磺酸鹽裝置長周期運行優化措施

楊家河，林 豐，白 宇

（中國石油大慶煉化公司，黑龍江大慶 163411）

0 引言

石油磺酸鹽作為一種陰離子表面活性劑，因其表面活性高，驅油能力強，廣泛用于三次采油過程。大慶煉化公司磺酸鹽裝置采用降膜式多管磺化器，其兼具成膜薄且均勻、傳質傳熱效率高等優點，但仍存在體系黏度變化大、磺化反應速率不易控制等局限性。因此帶來腐蝕及結焦等問題，需要每5 d 進行一次磺化器清洗，每28 d 進行一次裝置工藝處置，對結焦的管線及設備進行疏通清理，以保證裝置正常運行。周期性的停工帶來的是人力、物力的大量消耗和運行參數的頻繁調整。為解決上述問題對長周期運行的制約，進行技術攻關。

1 制約長周期運行的問題分析

影響磺酸鹽裝置長周期運行的主要問題是磺化器管束結焦、氣液分離器和沉降分離器尾氣管路結焦，以及磺化中和區域管線設備腐蝕問題導致的波動。除此之外，還有轉化塔催化劑失活、酸吸收和堿洗塔填料腐蝕和結晶等問題。

1.1 結焦

膜式磺化器反應過程中，會產生焦化物附著于管壁，隨著流程深入，焦化物不斷沉積于氣液分離器和尾氣管線中。經長期實踐觀察，主要有兩個原因：

（1）反應特性限制。在磺化反應過程中，氣相、液相介質劑量精度要求高。反應器內工況特殊，隨著反應進行，反應管中液相黏度增大，內層傳質受限，反應不斷放熱，出現過磺化等情況。隨著過磺化情況的加劇，結焦物不斷堆積，干擾氣相、液相介質的劑量精度，導致反應強度不斷加劇，結焦情況愈發嚴重。在距管頭1000 mm 位置反應即開始形成焦狀物，隨著焦體不斷積累，最終堵塞管束（圖1）。

圖1 磺化器反應管頭部結焦

（2）反應產物堆積：①沉降分離器及尾氣管線中流經的酸霧附著在濾網和管壁的焦狀物上，由于SO3的脫水作用不斷碳化，加重氣相通路的結焦；②氣液分離器中摻雜于液相介質中的焦狀物由于流動性較差，在氣液分離器出料口附近形成死角，易積聚成塊狀物，堆積結焦，堵塞出料口，嚴重影響產品質量和裝置運行周期。

1.2 腐蝕

磺酸鹽裝置采用強堿性的NaOH 為中和劑[1]，中和產生的熱量較高。經中和冷卻器冷卻后的磺酸鹽進入產品輸料泵繼續輸送，10%輸送到產品儲罐，90%回流至氣液分離器。磺酸鹽介質經過中和冷卻器前溫度為105 ℃，冷卻后溫度為90 ℃，正常值為80 ℃。可見循環回流至氣液分離器的磺酸鹽溫度較高，導致水分過多蒸發進入系統。同時膜式磺化工藝氣相SO3利用率有限，過量的SO3遇水導致磺化中和系統及酸吸收系統中生成過量廢酸，廢稀酸嚴重腐蝕設備及管線，造成中和管線泄漏、磺酸出料泵抽空等問題，給平穩生產帶來較大影響。

2 改進措施及效果

2.1 減少系統中的結焦堆積

目前，裝置磺化系統的運行方式為一用一備，切換周期為5 d。裝置實行專崗負責監督反應器壓盤、分布頭等清洗工作，定期對反應器分布頭及墊片進行檢查，出現偏差及時調整，發現設備零件腐蝕、磨損及時加工或更換，維持設備最佳狀態，保證磺化效果[2]。另外，可以從工藝和設備兩個方面尋求辦法控制結焦堆積。

（1）控制工藝條件。由于過磺化產物是結焦物的主要成分，所以，在工藝操作方面，嚴格控制氣相濃度及進油量，可通過控制反應強度減少過磺化情況的發生，從而減少結焦。

（2）增加設備干預。氣液分離器中的酸渣由于存在死區，磺酸較長時間不流動結的塊狀物，減少磺酸的沉積可以降低酸渣的產生[3]。經長期觀察發現，氣液分離器中有物料液位的位置不易結焦，說明液流流動可降低結焦堆積。如圖2 和圖3 所示，裝置采用雙回流方式并在分離器底部加裝攪拌設備，利用液相介質回流和機械攪拌作用對氣液分離器底部進行擾動，避免氣液分離器酸渣淤積堵塞出料口。

圖2 氣液分離器設置雙回流線

圖3 氣液分離器增設攪拌器

（3）提高處置頻次。沉降分離器作為酸霧過濾設備，因其濾網結構致密，結焦速率較快。裝置在沉降分離器上增設吹掃線，通過合理規劃，在磺化器切換周期內及時吹掃處置，并對沉降分離器過濾網進行同步更換，減少由于結焦物堵塞過濾網而引起壓降增加。另外，技術人員還對尾氣管線通過改造，增設清焦窗口，便于檢查結焦情況，及時清理管線淤堵。以上措施成效顯著，避免原本每月一次的停工，裝置運行周期明顯增長。

2.2 降低管線廢酸腐蝕問題

根據經驗分析，導致磺化中和區域管線設備腐蝕的稀酸中的水分是由于中和后的過熱蒸發帶來的，為減少系統中的多余水分，需要嚴格控制中和后的熱量，直接的手段就是加強中和冷卻器對反應熱的吸收。

中和冷卻器作用是冷卻中和反應后的磺酸鹽，屬于固定管板式換熱器，管程介質為磺酸鹽，殼程介質為循環水。根據換熱器傳熱基本方程式[4]：

可知，要達到傳熱強化的目的有3 種方法：①提高傳熱系數K；②擴大換熱面積A；③增加平均傳熱溫差ΔTm。根據裝置實際情況，可以通過增大單位體積內的傳熱面積，實現傳熱強化。針對固定管板式換熱器，采用小直徑換熱管和擴展表面換熱面均可增大傳熱面積。所以，裝置將原換熱器規格：Φ750×6489 mm，換熱面積A=86 m2，換熱管規格為Φ38×2.5 mm（316 L）改造為規格：Φ750×6489 mm，換熱面積A=143 m2，換熱管規格為Φ19×2 mm（316 L）的新型換熱器，增加換熱面積57 m2，改造成新型換熱器后磺酸鹽冷卻后溫度達到80 ℃，滿足使用要求。原換熱器和新型換熱器如圖4 所示。

圖4 換熱器

更換中和冷卻器前，冷卻水溫度控制在45 ℃，冷卻效果才能達到92 ℃，且回流到氣液分離器的介質溫度高達97 ℃，泵內存在蒸汽，極易造成出料泵抽空，導致出料不暢，嚴重干擾生產，形成惡性循環。更換中和冷卻器后，冷卻水溫度控制在68 ℃，冷卻效果即能達到83 ℃，且回流到氣液分離器的介質溫度控制在87 ℃左右，循環水損失少且磺酸出料泵出料無干擾，生產平穩。將易腐蝕的磺化中和管段更換為襯氟管段[5]，內襯的聚四氟乙烯的防腐效果極佳，且相較金屬內壁，更不易附著結焦物，便于清理的同時降低腐蝕滲漏情況的發生。

2.3 優化管理

通過精細操作控制，在保證產品質量的前提下逐漸降低硫磺單耗，降低過量SO3含量和系統氣液夾帶，同時優化黑酸循環調整，減少廢酸和尾氣結焦物量；提升設備管控，通過對酸吸收和堿洗塔填料進行換型，提高酸吸收和堿洗效果，同時減少填料腐蝕和結晶等問題。

3 結束語

通過以上優化措施，磺化中和區域腐蝕、結焦問題明顯減少，廢酸產量較去年降低31%，因腐蝕抽空和結焦堵料導致的機泵問題數量顯著下降，裝置整體電單耗同比下降9%，磺酸鹽裝置運行周期從最初的28 d 延長至113 d，同時保證SO3轉化率和磺化效果，運行至今效果良好。長周期運行優化措施的順利落實，不僅提高產量，還降低生產物耗和施工材料費用，為裝置帶來較為可觀的經濟效益。