗苯乙烯,通过苯乙烯精馏生产出纯度9 9.9 8%（wt)的苯乙烯单体，副产品为氢气供至全厂氢气管网，苯/甲苯送到界区外进行汽油调和。1?苯乙烯油水系统概述苯乙烯单元采用负压绝热脱氢工艺，在生产过程中用蒸汽脱氢反应提供热量，反应完成进行多级冷却后，反应产物为油水混合状态，需要进行分离,油水分离主要分为两步,首先进行静置沉降分离,利用油和水的互不相溶性,在苯乙烯沉降罐(D-202)中进行静置、水相被留在了下层,油相漂浮在上方,D2 0 2 一侧安装挡板,利用油水界位计控制实现初步分离。经过初步分离后的工艺水中仍然含有微量的有机物（约为2 5 4 0 ppm，化验数据见表1）溶解的微量的有机物则需要进入汽提塔C2 0 4 进行进一步分离，以达到工艺凝液的控制指标(1 ppm)。表1苯乙烯近期工艺凝液化验分析数据分析项目2023/9/28 9:002023/9/21 9:002023/9/14 9:002023/9/79:002023/8/31 9:00应用能源技术2苯乙烯沉降罐的操作(1)控制好油水界位。在苯乙烯沉降罐的运行过程中，油水界位最关键的控制点，原则上液位要高控,防止水中带油,但也要避免过多的水带到油相中去，水中带油会导致后路汽提塔系统水质不合格，油中带水会导致精馏系统波动。(2)确保罐区脱水罐的运行正常，为脱除油相系统中夹带的部分水分,在苯乙烯罐（T-303)设置自动脱水罐（D-309），以脱除累积在粗苯乙烯罐(T-303)中的水分。在B/T塔顶亦设置脱水包与凝结水泵,脱除精馏系统中的水。(3)特别注意检查界位计的准确情况,油水界位的液位计是检查的一个关键点，但由于仪表界位计根部阀和液位计长期有微量的聚合物累计会造成液位计堵塞,造成液位计显示不准,这会造成油水分离效果不好，苯乙烯车间在2 0 2 0 年装置开车初期对苯乙烯沉降罐的液位计进行了改造，增加了乙苯冲洗管线，为此制定台账每周一定期用乙苯对液位计进行冲洗，以确保液位计显示准确。(4)关注苯乙烯沉降罐的PH值,由于二氧化碳溶解到凝液的水相中形成酸性会影响到油水分离（酸性环境下会造成油水界面的乳化,影响油水分离的效果）,在粗苯乙烯冷却器（E2 0 5）的人口加注中和胺，胺加料系统PA-207加入防蚀剂到粗苯乙烯冷凝器的上游,随着和气相的混合苯乙烯冷凝到D-202罐中，通过此注剂的作用以中和水相中碳酸类化合物提高 PH 值,控制 PH在6.5 7.5,维持油水界面在一个碱性环境中。总烃/ppm另外,由于在系统运行中产生的聚合物的密度介39282124252023年第5期（总第3 0 5期）于水和油中间,聚合物及乳化液分布在苯乙烯沉降罐的油水界面处,根据同行业的相关经验,在苯乙烯沉降罐的侧面设立乳化液抽出专用管线，定期抽走产生的聚合物及乳化液，避免在检修倒空2023年第5期（总第3 0 5期）苯乙烯沉降罐的过程中,聚合物进入后路系统造成管路堵塞。下一步将重点对此问题进行探讨和研究。3苯乙烯汽提塔C-204塔的操作汽提塔C-204根据工艺要求设计为双溢流塔板,其为板式塔塔盘数为15块，能有效的在蒸汽的作用下利用各个塔盘逐层进行气液交换换热,来保证凝液系统的稳定，在正常的工艺生产下，通过压缩机的作用，把塔塔压控制在真空下范围内一般控制3 3-3 9 KPA,塔顶温度通过设置了塔进料温度控制器来调节0.2 MP蒸汽量并控制了进人M-204工艺凝液和蒸汽的出口温度，以控制塔顶的温度,塔釜还有三股排污系统，就是乙苯单元的E10 8 蒸汽锅炉和D-241高压蒸汽的排污线和E2 0 3 换热器的水排污线，它们的排污水的温度很高，也为塔提供了热量，但不好之处会造成塔釜温度过高，就使凝液中烃产生少量的聚合物,为止控制其进料量。塔顶的气相出口并同过E-222换热器和凝液进行换热，其E-222换热器为浮头式，检修时能清理管层和壳层，并在两侧气相和液相管壳程都加入了乙苯冲洗，以防止换热器聚集聚合物。塔顶出料经汽提塔冷凝器冷凝E-222的作用下几乎完全冷凝，进入冷凝器汽/液分离器后送至粗苯乙烯沉降罐D-202中。汽提塔的塔底经过气提合格后工艺凝液并通过过滤器SR-211A/S过滤去塔气提过程中聚合物，由汽提塔釜液泵P-224A/S送至工艺凝液SR-438处理系统过滤后烃含量达到1PPM以下,并除去少量的固体颗粒,作为工艺凝液系统为界区内/外锅炉给水的补充。此外，在脱氢单元出现异常情况，连锁停车，会造成压缩机系统停车,其C-204系统的负压就无法控制，现场设置了1.1MP蒸汽E-295抽真空系统，为了能保证凝液系统的合格，现场人员应用能源技术立即将其E一2 9 5抽真空投用，这时就无法保证凝液的指标合格，现场工艺人员就必须将合格凝液切到不合格凝液系统，一旦凝液指标合格再切人凝液合格系统汽提塔系统，负荷调整也影响了C-204塔的操作,其设计在满负荷的前提下C-204水相进料为18 3 t/h的量，但在其工艺商允许的前提下,脱氢的负荷提到10 6%，为了保证脱氢单元进料的水油比不得加大蒸汽的用量，这样C-204进料量负荷也随之加大,就务必造成了C-204的系统的负荷,加大了C-204 操作的难度,为了保证凝液的合格。为了降低凝液的烃量,工艺参数进行了调整,降低了塔顶的压力，增加M-204混合器的0.2 MP蒸汽量和增加塔釜的0.0 4 MP蒸汽量，但同时也减少往C-204塔釜的排污量，这样就保证了凝液系统的稳定性和降低凝液的烃含量达到了凝液外送的指标。4汽提塔相关计算汽提就是在一定压力下，溶液与汽提气体逆流接触,通过加热或加入其他气体，降低气相中易挥发组分的分压，从而达到把溶液中的易挥发组分解析出来的目的。C-204汽提的目的就是将来自D-202的含有油相的水溶液,通过加人蒸汽，降低汽提气中烃组分的分压，从而降低釜液中的烃组分，下面就结合理论公式进行简要讲解：(1)基础计算式采用板式塔的空气气提工艺流程如图1的所示。废水靠其重力自上而下流动，新鲜的缩压空气由下向上与废水逆流接触气提废水中的易挥发有机化合物。在第n块塔板上的i组分的质量衡算式为：LX,-1,+VYn+1,=LXn,;+WYn,;34式中,L为废水的摩尔流量,mol/h;V为空气的摩尔流量，mol/h;xi为组分在液相的摩尔分数；Y-i为组分在气相的摩尔分数。L,X。V.y1富液123牛n-1nn+1牛N处理液L.X图1空气汽提塔示意图(2)理想塔板数计算塔板的结构如图2 所示。对理想塔板来说，某组分离开第n块塔板的气相浓度yn与该塔板上的液相处于平衡状态,则：yn.i=K,xn.i式中，yn,为组分离开第n块塔板的气相摩尔分数;K,为组分的相平衡常数；n,为组分的液相摩尔分数。图2 单块塔板示意图(3）实际塔板数计算对于实际塔板来说，离开第n块塔板的气液两相并不处于平衡状态,如图3 所示。其非理想程度可用其气相的Murphree（默弗里效率），效率应用能源技术Emi 来表示 3 ,其表达式为:Emi=niyaLi富气n新鲜空气V.yN+1n塔板y+12023年第5期（总第3 0 5期）A：塔板进料B:塔板出料C:平衡点DCBXX,液相摩尔分数图3 平衡关系图C-204为板式塔，上述为汽提塔的原理和塔盘的计算,通过上面叙述，为以下的参数调整提供了依据，下面就工艺参数做下论述：(1)进料温度控制进入塔的凝液温度比塔顶温度低3 是最为理想的。凝液的温度与塔顶温度接近时,大部分烃都将从凝液中汽提出来，这会明显减少塔盘中聚合物的形成。但在正常操作过程中，由于塔顶气相和进料换热，当循环水波动时，会引起进料温度波动，影响塔顶气相量，气相量波动又会影响换热效果，因此造成塔波动。需要通过蒸汽调节阀进行调整。(2)塔顶压力控制塔顶压力控制在4 1kPaA，温度控制在74，但在实际操作过程中，当塔顶压力控制在指标范围内时,塔顶温度往往超出正常指标。经过分析，怀疑仪表指示有偏差，校表发现压力表指示偏低导致参数偏差。经现场确认,压力表引压管受外力影响变形,存在积液现象，处理后恢复正常。低压和低温有利于防止苯乙烯的聚合，车间根据实际的化验分析结果,对工艺参数进行调整，AXn-12023年第5期（总第3 0 5期）当前凝液汽提塔的操作温度是低于操作温度和操作压力。对操作参数的调整得益于本装置的苯乙烯沉降罐的分离效果较好,近期工艺凝液中的平均烃含量为2 7.4 ppm，低于开车初期的150 ppm。这与苯乙烯沉降罐的体积较大,增加了油水分离沉降的时间有关系。另外中和胺的加人也有利于提高分析效果。(3)塔底温度控制塔底温度控制调节主要控制塔顶温度为主一般控制6 5 7 5,采用了比值控制系统,利用C-204进料流量和塔底的0.0 4 MP蒸汽的流量的比值进行调整来控制。但结合生产的实际的情况,为了更好控制凝液的含烃量，塔顶的控制温度进行了调整，随着塔底的蒸汽流量也随之调整，这样就减少塔底的烃的含量并减少了聚合物的生成,并也减少0.0 4 MP蒸汽的使用量，节能降耗。(4)塔底过滤器汽提塔处理的凝液，应保证温度不宜过高，否则容易导致苯乙烯在塔盘聚合，在正常生产过程中，不应将高温的锅炉给水排污连续引人塔内，这会破坏沉降塔的热平衡，导致苯乙烯聚合阻塞塔底泵的过滤器，严重时阻塞塔盘。(5)塔检修过程塔内件问题在检修时发现，凝液汽提塔的塔盘螺栓有脱应用能源技术落现象,部分已随凝液进人塔底过滤器内,经分析怀疑是在塔进料温度波动时，为保证他的热量平衡,频繁调节塔底汽提蒸汽造成的，修复后,操作该塔时避免塔底汽提蒸汽大幅度变化，防止破坏塔内件。平稳操作后未发现塔盘脱落现象。5调整凝液汽提塔的乙苯冲洗量在汽提塔进料和塔顶气相出料口均设置有乙苯冲洗，设计乙苯冲洗流量为150 kg/h,经过讨论和参考同行业操作经验，增加乙苯冲洗的流量，由150kg/h提高至4 50 kg/g,对防止进料换热器的聚合物积累起到明显效果。通过上述对油水分析的探讨,着重分析了油水分离原理，工艺操作,工艺参数的调整,对油气分离系统的影响,通过上面的分析，为装置的平稳的操作提供了依据，也解决影响工业生产的瓶颈,苯乙烯车间也加大了工艺分析,组织车间骨干人员逐步解决生产的各项问题，确保装置稳定运行。参考文献1马德文.苯乙烯装置P3003 汽提塔釜液泵故障分析及对策.27 2 万吨/年苯乙烯装置岗位操作法/7 2 万吨/年苯乙烯装置工艺技术规程.3崔胜民.易挥发有机化合物气提塔塔板数计算，化工装备技术,19 9 4(4).5