負壓技術在脫苯中的應用

*張紀民 馮海軍 郭熊熊 張 方

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 引言

隨著社會的發展以及國家節能減排政策的發展和不斷強化，節能減排已成為所有企業共同關注的焦點。焦化作為高耗能高污染行業之一，一直致力于打造環境友好型、生產節約型的綠色焦化，節能減排歷來也是工作重中之重。如何減少蒸餾脫苯的能源消耗，提高輕苯的回收效率，降低輕苯分離水的排放，是目前各焦化廠積極探討并付諸實施的熱點。

1 概況

安鋼焦化廠現有蒸餾脫苯裝置兩套，煤氣處理能力分別為70000 Nm3/h 和55000 Nm3/h，均為常壓脫苯工藝。針對常壓蒸餾脫苯工藝在生產過程中蒸汽消耗量大，產生的粗苯分離廢水多，貧油含苯量高，回流比大，操作負荷高，能量損失大的問題，在3#焦爐改擴建工程配套的煤氣凈化系統蒸餾脫苯裝置采用了負壓脫苯工藝。該工藝由鞍山焦耐院設計，設計處理煤氣能力為120000 Nm3/h，于2012年10 份建成投產。自投產以后，經過3 個月對系統進行生產調試和系統標定，逐步完善工藝指標和流程，于2013年2 月份實現達產穩產，在節約蒸汽，減少分離水外排降低操作負荷上，逐步達到設計指標。

2 負壓脫苯的原理及工藝流程

2.1 負壓脫苯技術的原理

負壓脫苯技術是利用降低液面壓力實現降低液體沸點的原理，將常壓介質在減壓塔內進行分餾，降低其蒸餾沸點。負壓脫苯采用真空裝置在塔頂抽出不凝氣，降低塔內整個液面壓力，使其達到負壓狀態，從而降低供應熱量，同時使分離效果明顯增加。負壓脫苯技術的核心一是降低塔內氣壓，降低苯沸點，節省用于蒸餾的熱量;二是改變常壓脫苯工藝采用大量蒸汽作為蒸餾熱源而產生大量分離水的弊端。

2.2 負壓脫苯的工藝流程

來自終冷洗苯工段的含苯富油依次與脫苯塔底排出的熱貧油在一段、二段貧富油換熱器換熱后進入管式爐，經管式爐加熱至190℃后進入負壓脫苯塔脫苯。脫苯塔底貧油共分為兩部分。①熱貧油經熱貧油泵抽出送至一段、二段貧富油換熱器換熱，再經一段、二段貧油冷卻器冷卻后進入終冷洗苯工段。②從脫苯塔底經脫苯塔底熱貧油泵引出1%～1.5%的熱貧油，送至再生塔進行再生。再生塔熱源由管式爐后過熱蒸汽提供，再生后的高溫渣油通過再生器排渣閥排入殘渣槽，再由殘渣泵送往機械化澄清槽。

塔頂輕苯蒸汽經輕苯冷凝冷卻器冷凝冷卻后進入輕苯氣液分離槽，輕苯氣液分離槽下部連接油水分離器，經油水分離器分離出的輕苯后進入回流柱，在回流柱內一部分經回流泵打回脫苯塔頂回流，另一部分送到輕苯中間槽。輕苯中間槽中輕苯經輕苯產品泵外送。分離出的分離水進入地下水槽，經液下泵送至終冷塔上段循環液泵前管道，進入終冷塔。

脫苯塔內的負壓系統由真空泵提供。從輕苯氣液分離槽頂部引出管道與真空泵連接，由真空泵將氣液分離槽后的不凝氣體抽出送往終冷塔前煤氣管道。負壓脫苯的工藝流程如圖1 所示。

圖1 負壓脫苯工藝流程

3 實際應用

脫苯工藝當中，富油脫苯后的洗油含苯量、直接蒸汽消耗量以及洗油消耗量是衡量一套工藝優劣的重要指標。

3.1 貧油含苯量

貧油含苯量的高低，直接影響著貧油對苯的吸收效率。過高的貧油含苯量，會導致洗苯塔后煤氣含苯量高，使得本應該回收的苯原料白白流失。因此，蒸餾脫苯后，貧油的含苯量成為衡量一套工藝的重要指標之一。

根據亨利定律，在一定的溫度下，溶液中揮發性溶質的在氣相中的平衡分壓與其在溶液中的摩爾分數成正比，即:苯在脫苯塔內的分壓是由苯在洗油中摩爾分數決定的。對于脫苯塔而言，在一定的富油含苯(溶質在溶液中的摩爾分數)和富油預熱溫度(亨利系數)情況下，輕苯蒸汽在脫苯塔中的分壓是由脫苯塔塔頂壓力決定的，即脫苯塔塔頂壓力決定脫苯塔內貧油含苯量。

負壓脫苯工藝中，在氣液分離槽后設置了真空泵，用于為脫苯塔內提高負壓環境，將脫苯塔頂壓力降低到－60 kPa，從而能有效的降低脫苯塔內苯在脫苯塔內的分壓，進而降低貧油含苯量。

3.2 蒸汽消耗量

在蒸餾操作過程中，加入直接蒸汽有兩個目的，一是降低各組分的分壓。根據道爾頓定律，當塔內總壓一定時，氣相中水蒸汽所占的分壓愈高，則粗苯和洗油的蒸汽分壓愈低，即在相對較低的蒸餾溫度下，可將粗苯較完全的從洗油中蒸餾出來;二是為脫苯塔蒸餾過程提供熱源。富油是洗油和粗苯完全互溶的混合物，通常將其看作理想溶液，氣相平衡關系服從拉烏爾定律，因富油中苯族烴的各組成的摩爾分數很小(粗苯的質量分數在2%左右)在較低的溫度下很難將苯族烴的各種組分從液相中較充分的分離出來。用一般的蒸餾方法，從富油中把粗苯較充分的分離出來，且達到所需要的脫苯程度，需要將富油加熱到250℃～300℃，在這樣高的溫度下，粗苯的損失增加，洗油的相對分子質量增大，質量變壞，對粗苯吸收能力下降，這實際上是不可行的，為了降低富油的脫苯溫度采用水蒸汽蒸餾。

在負壓脫苯工藝中，由于采用外部能量，將脫苯塔塔頂壓力降到－60 kPa，在一定的富油預熱和過熱蒸汽溫度條件下，脫苯塔內總壓降低，使得各部分的分壓也隨著降低，同時由于脫苯塔的負壓，保證了脫苯塔在較低的溫度下運行，因此，脫苯塔直接蒸汽進氣量也會相應的降低。

3.3 洗油消耗量

在蒸餾脫苯過程中，為了保證洗油質量，將洗油循環量的1.5%進入再生器進行再生。在再生器中，洗油中的輕組分會被管式爐加熱到400℃的蒸汽吹出進入脫苯塔循環利用，而重組分則從再生器底部排出。

負壓脫苯工藝中，也保留常壓蒸餾時直接蒸汽再生的單元。由于再生器直接與脫苯塔相連，使得再生器內的壓力也是負壓。 在負壓脫苯工藝中，洗油在再生器內的再生溫度為150℃。在保證有效的洗油再生效果的條件下，減少高溫下洗油的聚合反應發生。

4 應用效果

負壓脫苯工藝的應用，在貧油含苯量、蒸汽消耗量和洗油消耗量上取得了明顯的效果。從負壓脫苯工藝投產以后，對貧油含苯量、蒸汽消耗量和洗油消耗量進行了連續十周統計，統計結果見表1。

由表1 可以看出，負壓技術在脫苯中的應用后，貧油含苯量、蒸汽消耗量和洗油消耗量平均為1.07%、1.05 t/t 苯和49.6 kg。

5 結語

負壓脫苯工藝在安鋼焦化廠經近一年的運行，該工藝在節約直接蒸汽量，降低貧油含苯量，減少分離水外排以及提高輕苯產量上有顯著地效果，但是還存在如真空泵后壓力偏大和再生器排渣操作復雜的問題，需要進一步完善。同時由于負壓脫苯工藝在設備上幾乎與常壓脫苯一致，所以在常壓脫苯工藝改負壓脫苯工藝方面，有著廣闊的應用前景。

表1 負壓脫苯工藝中貧油含苯量、蒸汽消耗量和洗油消耗量

［1］譚天恩，麥夲熙，丁慧華.化工原理.北京:化學工業出版社，2002:75－76.