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茂名石化芳烃装置抽余油水洗塔技术改造点击：2107 日期：[ 2014-04-26 21:39:39 ] |
| 茂名石化芳烃装置抽余油水洗塔技术改造 王晓玲 (中国石油化工股份有限公司茂名分公司化工分部,广东茂名, 525000) 摘 要:采用天津大学精馏技术国家工程研究中心开发的抽余油水洗系统改造工艺包,对茂名石化芳烃装置抽余油水洗工艺进行改造。通过对液-液抽提系统的水系统进行重新设计和核算,确定改造方案为:更换水洗塔塔盘、降液管、液体分布器,设计循环水洗涤,增设清洗塔和换热器。改造后的水洗塔能将抽余油中的环丁砜含量由原来的60 mg/kg降到1 mg/kg,达到工艺要求。改造后的水洗工艺具有节能、高效的特点,经济效益显著。 关键词:抽余油;环丁砜;水洗塔;技术改造 芳烃抽提抽余油是以50~220℃直馏汽油组分为原料,经催化剂(铂或铼)和加氢使烃类化合物分子结构重整,在提取芳香烃后剩余的混合烃类(含C6~C10)化合物。由于其芳香烃含量少(一般小于5%,苯含量小于1%)、毒性较低,主要作为工业有机溶剂、稀释剂和植物油提取剂等取代苯系化合物和三氯乙烯等高毒有机溶剂,广泛用于造漆、喷漆、橡胶粘合剂、印刷、油墨、食物油提取、制鞋及清洗机械油垢等生产领域。抽余油还可以作为原料制取高级汽油[1]、提取甲基环戊烷[2]、加氢转化以制取各种有机产品,如正己烷、正庚烷、环己烷等[3, 4],制取一些常用溶剂,如无苯溶剂、溶剂汽油等[5, 6]。抽余油是一种原物性神经系统毒物,属于低毒类物质,具有一定的生物毒性[7, 8]。 环丁砜作为一种优良的有机溶剂,在石油工业中被用于原料油中芳烃的抽提过程,因为它能获得较高的芳烃收率,便于两相分层和溶剂回收,而且能降低能耗和溶剂损失[9, 10]。原料油经环丁砜抽提后,其中大部分的芳烃组分被萃取出来,经蒸馏将环丁砜与芳烃组分分离,环丁砜再生并循环使用,而芳烃组分即用作精制苯产品的原料。萃余相为芳烃抽提抽余油,经处理后送往后续工段加工。但在实际工业中,由于芳烃抽提过程及水洗分离不完全,导致抽余油中环丁砜的含量过高,达不到工艺生产要求,使得油品劣化,影响后续工艺的正常运行[11],且环丁砜溶剂如果不慎泄漏,会造成溶剂流失、影响循环水水质[9]等后果。为此,需对抽余油进行再抽提,以降低其中环丁砜的含量。中国石油化工股份有限公司茂名分公司化工分部(以下简称茂名石化)原工艺流程中液-液抽提系统抽余油中环丁砜含量实际值约为60mg/kg,超出设计要求的1 mg/kg。此外,原流程中水系统新鲜水洗水量无法提高,且一旦提高水洗量后由于水汽提塔换热器换热效果较差,水汽提量提不起来,将造成水汽提塔液位上升。水汽提塔进料温度约为35℃,水汽提塔换热器负荷不足,使水汽提塔汽提蒸汽波动大,同时易造成再生塔液位过满,致使再生塔无法正常再生。 由于上述问题的存在,必须对芳烃抽余油水洗系统进行技术改造。经过详细考察与核算,在保留原有水洗塔的情况下做如下改造:对水洗塔内件进行改造,如更换合适的筛板塔盘、降液管和洗涤水分布管;增设抽余油分布器;在工艺流程上,增设1台换热器和1座清洗塔。改造后的工艺抽余油处理量为7. 0 t/h,其中,原料中抽余油含量(w)为14. 58%,洗涤水用量为3. 0 t/h,经水洗处理后的抽余油中环丁砜的含量由原来的60 mg/kg降到1 mg/kg,装置操作弹性为60%~120%。 1·抽余油水洗工艺改造的主要内容 茂名石化原抽余油水洗工艺流程为:抽余油自芳烃抽提塔采出,经泵送入抽余油水洗塔塔底,与自塔顶注入的洗涤水在塔盘上进行充分接触、传质,环丁砜被萃取进入水相,萃取相(含环丁砜的水相)自塔底采出并经泵送入汽提塔进行汽提,水相再生后作为洗涤水返回使用,环丁砜回收后作为溶剂返回芳烃抽提工段。萃余相(油相)自塔顶采出并送入后续的工段进行加工。装置处理后的抽余油中环丁砜含量达60 mg/kg。 为此采用天津大学精馏技术国家工程研究中心开发的抽余油水洗系统改造工艺包,对茂名石化抽余油水洗工艺进行改造。经过详细核算,确定需要改造的部分主要有: (1)水系统,包括水洗塔的改造,如更换塔盘、降液管、抽余油分布器等; (2)工艺流程,即增设1座清洗塔; (3)换热系统,即增设1台换热器。 1.1 水洗塔塔内件部分 茂名石化原抽余油水洗塔(T102)塔径为1 000 mm,塔高20 900 mm(T-T),采用8层筛板塔盘,塔盘含69个9. 5 mm的分布孔,最大处理量达到7. 0 t/h,塔顶洗涤水用量3. 0 t/h,塔顶抽余油中环丁砜含量为60 mg/kg。根据相关数据计算得知,原塔筛板塔盘开孔直径偏大、出口堰设计偏高、降液管底隙偏小、洗涤水分布管载液量过小、缺少抽余油分布器,使得分散相过孔速率过低、液滴直径过大、塔盘载液量过多、抽余油分布效果不佳,严重影响传质效果及操作的稳定性。 为此,需要更换所有塔盘和降液管以改善洗涤效果。经核算后制定如下改造方案: (1)更换原筛板萃取塔盘板,将原来的69个9. 5 mm的分布孔改为140个6. 0 mm的分布孔,同时改变分布孔的排布方式,使排布更均匀。塔盘采用Q235-A,塔盘数量不变; (2)更换原筛板萃取塔降液管,采用无出口堰形式,将原降液管150 mm扩大到200 mm,底隙由原来的50 mm扩大到100 mm。降液管中液速为0. 026 m/s,降液管面积为0. 032 m2。这样一方面可以减少塔盘积液量,一方面可以保证液-液传质均匀稳定的进行; (3)更换洗涤水分布管,以适应循环水量的需要; (4)增设抽余油分布器,以控制分布孔过孔流速,同时起到将油相均匀分散的目的。 1.2 工艺流程部分 在工艺流程的改造中主要有改变洗涤水洗涤方式、增设清洗塔和换热器。 1.2.1 清洗塔部分 为保证洗涤后抽余油中环丁砜含量不大于1mg/kg,将原塔改为循环水洗涤,洗涤水量与抽余油按照1∶1配比。采用循环水洗涤,一方面可以减少新鲜水的用量;一方面由于一次洗涤时没有完全达到传质平衡,经过循环洗涤可以提高达到平衡的程度,提高水洗洗涤效果。 此外,在原塔基础上增加清洗塔。清洗塔采用填料塔形式,塔径为1 000mm,塔高为8 000mm(T-T),采用4 000 mm高的扁环萃取填料,塔顶采用管式液体分布器对洗涤水进行分布,塔底采用窄槽式液体分散器对抽余油进行分布。此清洗塔采用循环水洗涤,促进和改善了洗涤效果,使从清洗塔塔顶排出的抽余油中环丁砜的含量降到1mg/kg。从整体工艺结构看,此清洗塔与原水洗塔构成一个串联的水洗系统,从前一个水洗塔抽出的抽余油被送入清洗塔塔底,与自塔上注入的洗涤水进行充分接触,萃取出环丁砜。清洗塔塔底的水相一部分进行循环洗涤,一部分送入水洗塔塔顶作为洗涤水。清洗塔采用的填料与抽余油分布器的特性如下所述: (1)扁环萃取填料。 扁环萃取填料是国内开发的一种适用于液-液萃取过程的新型填料,它属于短开孔环形填料。该填料的结构特点为:其一,它把填料环壁的开孔窗叶由传统的断开式内弯舌片状改为连续内弯的弧形片,并取消了环壁断面的翻边;其二,它采用了较小的环的高径比,使环的高径比达到约1/3。 此次改造中使用的是QH系列扁环填料,该填料的结构特点减小了由于填料层由内环的翻边及内弯的叶片的端点所形成汇聚分散点,特别是用于液-液两相的流动,减小了分散相液滴群在此处的汇结;而结构对称均匀的内弯弧形胫片结构,对液体流动的均匀性有较好的影响,促进了液滴群的分散-汇合-再分散的循环过程,有效地降低了填料层的轴向返混,相比鲍尔环和矩鞍填料,能提高液-液两相间的20%传质效率。所以此种填料特别适用于低界面张力体系的液-液传质的萃取过程。 (2)窄槽式液体分散器。 液-液萃取过程对填料的要求不同于汽液传质过程。液-液萃取过程的传质是分散相液滴群与连续相之间的传质,它要求塔内件能很好地分散液滴群,并能够防止液滴群的聚结。此外,对于两相初始分布的要求也相应提高,窄槽式液相分散器(见图1)是多孔管式的新发展。自该分散器喷出的液流,不仅均布程度高,克服了流速与分散相的矛盾,且减少了进料位置的夹带与返混。窄槽式液相分散器的液体喷口速度较低,能避免出现因流速过高而造成的过度粉碎或乳化甚至填料萃取塔的局部液泛。 1.2.2 换热器部分 由于原水系统新鲜水洗水量无法提高,提高量后由于水汽提塔换热器换热效果较差,水汽提量无法增大,造成水汽提塔液位上升,液位维持较高水平。另外,水汽提塔进料温度约为35℃,水汽提塔换热器负荷不足,使水汽提塔汽提气波动较大,同时易造成再生塔液位满,而使得再生塔无法正常再生。 为充分利用废余热量,保证水汽提塔换热器换热负荷足够并使得汽提塔汽提气平稳、塔内液位不至于过高,同时保证再生塔正常操作,在原有流程的基础上加设了1台换热器E-109,置于原汽提塔换热器之前。采用贫溶剂换热,使水汽提塔3. 5 t/h进料温度从37℃提至70℃,以保证汽提气稳定在3 t/h。 2·抽余油水洗工艺改造情况及结果分析 2.1·抽余油水洗工艺改造 图2是改造后的抽余油水洗塔流程。 改造工程于2009年大修期间动工实施并完成。完成后的工艺流程为: 来自抽提塔塔顶的抽余油经换热后进入抽余油水洗塔(板式塔,图2中左塔)下部,与A-T102-1(填料塔,图2中右塔)塔底引出的萃取水在萃取塔盘上充分接触,抽余油中的大部分环丁砜被萃取到水中,塔底含环丁砜的水送往水汽提塔;另外,从抽余油水洗塔塔底引出一部分水经泵送往塔顶作为循环洗涤水以减少新鲜水的用量和提高水洗效果;抽余油自塔顶经泵抽出,一部分由流量控制器控制与抽余油水洗塔进料一起进入塔内,以维持水洗塔稳定的过孔流速,其余全部送往A-T102-1塔底,在A-T102-1塔内与塔顶进入的新鲜水在萃取填料层内充分接触,将抽余油中的环丁砜萃取出来,使萃取后的抽余油满足后续装置需求;抽余油自塔顶经泵一部分外送,一部分由流量控制器控制与A-T102-1塔进料一起返回塔内;从A-T102-1塔底引出一部分水经泵送往塔A-T102-1塔顶作为循环洗涤水,其余送往抽余油水洗塔塔顶作为萃取水进料;其余流程保持不变。 改造后抽余油水洗塔的工艺参数为: (1)抽余油水洗塔(A-T102)主要目的是去除抽余油中的大部分环丁砜。正常操作条件下塔顶压力的设定值(表)为0.35MPa、温度设定值38℃。 (2)抽余油水洗塔(A-T102-1)主要目的是去除抽余油中的大部分环丁砜。正常操作条件下塔顶压力的设定值(表)为0. 30MPa、温度设定值36℃。 (3)其它基本参数见表1。 2.2 结果分析 (1)按炼油厂所要求抽余油中环丁砜量小于1 mg/kg的指标,根据处理量要求及炼油厂提供的原始基础数据,对液-液抽提系统的水系统存在问题进行重新设计和核算。计算得出的相关流体力学结果见表1。 从表1可看出,改造后的工艺中,轻相(即抽余油相)处理能力为7 000 kg/h,重相(即水相)处理能力为3 000 kg/h。更换筛板塔盘后,开孔数增加、开孔孔径减小有利于油滴的分散和油滴过孔速度的增加。新塔盘较原来塔盘开孔率由0. 69%下降到0. 23%,使得分散相油过筛孔线速由原来的0. 8 m/s上升到1. 53 m/s,满足正常操作要求(正常值为1. 5~1. 7 m/s)。 通过适当调整降液管间距,增大降液管底间隙,一方面可以防止抽提系统高负荷运转时出现的操作波动大的情况,消除了再生塔(T103)的发泡现象和托塔现象;另一方面也解决了汽提塔易出现的积液情况。 (2)工艺流程改造中,新增的清洗塔采用扁环填料作为萃取介质,清洗塔在不同的负荷时得到的操作结果见表2。 由表2可看出,使用扁环作为清洗塔填料,由于其独特的结构,极大地促进了萃取过程的进行,降低了轴向返混,过程操作弹性为60%~120%(100%负荷为设计值)。在基本条件不变的情况下,在操作弹性内,负荷量越大,水洗塔中连续相流速和分散相流速皆随之增大。例如,负荷从设计能力的60%增加到120%时,连续相流速由0. 000 64m/s增加到0. 001 27m/s;分散相流速由0. 001 97m/s增加到0. 003 95m/s。同时,由计算结果可得,连续相泛点率和分散相泛点率也是随负荷量的增加而增大的。 但连续相液泛流速和分散相液泛流速在操作弹性内都分别维持恒定,即前者为0. 006 6 m/s,后者为0. 020 4 m/s。 在操作弹性内,对产品进行检验产品符合生产指标。 3·结语 对茂名石化芳烃装置抽余油水洗工艺进行改造,得出: (1)通过对水洗塔的物料、热量衡算和水力学计算,发现采用含140个6. 0 mm的分布孔的筛板塔盘较原来的塔盘萃取效率高,操作更稳定,分离效果更好。 (2)改造过程中增设了清洗塔(填料塔,扁环填料),保证了抽余油在水洗塔塔顶抽出时环丁砜的含量不大于1 mg/kg,达到工业生产要求。 (3)在原工艺流程的基础上,将水洗塔的洗涤方式改为循环水洗方式, (新增的清洗塔也是采用循环水洗方式)一方面节省了新鲜水的用量,另一方面提高了水洗效果,增加了经济效益,减少了污水的排放。 (4)改造后的工艺流程中,在汽提塔前增设了1台换热器,一方面充分利用了过程热,缓解了原汽提塔前换热器的热负荷;另一方面使汽提塔汽提气平稳、再生塔操作正常。 (5)过程操作弹性较大且设备投资较低。 参考文献: [1]F.Nierlich.抽余油齐聚制取高级汽油[J].石油炼制译丛, 1992, (3): 57-59. [2]张秋香,杨学园,熊丹柳,等.从抽余油中分离甲基环戊烷[J].化工进展, 2010, 27(2): 375-380. [3]李章平,孙秋荣.芳烃抽余油的综合利用[J].精细石油化工, 2009, 26(4): 51-54. [4]金伟力,王蒇,欧阳福承.芳烃抽余油制环己烷[J].石油化工, 1991, 20: 326-330. [5]赵百鹏.抽余油制取无苯溶剂[J].河南化工, 2002,11: 29. [6]B. r.TeTepyK,用催化重整抽余油制取溶剂汽油[J].石油炼制译丛, 1989, 1(13): 13-14. [7]王贻嘉,卢庆生,程一平,等.抽余油对小鼠显性致死致突变研究[J].卫生毒理学, 1993, 7(1): 34. [8]高星,孙豁,王辉,等.抽余油神经毒性毒理学研究[J].卫生毒理学, 1992, 6(2): 157. [9]唐安中.环丁砜对循环水水质危害的分析与探讨[J].化工给排水设计, 1997, (1): 37-39. [10]顾侃英.芳烃抽提中环丁砜的劣化及其影响[J].石油学报(石油加工), 2000, 16(4): 19-25. [11]喻朝善.芳烃抽提蒸馏工艺运行中存在的问题及对策[J].石油化工应用, 2008, 27(3): 72-74. |
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