脫氫尾氣增壓機(jī)對乙苯脫氫單元的影響

胡 剛

(海南實(shí)華嘉盛化工有限公司 ，海南 洋浦 578001)

脫氫尾氣增壓機(jī)對乙苯脫氫單元的影響

胡 剛

(海南實(shí)華嘉盛化工有限公司 ，海南 洋浦 578001)

介紹了增設(shè)脫氫尾氣增壓機(jī)前后乙苯脫氫單元裝置工藝流程的變化，簡述了苯乙烯裝置脫氫尾氣增壓機(jī)對苯乙烯脫氫單元的影響，對增設(shè)脫氫尾氣增壓機(jī)前后乙苯脫氫單元系統(tǒng)壓力、尾氣壓縮機(jī)出口壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析對比，提出了增設(shè)尾氣增壓機(jī)入口分液罐、更換脫氫尾氣增壓機(jī)機(jī)封、脫氫系統(tǒng)增加深冷器以及增壓機(jī)入口增設(shè)聯(lián)鎖閥等改造建議。同時(shí)分析了尾氣增壓機(jī)對乙苯脫氫系統(tǒng)能耗的影響，單位產(chǎn)品綜合能耗可增加3.99kg標(biāo)油/t苯乙烯，進(jìn)一步說明了改造的必要性。

乙苯脫氫； 尾氣壓縮機(jī)； 尾氣增壓機(jī)； 改造措施； 能耗

海南實(shí)華嘉盛化工有限公司8萬噸/年乙苯/苯乙烯裝置采用第三代干氣法制乙苯技術(shù)與乙苯負(fù)壓絕熱脫氫技術(shù)。乙苯脫氫裝置每小時(shí)產(chǎn)生約600kg/h的高含氫尾氣(氫氣體積分?jǐn)?shù)87%-88%)，全部供給脫氫單元蒸汽過熱爐作為燃料，不足部分由乙苯單元干氣提供。為了有效利用氫資源，海南煉化新建了VPSA裝置將煉廠干氣、乙苯裝置烴化尾氣以及脫氫尾氣中的氫氣進(jìn)行提純，回收利用。由于脫氫尾氣壓力低，需用尾氣增壓機(jī)將脫氫尾氣增壓至0.6MPa后才能并入VPSA進(jìn)料總管。增設(shè)尾氣增壓機(jī)回收了尾氣中高附加值的氫氣，達(dá)到了全廠氫氣平衡的目的，但另一方面也給苯乙烯裝置乙苯脫氫單元帶來了各方面的問題。本文將重點(diǎn)介紹增設(shè)尾氣增壓機(jī)給脫氫單元所帶來的影響以及改造建議。

1 乙苯脫氫系統(tǒng)流程變化簡介

乙苯脫氫后產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過后卻器(E306)冷卻后進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)(K301)被加壓到160kPaA，再經(jīng)過分液、冷卻后，進(jìn)入尾氣吸收塔，將尾氣中攜帶的乙苯、苯乙烯等重組分吸收下來，吸收后的尾氣進(jìn)入蒸汽過熱爐作為燃料氣。裝置增設(shè)尾氣增壓機(jī)是在原有流程基礎(chǔ)上，將吸收后的脫氫尾氣引至尾氣增壓機(jī)(K101)入口，經(jīng)過增壓后送至VPSA裝置，原有的燃料氣流程保留，以防K101故障，導(dǎo)致脫氫尾氣壓縮機(jī)出口憋壓。

①尾氣壓縮機(jī)(K301)②尾氣壓縮機(jī)分液罐(D309)③尾氣后冷器(E310)④尾氣壓縮機(jī)排出罐(D310)⑤脫氫尾氣吸收塔(C302)⑥燃料氣分液罐(D311)⑦尾氣增壓機(jī)(K101)⑧油水分離罐(D305)

圖1 改造后脫氫尾氣流程示意圖

如圖1所示，虛線框內(nèi)即為新增設(shè)尾氣增壓機(jī)的流程，脫氫尾氣正常情況下不再進(jìn)入蒸汽加熱爐燃料氣系統(tǒng)作為燃料，而是通過尾氣增壓機(jī)增壓送到VPSA，作為制氫的原料。只有在尾氣增壓機(jī)停機(jī)的情況下，脫氫尾氣才進(jìn)入蒸汽加熱爐作為燃料。尾氣增壓機(jī)自帶分液罐以及機(jī)體排凝均排至油水分離罐D(zhuǎn)305，出入口管線的凝液均排至苯乙烯地下排污罐D(zhuǎn)602。

2 尾氣增壓機(jī)對脫氫單元的影響

2.1 尾氣壓縮機(jī)出、入口壓力升高，影響乙苯脫氫的轉(zhuǎn)化率

圖2 尾氣壓縮機(jī)入口壓力對比圖

圖3 尾氣壓縮機(jī)出口壓力對比圖

通過圖2和圖3可以看出，在脫氫系統(tǒng)負(fù)荷不變的情況下，增設(shè)尾氣增壓機(jī)后尾氣壓縮機(jī)入口壓力平均上升了2～3 kPa，出口壓力上升幅度比入口更為明顯，最高壓力差甚至能達(dá)到15 kPa，對尾氣壓縮機(jī)的正常運(yùn)行造成了不利影響。由于乙苯脫氫反應(yīng)為增分子反應(yīng)，尾氣壓縮機(jī)的入口壓力和出口壓力升高，脫氫系統(tǒng)的反應(yīng)壓力必然隨之升高，脫氫系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率就會相應(yīng)下降。

2.2 尾氣壓縮機(jī)出口溫度升高

如圖4所示，增設(shè)尾氣增壓機(jī)之后尾氣壓縮機(jī)出口溫度有明顯上升。由于尾氣壓縮機(jī)出口溫度上升，壓縮機(jī)入口噴淋水的用量也會增加，最高時(shí)能達(dá)到4200kg/h[2]，裝置的能耗增加。同時(shí)，尾氣壓縮機(jī)出口溫度升高會導(dǎo)致尾氣中的苯乙烯聚合，造成管路的堵塞，不利于壓縮機(jī)的運(yùn)行，聚合物集聚由水帶入到油水分離罐后甚至?xí)绊懨摎湟汗薜木酆衔锖?，從而影響苯乙烯精餾單元的操作。

圖4 尾氣壓縮機(jī)出口溫度對比圖

2.3 脫氫尾氣增壓機(jī)檢修后入口壓力升高，能耗增加

裝置于2015年1月對脫氫尾氣增壓機(jī)進(jìn)行了停機(jī)檢修，對比檢修前后脫氫尾氣增壓機(jī)入口壓力發(fā)現(xiàn)有明顯上升，如圖5所示。

圖5 檢修前后K101入口壓力對比圖

由圖5可以看出，脫氫尾氣增壓機(jī)入口壓力有10～15 kPa的上升，為避免脫氫尾氣壓縮機(jī)入口隨之上升，保證脫氫系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率，提高了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，脫氫尾氣壓縮機(jī)蒸汽用量增加，為了控制尾氣壓縮機(jī)出口溫度，噴淋水用量也將隨之增加，裝置的能耗增加。蒸汽用量變化如圖6所示。

圖6 K101檢修前后K301蒸汽用量對比圖

2.4 脫氫系統(tǒng)聚合物升高

裝置增設(shè)尾氣增壓機(jī)后，脫氫尾氣壓縮機(jī)出口溫度、壓力都有不同程度的上升，導(dǎo)致尾氣壓縮機(jī)分液罐聚合物上升，D309至D305管線過濾器時(shí)常堵塞，E310管線堵塞。脫氫尾氣增壓機(jī)出入口不同程度帶液，出入口管線排液至苯乙烯地下污油罐，最終排入脫氫液罐回收。由圖1可知脫氫尾氣增壓機(jī)機(jī)體排凝以及分液罐排凝排至油水分離罐最終也送至脫氫液罐當(dāng)中。對脫氫尾氣增壓機(jī)分液罐內(nèi)凝液進(jìn)行聚合物分析，聚合物為287×10-6，遠(yuǎn)大于油水分離器中油相聚合物數(shù)值，因此脫氫液罐聚合物比增設(shè)尾氣增壓機(jī)之前升高。這將會影響苯乙烯精餾單元操作，增加阻聚劑的用量，增加苯乙烯裝置的運(yùn)行成本。

2.5 尾氣增壓機(jī)跳停易引起尾氣壓縮機(jī)聯(lián)鎖停車

2015年5月13日，尾氣增壓機(jī)K101循環(huán)閥故障跳停，造成尾氣壓縮機(jī)K301出口憋壓，達(dá)到200kPaA，聯(lián)鎖停機(jī)，給苯乙烯裝置的安全生產(chǎn)帶來極大隱患。

3 原因分析及改進(jìn)建議

3.1 尾氣增壓機(jī)出入口存在U型管

在增設(shè)尾氣增壓機(jī)時(shí)因考慮到現(xiàn)場人員操作方便，尾氣增壓機(jī)出入口各有2個(gè)U型彎，U型彎積液對氣體輸送非常不利，使得尾氣增壓機(jī)出入口阻力較大,且入口沒有分液罐，在正常操作條件下，U型彎處脫液頻繁，建議入口增設(shè)分液罐及管線改造消除U型彎。

3.2 尾氣增壓機(jī)檢修后轉(zhuǎn)子間隙大，效率降低

在對尾氣增壓機(jī)進(jìn)行檢修后，尾氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子間隙增大，有效功率降低，造成尾氣增壓機(jī)入口壓力上升，增加了尾氣壓縮機(jī)負(fù)荷，對脫氫系統(tǒng)產(chǎn)率以及物耗能耗造成不利影響。建議尾氣增壓機(jī)更換不同型號的機(jī)封，減小轉(zhuǎn)子間隙，以達(dá)到工藝使用要求。

3.3 增設(shè)乙苯脫氫系統(tǒng)深冷器

尾氣壓縮機(jī)入口壓力增加，會導(dǎo)致空冷器出口溫度上升，脫氫尾氣中攜帶苯乙烯等重組分的可能性增大，容易造成壓縮機(jī)等后系統(tǒng)內(nèi)聚合堵塞，帶來聯(lián)鎖停車風(fēng)險(xiǎn)。因此，建議在脫氫系統(tǒng)后冷器后增設(shè)深冷器，降低脫氫尾氣中苯乙烯等重組分含量，減少尾氣流量，降低尾氣壓縮機(jī)負(fù)荷，以達(dá)到降低脫氫尾氣壓縮機(jī)能耗的目的。

3.4 增加尾氣增壓機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

建議在尾氣增壓機(jī)入口增加聯(lián)鎖閥門，在增壓機(jī)K101緊急停機(jī)時(shí)，迅速打開聯(lián)鎖閥，將尾氣壓縮機(jī)K301出口尾氣排放至火炬系統(tǒng)，以避免K101跳停影響乙苯脫氫系統(tǒng)的正常操作。

4 能耗分析

如表1所示，通過對增設(shè)尾氣增壓機(jī)前后乙苯脫氫單元蒸汽以及脫鹽水用量對比分析，可以看出在增設(shè)尾氣增壓機(jī)后，乙苯脫氫單元蒸汽用量增加0.4t/h，脫鹽水用量增加1.2t/h，根據(jù)蒸汽和脫鹽水的折標(biāo)系數(shù)以9.5t/h苯乙烯產(chǎn)量來計(jì)算，可以得出單位產(chǎn)品綜合能耗增加了3.99 kg標(biāo)油/t苯乙烯。

表1 增設(shè)尾氣增壓機(jī)前后蒸汽、脫鹽水用量對比

5 結(jié)論

裝置增加尾氣增壓機(jī)可為下游裝置增加氫氣約2000Nm3/h，提高了脫氫尾氣的附加值，更有助于海南煉化的氫氣平衡。但是尾氣增壓機(jī)為乙苯脫氫系統(tǒng)帶來了諸多不利因素，不僅使得脫氫液中聚合物增加，增加了阻聚劑的消耗量，提高了苯乙烯的生產(chǎn)成本，而且使裝置能耗上升，增大了節(jié)能壓力。更為關(guān)鍵的是，尾氣增壓機(jī)給脫氫系統(tǒng)帶來的聯(lián)鎖停車風(fēng)險(xiǎn)，將直接影響裝置的安全生產(chǎn)。因此，必須采取有效措施，消除尾氣增壓機(jī)帶來的不利因素，保障裝置的正常運(yùn)行。

[1] 敬德斌. 脫氫尾氣增壓機(jī)能耗與效益分析[J].山東化工，2014, 43(5):119-121.

[2] 王春曉. 脫氫尾氣壓縮機(jī)存在的問題分析及改造[J]. 廣州化工, 2013, 41(3):112-113.

(本文文獻(xiàn)格式：胡 剛.脫氫尾氣增壓機(jī)對乙苯脫氫單元的影響[J].山東化工，2016，45(08)：73-74，78.)

2016-03-08

胡 剛(1982—)，湖南岳陽人，從事苯乙烯裝置技術(shù)操作及管理。

TQ241.1

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1008-021X(2016)08-0073-02