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        關(guān)于如何減少液化燃料中水含量的分析

        2020-07-01 17:51:13楊飛
        關(guān)鍵詞:液化氣儲(chǔ)罐液化

        楊飛

        摘 要:本文以某化工廠為例,通過(guò)對(duì)該廠液化燃料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、儲(chǔ)存環(huán)節(jié)、銷(xiāo)售環(huán)節(jié)進(jìn)行分析,得出液化燃料含水最根本的原因,并對(duì)各環(huán)節(jié)中如何減少水的含量進(jìn)行分析,對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝提出改進(jìn),以期最大限度的減少液化燃料中水分的含量。

        關(guān)鍵詞:液化燃料;水;脫水

        隨著石油化工業(yè)的發(fā)展,液化石油氣作為一種化工基本原料和新型燃料,已愈來(lái)愈受到人們的重視。在化工生產(chǎn)方面,液化石油氣經(jīng)過(guò)分離可得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等初級(jí)工業(yè)用品,用以生產(chǎn)合成塑料、合成橡膠、合成纖維及生產(chǎn)醫(yī)藥、炸藥、染料等產(chǎn)品。在生活方面,液化石油氣亦可作為民用燃料,由于其主要成分是含4個(gè)碳原子的飽和烴和不飽和烴,無(wú)色,有異味,液態(tài)時(shí)密度為0.5~0.6t/m3,并且其燃燒熱值高、無(wú)煙塵、無(wú)炭渣,灌裝、操作使用方便,已廣泛地進(jìn)入人們的生活領(lǐng)域。

        液化燃料由于生產(chǎn)工藝的不同,其組成成分也不盡相同。對(duì)于一般煉油廠而言,液化燃料是進(jìn)行原油催化裂解與熱裂解時(shí)所得到的副產(chǎn)品。某廠催化裂解氣的主要成份如下:氫氣5%~6%、甲烷10%、乙烷3%~5%、乙烯3%、丙烷16%~20%、丙烯6%~11%、丁烷42%~46%、丁烯5%~6%,含5個(gè)碳原子以上烴類(lèi)5%~12%。而對(duì)于化工行業(yè)(某乙烯廠為例),其液化燃料產(chǎn)品是生產(chǎn)丁二烯裝置在水洗工藝中的的副產(chǎn)物,主要成分有:乙烯基乙炔、丁烯-1、順丁烯-2、異丁烯等。通過(guò)主要成分的分析可以看出,煉油廠產(chǎn)生的液化燃料更適合作為民用生活燃料,而化工廠的液化燃料可以進(jìn)行進(jìn)一步的深加工,產(chǎn)出更多的附加值產(chǎn)品,以使液化燃料達(dá)到充分利用。雖然其用途不同,但在工藝處理上有很多地方可以相互借鑒。

        由液化燃料的組成成分,可以看出這些分子具有一定的極性,根據(jù)物質(zhì)“相似相溶”的普適性原理可知:當(dāng)以液化燃料為溶劑時(shí),水可以以溶質(zhì)的形式溶解其中;反之以水為溶劑時(shí),液化燃料也可溶解其中。儲(chǔ)存液化燃料的容器中除了有這部分溶解水以外,還有同為液相、聚積于容器底部的游離水。液化燃料含水,不僅會(huì)影響其使用的安全以及燃燒的特性,水還會(huì)加速酸性物質(zhì)對(duì)設(shè)備、閥門(mén)、管線(xiàn)的腐蝕。因此,在液化燃料交付使用之前,如何最大程度的減少其中的水含量將是本文重點(diǎn)論述的內(nèi)容:

        1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)

        在某乙烯化工廠,丁二烯裝置為降低乙烯基乙炔的濃度和分壓,兌入剩余C4(主要成分為丁烷和丁烯-1)與含二聚物的再生乙腈一起進(jìn)行水洗,水洗去除乙腈的烴類(lèi)混合物進(jìn)入臥式儲(chǔ)罐(操作溫度為30-40℃,操作壓力為0.3- 0.35MPa)作為液化燃料的主要成分。(綜合煉廠催化裂解產(chǎn)生液化燃料可以得出,水的來(lái)源方式有三種:原料中自帶的水、后期化學(xué)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的水、工藝處理額外加入的水。)該臥式儲(chǔ)罐設(shè)置有貯水漏斗,實(shí)時(shí)將游離水分離脫除,而后輸送至下游儲(chǔ)罐區(qū)儲(chǔ)存,這一工藝設(shè)置并沒(méi)有問(wèn)題,但由于物料緩沖沉降時(shí)間不夠,物料中的溶解水不能完全析出,這部分水便伴隨物料通過(guò)管道送往產(chǎn)品罐區(qū)儲(chǔ)存待后期處理。對(duì)該工藝技術(shù)可以考慮改進(jìn),以減小下游的處理壓力和提高產(chǎn)品的合格率。

        鑒于此,該乙烯化工廠的丁二烯裝置可在液化燃料外送前設(shè)置一個(gè)容積較大的液化燃料緩沖罐,容量以至少可緩存3h產(chǎn)量的產(chǎn)品為準(zhǔn)(該物料緩存2h即可充分析出溶解水),并以連續(xù)輸送的方式改為間斷輸送(此法同于后文儲(chǔ)存環(huán)節(jié),下文講詳細(xì)介紹)。另外,可以增加緩沖罐,而后進(jìn)行脫水或采用凝聚器脫水法:攜帶水的液化燃料,進(jìn)入凝聚脫水分離器后,因流速大大減小,其中的游離水在重力的作用下開(kāi)始沉降,隨著流體通過(guò)特殊材料構(gòu)成的凝聚元件,小水滴在其表面逐漸凝集成大水滴[1]。液體產(chǎn)品和水滴進(jìn)入到凝聚器元件下游沉降段時(shí),由于密度差,水便沉積在貯水斗中。貯水斗視情況可以連續(xù)或間斷排放。凝聚脫水可脫除液化氣中99.5%~100%的游離水。同理,若煉油廠產(chǎn)生液化燃料裝置也存在連續(xù)外送、緩沖罐容積小的情況,便可借鑒上述方法改進(jìn)。

        2 儲(chǔ)存環(huán)節(jié)

        該煉油廠下游的罐區(qū)設(shè)置專(zhuān)用的液化燃料儲(chǔ)罐,工作壓力0.28~0.52MPa,工作溫度為常溫。由于水的密度較大,會(huì)聚積到球罐底部。水在0℃以下會(huì)結(jié)冰,凍結(jié)在儲(chǔ)罐底部,因此儲(chǔ)存液化燃料的儲(chǔ)罐均采用帶蒸汽伴熱的脫水包及儲(chǔ)罐與脫水包間管線(xiàn)設(shè)置保溫的方式以保證不被凍結(jié)。液化燃料在儲(chǔ)存期間是除去游離水的最佳時(shí)機(jī)。液化燃料經(jīng)過(guò)裝置內(nèi)機(jī)泵加壓以及管輸過(guò)程中的擾動(dòng),液化燃料中的大部分溶解水會(huì)游離析出,在進(jìn)入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的過(guò)程中游離水會(huì)逐漸進(jìn)入與儲(chǔ)罐相連的脫水包,經(jīng)過(guò)2h以上的沉降,溶解水可充分析出。脫水包設(shè)有磁翻板液位計(jì),可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐的含水量,以便操作人員在物料外送出廠之前及時(shí)排出脫水包中的水。在脫水包中:水為溶劑,液化燃料為溶質(zhì),因而脫出的水中含有部分溶解的液化燃料。這些烴類(lèi)物質(zhì)會(huì)直接影響污水的COD指標(biāo),導(dǎo)致污水外排指標(biāo)不合格,并且液化燃料脫水時(shí)由高壓(0.4MPa)變?yōu)槌海写罅繜N類(lèi)物質(zhì)擴(kuò)散,體積迅速擴(kuò)大,最大可達(dá)到正常體積的250倍,在污水流道里產(chǎn)生類(lèi)似“爆破”的現(xiàn)象:嚴(yán)重時(shí)可將流道上的水泥壓蓋彈起,影響操作人員安全。

        3 如何減少球罐儲(chǔ)存過(guò)程中水的含量

        3.1 多次脫水

        每次脫水時(shí)無(wú)需將脫水包內(nèi)的水全部脫盡。脫除脫水包內(nèi)明水至工藝規(guī)定低液位值后,再打開(kāi)與儲(chǔ)罐的連接閥,通過(guò)儲(chǔ)罐底部的擾動(dòng),破壞儲(chǔ)罐中以及脫水包中現(xiàn)有的溶解平衡,使儲(chǔ)罐中的水進(jìn)一步析出進(jìn)入脫水包,待新的溶解平衡建立后關(guān)閉連接閥再次進(jìn)行脫水作業(yè),直至明水脫除干凈為止。

        3.2 提高脫水包的操作溫度

        氣態(tài)物質(zhì)在水中的溶解是一種傳質(zhì)過(guò)程,溶解直至氣液相中氣體物質(zhì)濃度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,氣體在不同壓力下溶解平衡遵循亨利定律[2]:

        C=H·P*

        式中:

        C為氣體在水中的溶解度;P*為溶解壓力;H為亨利常數(shù);H是溫度的反函數(shù),隨溫度的升高,H減小,C也隨之減小。只需將脫水包的工作溫度提高,即可降低液化燃料在脫水包明水中的含量。

        3.3 降低儲(chǔ)罐的操作溫度

        采用水在純烴和烴混合物中溶解度計(jì)算公式,計(jì)算出液化氣不同溫度下飽和水含量:

        lgX=-(4200A+1055)(1/T-0.0016)

        式中:

        X-水在液烴中溶解度;A-烴的碳?xì)浔?T-溫度,K。

        根據(jù)計(jì)算45℃時(shí),液相混合烴中含水量為268mmg/kg[3],而10℃時(shí),水含量約為15~40mmg/kg。

        4 液化氣站

        化工廠球罐儲(chǔ)存的液化燃料絕大多數(shù)情況是通過(guò)汽車(chē)運(yùn)輸?shù)姆绞奖凰屯夯瘹庹?,也有部分工廠下屬的液化氣站存在管輸?shù)那闆r。液化燃料在工廠出廠環(huán)節(jié)和液化氣站接收環(huán)節(jié)都會(huì)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的采樣分析,確保其各種成分的含量指標(biāo)在合格的指標(biāo)范圍內(nèi)。液化氣站的工作壓力遠(yuǎn)低于工廠的儲(chǔ)存壓力,微量的水一旦析出形成聚集,在液化氣站的儲(chǔ)存環(huán)節(jié)就難以再度溶解,最終會(huì)導(dǎo)致積少成多,造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格,對(duì)下游用戶(hù)造成影響,對(duì)此,液化氣站經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后,需要定期清除緩沖罐內(nèi)產(chǎn)生的積水。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)液化燃料在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、銷(xiāo)售環(huán)節(jié)中可采取的各種降低水含量措施的探討,結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)裝置在液化燃料脫水工藝方面存在的問(wèn)題提出意見(jiàn)與建議,對(duì)制取質(zhì)量要求更高的民用液化氣有一定的參考意義。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王崇謙.凝聚脫水分離器[J].石油化工設(shè)備技術(shù),1990,11 (3):49-51.

        [2]李景明,樊玉光.壓力水中典型氣體溶解特性與計(jì)算方法研究[J].應(yīng)用能源技術(shù),2016(9):1.

        [3]汪洋.液化氣脫水方法研究進(jìn)展[J].干燥技術(shù)與設(shè)備,2009,7(5):230.

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