王玉嬋（大慶石化工程有限公司，黑龍江大慶163714）

?

液-液聚結(jié)分離器及其在裂解汽油加氫裝置中的應(yīng)用研究

王玉嬋
（大慶石化工程有限公司，黑龍江大慶163714）

摘要：大慶石化新建裂解汽油加氫裝置采用聚結(jié)分離器進(jìn)行原料脫水預(yù)處理。文章首先簡要介紹聚結(jié)分離器在裂解汽油加氫裝置中的應(yīng)用情況，從聚結(jié)分離器的聚結(jié)機(jī)理和結(jié)構(gòu)、聚結(jié)分離濾芯方面進(jìn)行深入探討，對聚結(jié)分離器的使用、濾芯更換提出了一些要求，最后對實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行簡短評價(jià)。

關(guān)鍵詞：聚結(jié)分離；裂解汽油加氫；聚結(jié)機(jī)理；結(jié)構(gòu)；聚結(jié)分離濾芯

近年來，大慶原油加工量已達(dá)到1200萬t·a-1，可提供的裂解原料資源近490萬t·a-1，而大慶石化公司裂解原料用量為177萬t·a-1，富余裂解原料資源313萬t·a-1。為消化充足的裂解原料，提高乙烯生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)高附加值的化工產(chǎn)品，對大慶石化原有乙烯工程實(shí)施了改擴(kuò)建，擴(kuò)建之后規(guī)模達(dá)到120萬t·a-1。乙烯裝置在原料石腦油裂解產(chǎn)生乙烯的同時(shí)會(huì)副產(chǎn)裂解汽油，50萬t·a-1裂解汽油加氫裝置擴(kuò)建就是其中一組成部分。裂解汽油加氫裝置是以乙烯裝置脫丁烷塔塔底的粗裂解汽油餾分為原料，經(jīng)預(yù)分餾脫除C5和C9餾分作為副產(chǎn)品送出界區(qū)，中間C6～C8餾分經(jīng)兩段選擇性加氫，并經(jīng)汽提塔脫除后C5及以上輕組分和H2S后，生產(chǎn)出精制汽油輸送到下游裝置。原料粗裂解汽油是由不飽和烴類組成的混合物，包括大量的苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和乙苯等，易在光和熱的作用下聚合生成膠質(zhì)；同時(shí)由于粗裂解汽油中會(huì)夾帶工藝水，且含有裂解產(chǎn)生的表面活性劑，因此，及易構(gòu)成穩(wěn)定的乳化液［1］，影響后續(xù)反應(yīng)及產(chǎn)品的品質(zhì)。

針對上述情況，考慮到傳統(tǒng)的烴類介質(zhì)脫水方法如重力沉降法、床層吸附法在處理量、工況條件的適用性、脫水效果及運(yùn)行成本等方面都已無法滿足石化行業(yè)發(fā)展的需要。液烴過濾分離器兼顧了脫水效率高，運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足各種復(fù)雜的工藝和工況條件。因此，本裝置采用了在粗裂解汽油預(yù)處理之前增加一臺預(yù)過濾器和一臺液-液聚結(jié)分離器的方法。

1　裝置及流程

裂解汽油預(yù)處理前首先經(jīng)預(yù)過濾器除去界區(qū)來粗裂解汽油中過多的膠質(zhì)及雜質(zhì)（過濾精度：≤10μm）；之后經(jīng)液-液聚結(jié)器將小水滴聚結(jié)成大水滴，分離出水分，使出料中游離水的質(zhì)量含量小于10×10-6。污水由下部排水閥排至污油罐。兩套聚結(jié)分離系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互備用功能，跨線用于兩套濾芯有堵塞或臨時(shí)更換濾芯時(shí)物料通過，便于靈活操作。其工藝流程見圖1。

圖1　液-液聚結(jié)分離器部分工藝儀表流程圖Fig.1 Process and instrumentation diagram of liquid-liquid coalescing separator

原料預(yù)過濾器的主要目的是減少裂解汽油中的固體顆粒，延長聚結(jié)器的使用壽命［2］。其全容積為0.46m3，內(nèi)部裝有外徑150mm，長度915mm的濾芯14支，材質(zhì)為植物纖維和玻璃纖維的合成纖維，骨架為304不銹鋼，濾芯最大承受壓降為700kPa。聚結(jié)分離器的主要目的是實(shí)現(xiàn)油水分離［2］。其全容積為0.84m3，內(nèi)部分別裝有聚結(jié)濾芯以及分離濾芯：聚結(jié)濾芯外徑150mm，長度1120mm，共8支，材質(zhì)為玻璃纖維，骨架為304不銹鋼；分離濾芯外徑150mm，長度915mm，共4支，材質(zhì)為特殊的噴涂網(wǎng)，骨架為304不銹鋼；濾芯最大承受壓降為700kPa。

3　采用液-液聚結(jié)分離器解決裂解汽油中含水及膠質(zhì)問題的技術(shù)機(jī)理及結(jié)構(gòu)

裝置所選的過濾分離器是運(yùn)用先進(jìn)的液-液聚結(jié)分離技術(shù)，采用高效的聚結(jié)、分離材料和特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成，因本裝置中采用的濾芯為纖維類材質(zhì)，以下以纖維類聚結(jié)材料為例，闡述聚結(jié)機(jī)理及聚結(jié)分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

3.1聚結(jié)技術(shù)機(jī)理

液-液兩相的分離過程實(shí)際上是分散相液滴在連續(xù)相中聚結(jié)和分離的過程［3］。聚結(jié)分離過程的首要因素是聚結(jié)介質(zhì)能被分散相液體浸潤或潤濕。詳細(xì)的說，聚結(jié)過程分為以下二個(gè)階段：

第一階段：液滴捕集

液滴捕集過程也叫破乳過程。粗裂解汽油中含有裂解產(chǎn)生的表面活性劑，表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)兼具親油和親水兩種特性，能吸附在兩相界面上，呈單分子排列而使溶液的表面張力降低。圖2所示為定下楔理論下的乳化液及表面活性劑分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系［4］。表面活性劑的存在降低了連續(xù)相與分散相之間的表面張力，使得乳化后的分散相穩(wěn)定的存在于連續(xù)相中，形成“油包水”或“水包油”兩種分散體系，增加了纖維捕集分散相液滴的難度，從而影響纖維破乳效果。由于纖維類介質(zhì)的纖維絲徑和長短不一，形成了內(nèi)部的層狀結(jié)構(gòu)，纖維絲徑越細(xì)，聚結(jié)介質(zhì)表面積越大，也就增加了捕集液滴的幾率。當(dāng)分散相液滴穿過介質(zhì)時(shí)，分散相小液滴被纖維捕獲，從而完成破乳過程。

圖2　表面活性劑分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between molecular structure of surfactant

第二階段：液滴聚結(jié)和沉降

液滴捕集之后，由于分散相液滴與纖維的接觸角小于連續(xù)相流體，使得分散相液滴可以在纖維絲徑上鋪展，形成液膜，沿著纖維絲徑運(yùn)動(dòng)。由于被捕集的液滴在流體推動(dòng)下不斷與液膜和纖維的碰撞、聚并，使得分散相液滴變得越來越大。聚結(jié)和沉降工作機(jī)理見圖3、4。小水珠與纖維接觸并粘附于其上，在流體的推動(dòng)作用下，沿纖維移動(dòng)，在纖維的交匯點(diǎn)，與其它小水珠聚結(jié)成較大的水滴，此為液滴聚結(jié)。大水滴被流體帶到濾芯外表面，由于其密度大于烴，從而在重力的作用下，與液烴分離，沉降到過濾分離器底部的集液槽，此為沉降。通常情況下，液滴的終端沉降速度可由斯托克斯公式求得。式中代表水滴的沉降速度；代表水滴的直徑；代表水滴的密度；代表裂解汽油流體的密度；代表重力加速度；代表水滴的粘度。由公式可見，聚集水滴越大，粘度越低，油水分離效果越好［5］。

圖3　纖維聚結(jié)機(jī)理Fig.3 Fiber coalescence mechanism

圖4　濾芯外表面聚結(jié)水滴沉降Fig4 Coalescence water droplets settlement outside the filter surface

在完成上述兩個(gè)步驟后，兩相流體只是實(shí)現(xiàn)了初步分離，因液滴的沉降速度以及擴(kuò)散體系的流速對液-液兩相分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著決定性因素，所以為使流體徹底分離，設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。以下針對本裝置所采用的聚結(jié)分離器設(shè)備，從設(shè)備結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行聚結(jié)性能探討。

3.2液-液聚結(jié)分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

本裝置所采用的聚結(jié)分離器內(nèi)部裝有兩種專門針對烴類脫水的濾芯——聚結(jié)濾芯和分離濾芯，物料在聚結(jié)分離器內(nèi)部需經(jīng)過濾、聚結(jié)、沉降、分離4個(gè)過程，從而濾除雜質(zhì)、脫掉水份、堿液及溶于水的有機(jī)酸鹽等。

物料首先由內(nèi)向外流經(jīng)聚結(jié)濾芯，聚結(jié)濾芯為纖維絲制成的圓柱形填料包，絲徑通常較粗，聚結(jié)濾芯具有過濾雜質(zhì)、聚結(jié)水份的雙重功效。最內(nèi)層的高精度過濾層，有效攔截物料中的顆粒污染物，尤其是攔截對穩(wěn)定乳化狀態(tài)起明顯作用的氧化鐵、硫化鐵等雜質(zhì)，有利于后續(xù)破乳及聚結(jié)功能。外面的破乳聚結(jié)層依靠其特殊的材質(zhì)，對物料進(jìn)行破乳，將物料中微小的、游離的水滴聚結(jié)出來，并在其表面凝結(jié)為水珠。大水珠會(huì)依靠自身的重力沉降到集水槽，尺寸較小的水珠來不及沉降就會(huì)隨物料一起流向分離濾芯。

分離濾芯由專利技術(shù)材料制成，通過在金屬網(wǎng)孔管上噴涂有機(jī)合成材料來實(shí)現(xiàn)良好的親油憎水性能。當(dāng)物料由外向內(nèi)流經(jīng)分離濾芯時(shí)，只允許物料通過，小水珠被有效地?cái)r截在濾芯的外面，聚結(jié)成大水珠沉降，從而進(jìn)一步分離掉水份，確保有效脫水。圖5為從內(nèi)部結(jié)構(gòu)角度剖析工作原理圖。

圖5　聚結(jié)分離器的工作原理圖Fig.5 Dirgam of working principle for coalescing separator

液-液聚結(jié)分離器由兩組不同功能的濾芯、殼體和液位計(jì)、放氣閥、壓差計(jì)、放水閥、取樣接頭等附件組成。為滿足現(xiàn)場設(shè)備平面布置要求，減少設(shè)備高度，方便濾芯的更換和維護(hù)，本裝置采用立式，具體聚結(jié)分離器的基本外型結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6　聚結(jié)分離器外型圖Fig.6 Outline drawing of coalescing separator

4　液-液聚結(jié)分離器的使用、更換要求及再生

4.1使用要求

（1）定期放氣過濾分離器殼體內(nèi)如積聚油蒸汽太多，會(huì)影響濾芯的正常工作并起大量靜電，因此，要定期開啟放氣閥，排盡殼體內(nèi)的油蒸汽。

（2）經(jīng)常排污每次作業(yè)前后，均應(yīng)排污。其中含少量水份是正常的，如發(fā)現(xiàn)固體雜質(zhì)和水份過多，則應(yīng)查明原因及時(shí)處理。

（3）日常檢查

①每次作業(yè)前后，均應(yīng)在維護(hù)日志上記錄過濾分離器的壓差，以便判斷過濾分離器是否正常工作。如發(fā)現(xiàn)壓差下降，應(yīng)立即停止使用，開蓋檢查，查明原因。

②定期從出口取樣口抽取油樣，檢查雜質(zhì)是否在規(guī)定范圍之內(nèi)，如果超標(biāo)，則應(yīng)查明原因，采取措施。

4.2更換要求

（1）當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)，應(yīng)更換聚結(jié)濾芯：

①使用期限超過1年；

②當(dāng)壓差升至0.1MPa時(shí)，說明濾芯已被堵塞

③當(dāng)壓差突然下降，說明濾芯破損。

（2）當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)，應(yīng)更換分離濾芯：

①濾芯破損；

②濾芯淋水試驗(yàn)不合格。

更換濾芯時(shí)，則應(yīng)先關(guān)閉過濾分離器的進(jìn)出口閥，打開放氣閥及排污閥，放空過濾分離器內(nèi)的污油，打開殼體上蓋。取下舊濾芯，防止濾芯內(nèi)臟物脫落到托盤內(nèi)。排除殼體內(nèi)附著的污染物，檢查更換殼體上已老化或損傷的O形密封圈，用清潔的綢布和潔凈的燃油將殼體內(nèi)腔清洗干凈，如有必要，也可拆卸取出托盤進(jìn)行清洗。

4.3濾芯的維護(hù)及再生

（1）將分離濾芯從殼體中取出，浸入潔凈的燃油中，用軟綢布或軟毛刷輕輕擦洗濾網(wǎng)表面；

（2）表面檢查握住端蓋用肉眼觀察，若發(fā)現(xiàn)大于4 mm的孔眼即報(bào)廢；若孔眼不大于4mm，可用環(huán)氧樹脂膠修補(bǔ)；

（3）淋水試驗(yàn)無破損或修補(bǔ)過的濾芯均要試驗(yàn)。握住端蓋將濾芯傾斜一定的角度，慢慢向整個(gè)濾網(wǎng)表面淋水（水從不高于7mm的高度自然流下，不得噴射）。若水份聚成珠狀并沿表面順暢地流下，且無浸潤現(xiàn)象，濾芯可以繼續(xù)使用；

（4）將通過表面檢查和淋水試驗(yàn)的濾芯放入潔凈的燃油中，反復(fù)提拉幾次，除去濾網(wǎng)上的殘留水份后即可重新裝入殼體；

（5）液-液聚結(jié)分離器投用后效果評價(jià)2012年裝置建成，聚結(jié)器投用后，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，經(jīng)過對比化驗(yàn)發(fā)現(xiàn)聚結(jié)出的裂解汽油中水含量明顯減少，乳化現(xiàn)象減輕，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品指標(biāo)合格，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］張曉東.高效液液聚結(jié)器在乙烯裝置中的應(yīng)用［J］.乙烯工業(yè)，2002，14（3）：24- 27.

［2］張錫初，梁瑞欽.液-液聚結(jié)器在柴油精制中的應(yīng)用［J］.煉油設(shè)計(jì)，1999，29（12）：27- 28.

［3］侯海瑞.液液聚結(jié)分離器原理及石油化工中的應(yīng)用［J］.過濾與分離，2013，23（3）：29- 32.

［4］趙世民.表面活性劑-原理、合成、測定及應(yīng)用［M］.北京：中國石化出版社，2005.

［5］姚玉英，黃鳳廉，陳常貴，等.化工原理（上冊）［M］.天津：天津大學(xué)出版社，1999.139- 143.

化工安全

Liquid-liquid coalescing separator and its application in pyrolysis gasoline hydrogenation plant

WANG Yu-chan
（Daqing Petrochemical Engineering Co. Ltd.，Daqing 163714，China）

Abstract：Coalescing separator is used for stock dehydration pretreatment in Daqing petrochemical newlybuilt pyrolysis gasoline hydrogenation plant. Firstly，this paper introduces the application of coalescing separator in pyrolysis gasoline hydrogenation plant briefly. Then，further discusses from coalescence mechanism，structure，coalescence filter and as such，make demands for the use and replacement of coalescing separator and filter. In the end，the actual application was evaluated briefly.

Key words：coalescence and separation；pyrolysis gasoline hydrogenation；coalescence mechanism；structure；coalescence and separation filter

中圖分類號：TE357.1文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160652

收稿日期：2016- 00- 00

作者簡介：王玉嬋（1982-），女，工程師，碩士研究生，主要從事煉油化工工藝方向的工作。