郭宇棟

(洛陽煉化宏力化工有限責(zé)任公司,河南 洛陽 471012)

洛陽煉化宏力化工有限公司萃取精餾裝置是一套12萬t/a的資源再利用項(xiàng)目。原料來自中石化洛陽石化分公司的催化裂化液化氣經(jīng)氣體分餾后的副產(chǎn)碳四,再經(jīng)MTBE裝置后的醚后碳四,主要產(chǎn)品為異丁烷和混合碳四。對(duì)于萃取精餾裝置,萃取精餾塔發(fā)泡現(xiàn)象普遍存在,發(fā)泡會(huì)導(dǎo)致塔底液位劇烈波動(dòng),嚴(yán)重影響裝置的正常生產(chǎn),致使處理能力降低、生產(chǎn)波動(dòng),異丁烷產(chǎn)品的質(zhì)量和收率受到影響。萃取精餾塔的操作是萃取精餾裝置安穩(wěn)運(yùn)行的一個(gè)難點(diǎn)。

1 萃取精餾裝置介紹

1.1 萃取精餾塔工藝原理

萃取精餾塔采用液液萃取法將異丁烷從醚后碳四中分離出來,經(jīng)過汽提塔對(duì)溶劑和混合碳四進(jìn)行分離,從而達(dá)到對(duì)混合碳四中的烯烴進(jìn)行提濃的目的。萃取精餾塔所用的溶劑為甲乙酮(MEK)和N-甲酰嗎啉(NFM)的混合物。有研究結(jié)果表明,NFM具有很高的碳四烷烴/碳四烯烴相對(duì)揮發(fā)度和選擇性,但是,其對(duì)丁烷和丁烯的溶解能力較差,塔內(nèi)易出現(xiàn)液液分層現(xiàn)象;而且其黏度較大,不利于萃取精餾塔內(nèi)的傳質(zhì)和傳熱;同時(shí),其凝點(diǎn)較高,在溫度低時(shí)容易堵塞設(shè)備,操作困難[1-3]。而MEK對(duì)丁烷和丁烯具有良好的溶解性,且凝點(diǎn)低,流動(dòng)性好,因此,選擇MEK-NFM的混合溶劑作為萃取劑。萃取精餾塔的萃取分離過程如圖1所示。

圖1 萃取分離過程示意圖

圖1中原料F為醚后碳四,含有烷烴A和混合碳四O,加入溶劑S進(jìn)行液液萃取。萃取時(shí)溶劑S與原料F進(jìn)行充分接觸混合,由于S對(duì)原料中的A和O溶解能力不同,O的溶解度大,A的溶解度小。在一定的操作條件下,并在精餾塔塔盤上進(jìn)行了充分的傳熱傳質(zhì)之后,原料F被分成了產(chǎn)品異丁烷和富溶劑,混合碳四再經(jīng)汽提塔分離出溶劑S,塔頂混合碳四去下游裝置作為碳四裂解原料。

1.2 萃取精餾裝置工藝流程圖

萃取精餾裝置工藝流程圖見圖2。

①混合碳四進(jìn)料 ②T1頂回流 ③異丁烷產(chǎn)品出裝置 ④T1低物料進(jìn)T2 ⑤T1底物料返塔 ⑥T2頂回流 ⑦T2頂丁烯去C4裂解 ⑧T2底物料返塔 ⑨T2底貧溶劑去空冷

經(jīng)過空氣冷卻器(簡稱空冷)冷卻后的溶劑再次進(jìn)入T1進(jìn)行循環(huán),當(dāng)溶劑質(zhì)量下降時(shí)可以通過新鮮溶劑向T2底補(bǔ)充溶劑,以維持全塔平衡和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2 萃取精餾塔發(fā)泡影響和原因分析

2.1 萃取精餾塔發(fā)泡影響

當(dāng)萃取精餾塔發(fā)泡時(shí),塔底液位波動(dòng),溫度和壓力難以維持平穩(wěn)的狀態(tài),影響塔設(shè)備的傳質(zhì)傳熱,進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)泡嚴(yán)重時(shí),影響萃取精餾塔的處理能力,塔底液相發(fā)泡,氣相速度過快,造成沖塔,甚至使塔底液泵抽空;若處理不及時(shí),可引起整個(gè)萃取精餾系統(tǒng)停工,溶劑跑損,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 萃取精餾塔發(fā)泡原因分析

萃取精餾裝置設(shè)計(jì)上處理的混合碳四能力為12萬t/a,當(dāng)負(fù)荷超過設(shè)計(jì)能力時(shí),其操作彈性較小,操作稍微不當(dāng)就會(huì)使萃取精餾塔產(chǎn)生發(fā)泡現(xiàn)象。多數(shù)精餾裝置都會(huì)有發(fā)泡現(xiàn)象,這是由于塔盤上氣液兩相逆流接觸,上升的氣相存在一個(gè)持續(xù)的力給到塔盤上的液相,給液體表面造成空穴就會(huì)有氣泡產(chǎn)生。如果氣泡和液相之間的傳質(zhì),使液相表面張力增加,氣泡就會(huì)變得更結(jié)實(shí)。

造成萃取精餾塔發(fā)泡的原因有很多,經(jīng)過長期實(shí)際操作積累可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面：①進(jìn)料溫度高、輕組分含量高,當(dāng)塔底溫度較高時(shí),輕組分就會(huì)過量氣化,從而增加了發(fā)泡的可能。②進(jìn)料量突然增大,塔底溫度升高過快,使上升的氣相與液相流動(dòng)速度增加,促進(jìn)了氣泡的形成。③溶劑質(zhì)量變差,溶劑中極性物質(zhì)C4、C5及以上組分增多,在一定的操作條件下也易產(chǎn)生氣泡。

3 應(yīng)對(duì)發(fā)泡現(xiàn)象改進(jìn)措施

3.1 控制原料組分

經(jīng)過長期的原料組成數(shù)據(jù)監(jiān)測,萃取裝置的混合碳四進(jìn)料中的輕組分即C3以及以下組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜超過0.35%,對(duì)進(jìn)料中輕組分含量與萃取精餾塔頂壓力以及塔底液位的變化趨勢見表1。

表1 輕組分含量與萃取精餾塔頂壓力以及塔底液位的變化趨勢圖

從表1可知,當(dāng)進(jìn)料中輕組分較低時(shí),塔頂壓力穩(wěn)定在0.55 MPa,當(dāng)輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.35%時(shí),塔頂壓力呈鋸齒狀波動(dòng);同時(shí)塔底液位也波動(dòng)較大,如果長時(shí)間維持這種狀態(tài),給操作帶來極大的干擾,并且當(dāng)無法冷凝的輕組分長期聚集在塔頂時(shí),可能導(dǎo)致回流罐無法進(jìn)料,嚴(yán)重時(shí)影響異丁烷產(chǎn)品質(zhì)量。車間于6月中旬完全打通萃取精餾塔回流罐V-2202去產(chǎn)品分離罐V-2103補(bǔ)壓閥,將輕組分從回流罐釋放到壓縮機(jī)系統(tǒng),既解決了波動(dòng)問題,又使物料充分利用。

3.2 控制操作參數(shù)

萃取精餾塔的進(jìn)料溫度應(yīng)該保持恒定,由于混合C4進(jìn)入萃取精餾塔之前先與E-2201貧溶劑進(jìn)行換熱,循環(huán)的貧溶劑流量與溫度也會(huì)影響進(jìn)料溫度,因此在條件允許的情況下降低溶劑循環(huán)量和溶劑溫度,達(dá)到降低混合碳四進(jìn)料溫度的同時(shí)增加溶劑的選擇性,從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量[4]。新補(bǔ)充的溶劑從汽提塔底進(jìn)入,可以有效降低循環(huán)溶劑的溫度,達(dá)到降低塔溫的目的。

塔頂壓力也是影響萃取精餾塔發(fā)泡的重要因素之一,與閃蒸原理相同的是,當(dāng)系統(tǒng)壓力降低,溶解在溶劑中的C5及以上組分等極性物質(zhì)易蒸出,由于這些物質(zhì)的表面張力低,飽和蒸氣壓高,增加了發(fā)泡的可能性。因此,在保證萃取精餾塔底溫度不使溶劑分解的前提下,盡可能提高E-2205的蒸汽用量,但是這種方法會(huì)增加操作費(fèi)用,通常情況下不予首選。

3.3 控制溶劑質(zhì)量

溶劑質(zhì)量的好壞是決定萃取精餾塔是否易發(fā)泡的決定性因素,開工初期,碳四分離的溶劑是由N-甲酰嗎啉與甲乙酮的混合物組成,其中N-甲酰嗎啉含量為50%～55%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))?；旌先軇┡c碳四進(jìn)料的比值(溶劑比)為5.3(溶劑與碳四比值),裝填量各為100 t。隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的累計(jì),溶劑耗損增加,質(zhì)量變差,最主要表現(xiàn)在貧溶劑中C5及以上組分等組成的增加。貧溶劑中C5及以上組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溶劑循環(huán)量、汽提塔頂產(chǎn)品烯烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如表2所示。

表2 C5及以上組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溶劑循環(huán)量、汽提塔頂產(chǎn)品烯烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系圖

從表2可以看到,隨著溶劑中C5及以上組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,要想保證異丁烷產(chǎn)品質(zhì)量≥95%,就需要相應(yīng)地增加溶劑循環(huán)量。由于目前萃取精餾系統(tǒng)已經(jīng)高負(fù)荷運(yùn)行,一味地提高溶劑循環(huán)量,不僅不會(huì)提高產(chǎn)品質(zhì)量,反而可能造成系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行,時(shí)間越久積累的C5等雜質(zhì)隨著溶劑聚集在塔中、塔底的量越多,極易發(fā)泡,增加了裝置的操作苛刻度。為了解決這種問題,對(duì)汽提塔進(jìn)行貧溶劑側(cè)線采出,再相應(yīng)地補(bǔ)充新鮮溶劑。從之后的操作參數(shù)來看,補(bǔ)充溶劑之后,產(chǎn)品質(zhì)量有所提高,操作苛刻度明顯降低。

4 結(jié)束語

萃取精餾裝置由于萃取精餾塔發(fā)泡嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行,造成生產(chǎn)波動(dòng),增加了生產(chǎn)成本,但是這種現(xiàn)象可以通過生產(chǎn)上的操作來改善。改善這種情況主要通過控制進(jìn)料組成、操作參數(shù)、溶劑質(zhì)量三方面。①嚴(yán)格控制進(jìn)料中輕組分以及C5及以上組分含量,同時(shí)也要盡可能降低進(jìn)料溫度,減少發(fā)泡可能性。②控制好萃取精餾塔底蒸汽用量、溶劑循環(huán)量?？刂坪幂腿【s塔底液位,及時(shí)補(bǔ)充新鮮溶劑與消泡劑。③注意萃取精餾塔與汽提塔的溫度與塔頂壓力,及時(shí)打開補(bǔ)壓閥,放出不凝氣。