關于如何減少液化燃料中水含量的分析

楊飛

摘 要：本文以某化工廠為例，通過對該廠液化燃料的生產環節、儲存環節、銷售環節進行分析，得出液化燃料含水最根本的原因，并對各環節中如何減少水的含量進行分析，對現有生產工藝提出改進，以期最大限度的減少液化燃料中水分的含量。

關鍵詞：液化燃料;水;脫水

隨著石油化工業的發展，液化石油氣作為一種化工基本原料和新型燃料，已愈來愈受到人們的重視。在化工生產方面，液化石油氣經過分離可得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等初級工業用品，用以生產合成塑料、合成橡膠、合成纖維及生產醫藥、炸藥、染料等產品。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個碳原子的飽和烴和不飽和烴，無色，有異味，液態時密度為0.5～0.6t/m3，并且其燃燒熱值高、無煙塵、無炭渣，灌裝、操作使用方便，已廣泛地進入人們的生活領域。

液化燃料由于生產工藝的不同，其組成成分也不盡相同。對于一般煉油廠而言，液化燃料是進行原油催化裂解與熱裂解時所得到的副產品。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個碳原子以上烴類5%～12%。而對于化工行業（某乙烯廠為例），其液化燃料產品是生產丁二烯裝置在水洗工藝中的的副產物，主要成分有：乙烯基乙炔、丁烯-1、順丁烯-2、異丁烯等。通過主要成分的分析可以看出，煉油廠產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行進一步的深加工，產出更多的附加值產品，以使液化燃料達到充分利用。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，根據物質“相似相溶”的普適性原理可知：當以液化燃料為溶劑時，水可以以溶質的形式溶解其中;反之以水為溶劑時，液化燃料也可溶解其中。儲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，不僅會影響其使用的安全以及燃燒的特性，水還會加速酸性物質對設備、閥門、管線的腐蝕。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論述的內容：

1 生產環節

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行水洗，水洗去除乙腈的烴類混合物進入臥式儲罐（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生液化燃料可以得出，水的來源方式有三種：原料中自帶的水、后期化學反應過程產生的水、工藝處理額外加入的水。）該臥式儲罐設置有貯水漏斗，實時將游離水分離脫除，而后輸送至下游儲罐區儲存，這一工藝設置并沒有問題，但由于物料緩沖沉降時間不夠，物料中的溶解水不能完全析出，這部分水便伴隨物料通過管道送往產品罐區儲存待后期處理。對該工藝技術可以考慮改進，以減小下游的處理壓力和提高產品的合格率。

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置一個容積較大的液化燃料緩沖罐，容量以至少可緩存3h產量的產品為準（該物料緩存2h即可充分析出溶解水），并以連續輸送的方式改為間斷輸送（此法同于后文儲存環節，下文講詳細介紹）。另外，可以增加緩沖罐，而后進行脫水或采用凝聚器脫水法：攜帶水的液化燃料，進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始沉降，隨著流體通過特殊材料構成的凝聚元件，小水滴在其表面逐漸凝集成大水滴[1]。液體產品和水滴進入到凝聚器元件下游沉降段時，由于密度差，水便沉積在貯水斗中。貯水斗視情況可以連續或間斷排放。凝聚脫水可脫除液化氣中99.5%～100%的游離水。同理，若煉油廠產生液化燃料裝置也存在連續外送、緩沖罐容積小的情況，便可借鑒上述方法改進。

2 儲存環節

該煉油廠下游的罐區設置專用的液化燃料儲罐，工作壓力0.28～0.52MPa，工作溫度為常溫。由于水的密度較大，會聚積到球罐底部。水在0℃以下會結冰，凍結在儲罐底部，因此儲存液化燃料的儲罐均采用帶蒸汽伴熱的脫水包及儲罐與脫水包間管線設置保溫的方式以保證不被凍結。液化燃料在儲存期間是除去游離水的最佳時機。液化燃料經過裝置內機泵加壓以及管輸過程中的擾動，液化燃料中的大部分溶解水會游離析出，在進入儲罐儲存的過程中游離水會逐漸進入與儲罐相連的脫水包，經過2h以上的沉降，溶解水可充分析出。脫水包設有磁翻板液位計，可以實時監測儲罐的含水量，以便操作人員在物料外送出廠之前及時排出脫水包中的水。在脫水包中：水為溶劑，液化燃料為溶質，因而脫出的水中含有部分溶解的液化燃料。這些烴類物質會直接影響污水的COD指標，導致污水外排指標不合格，并且液化燃料脫水時由高壓（0.4MPa）變為常壓，有大量烴類物質擴散，體積迅速擴大，最大可達到正常體積的250倍，在污水流道里產生類似“爆破”的現象：嚴重時可將流道上的水泥壓蓋彈起，影響操作人員安全。

3 如何減少球罐儲存過程中水的含量

3.1 多次脫水

每次脫水時無需將脫水包內的水全部脫盡。脫除脫水包內明水至工藝規定低液位值后，再打開與儲罐的連接閥，通過儲罐底部的擾動，破壞儲罐中以及脫水包中現有的溶解平衡，使儲罐中的水進一步析出進入脫水包，待新的溶解平衡建立后關閉連接閥再次進行脫水作業，直至明水脫除干凈為止。

3.2 提高脫水包的操作溫度

氣態物質在水中的溶解是一種傳質過程，溶解直至氣液相中氣體物質濃度達到動態平衡，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;H是溫度的反函數，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 降低儲罐的操作溫度

采用水在純烴和烴混合物中溶解度計算公式，計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-烴的碳氫比;T-溫度，K。

根據計算45℃時，液相混合烴中含水量為268mmg/kg[3]，而10℃時，水含量約為15～40mmg/kg。

4 液化氣站

化工廠球罐儲存的液化燃料絕大多數情況是通過汽車運輸的方式被送往液化氣站，也有部分工廠下屬的液化氣站存在管輸的情況。液化燃料在工廠出廠環節和液化氣站接收環節都會經過嚴格的采樣分析，確保其各種成分的含量指標在合格的指標范圍內。液化氣站的工作壓力遠低于工廠的儲存壓力，微量的水一旦析出形成聚集，在液化氣站的儲存環節就難以再度溶解，最終會導致積少成多，造成產品質量不合格，對下游用戶造成影響，對此，液化氣站經過一段時間的運行后，需要定期清除緩沖罐內產生的積水。

5 結束語

通過對液化燃料在生產、儲存、銷售環節中可采取的各種降低水含量措施的探討，結合現有生產裝置在液化燃料脫水工藝方面存在的問題提出意見與建議，對制取質量要求更高的民用液化氣有一定的參考意義。

參考文獻：

[1]王崇謙.凝聚脫水分離器[J].石油化工設備技術，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算方法研究[J].應用能源技術，2016（9）：1.

[3]汪洋.液化氣脫水方法研究進展[J].干燥技術與設備，2009，7（5）：230.