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        釜式熱縮聚工藝生產(chǎn)改質(zhì)瀝青存在的問題及對策

        2022-09-28 07:46:06劉君紅曹雪燕張魯斌遲法銘
        四川化工 2022年4期
        關(guān)鍵詞:釜內(nèi)改質(zhì)中溫

        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)

        國內(nèi)目前運行的15萬噸/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入反應(yīng)釜內(nèi),釜外加熱爐煤氣燃燒對其進行加熱,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)定運行,需要定期倒釜,倒釜操作中會產(chǎn)生部分不合格改質(zhì)瀝青,影響經(jīng)濟效益。延長反應(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,從而通過煙氣的熱量為反應(yīng)釜進行加熱。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,特別是釜底正對爐膛部位(圖2圓圈部位),結(jié)焦最嚴重。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,焦塊從釜底進入管道內(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,瀝青流動阻力增大,進料量大于排出量時,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,釜內(nèi)瀝青形成漩渦,瀝青從反應(yīng)釜頂進入閃蒸油管道。此外,當(dāng)釜底瀝青流動不暢發(fā)生冒釜現(xiàn)象時,大量瀝青會進入閃蒸油管道中。嚴重時瀝青會竄至閃蒸油冷卻器中,冷卻器堵塞會造成癟釜現(xiàn)象,嚴重時需要緊急停產(chǎn)處理。

        2.3 倒釜操作時會產(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,反應(yīng)釜結(jié)焦產(chǎn)生的焦塊聚集量越來越多,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)時間達不到預(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)釜排放出來的瀝青及投入備用反應(yīng)釜前期生產(chǎn)出來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低,甲苯不溶物含量低,銷售價格低于改質(zhì)瀝青。每次倒釜都會產(chǎn)生100噸左右中溫瀝青,直接影響焦油加工企業(yè)經(jīng)濟效益。

        3 采取措施

        3.1 延長停留時間,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、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)溫度和延長停留時間[2]。反應(yīng)溫度高,瀝青結(jié)焦現(xiàn)象嚴重。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為改進前后反應(yīng)釜釜底溫度對比。四釜串聯(lián),瀝青在釜內(nèi)停留時間延長,降低反應(yīng)釜釜底溫度,即可得到合格的改質(zhì)瀝青,同時可以減緩瀝青高溫下結(jié)焦。

        表1 改進前后反應(yīng)釜釜底溫度對比

        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。因此對反應(yīng)釜釜底管道進行改造,安裝氮氣管,每班定期排焦兩次。排焦時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。排焦時用氮氣通向釜底,攪動釜底焦塊,關(guān)閉氮氣閥,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。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入集氣管中,集氣管起到一個緩沖平衡的作用,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,進入集氣管時,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,提前將備用反應(yīng)釜烘釜升溫,瀝青進入備用反應(yīng)釜后開始升溫,并對停用反應(yīng)釜進行保溫,提高停用反應(yīng)釜內(nèi)瀝青的聚合程度,提高瀝青軟化點,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,同時大量排放停用反應(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 改進效果

        采取以上改進措施后,反應(yīng)釜釜底溫度降低;反應(yīng)釜結(jié)焦情況減輕;反應(yīng)釜使用周期由原來的25天延長至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)濟效益提高。反應(yīng)釜使用周期延長,清掏反應(yīng)釜次數(shù)減少(圖7所示),節(jié)約反應(yīng)釜清掏費用。

        圖6 改進前后中溫瀝青收率對比

        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)濟效益。通過實施將三釜串聯(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,改質(zhì)瀝青收率增加。

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