苯乙烯裝置腐蝕分析及腐蝕監(jiān)測(cè)方案

師春楊,葉福相,李文博,謝志偉,席井帆,郭金彪

(1.浙江石油化工有限公司,浙江 舟山 316000;2.浙石化(自貿(mào)區(qū))綠色石化研究院有限公司,浙江 舟山 316000)

1 苯乙烯裝置概況

某石化公司1.2 Mt/a苯乙烯裝置采用美國Technip &Badger專利技術(shù)。乙苯單元以苯和乙烯為原料,采用ExxonMobil的EBMax液相烷基化技術(shù)生產(chǎn)乙苯。乙苯單元包括烷基化/烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)系統(tǒng)和乙苯精餾系統(tǒng)兩部分。苯乙烯單元主要包括脫氫反應(yīng)和苯乙烯精餾兩部分。苯乙烯單元為TOTAL/BAGER的絕熱脫氫技術(shù)。乙苯在脫氫反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)催化劑作用進(jìn)行脫氫反應(yīng),生成苯乙烯。在脫氫精餾系統(tǒng),對(duì)脫氫反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分離,得到苯乙烯單體,生產(chǎn)純度達(dá)99.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

2 腐蝕介質(zhì)及腐蝕部位確定

2.1 腐蝕介質(zhì)

苯乙烯裝置腐蝕介質(zhì)的來源有原料、生產(chǎn)過程中的反應(yīng)副產(chǎn)物及所需的助劑等。原料中的腐蝕性介質(zhì)主要包括乙烯原料和苯原料中帶有的微量硫化物、氯化物等;生產(chǎn)過程中的反應(yīng)副產(chǎn)物CO2以及所加助劑中存在的酸性物質(zhì)都會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生腐蝕[1]。

2.2 確定腐蝕部位

根據(jù)苯乙烯裝置的生產(chǎn)工藝、設(shè)備以及工藝操作參數(shù),結(jié)合此裝置中腐蝕性介質(zhì)的存在環(huán)境,同時(shí)借鑒國內(nèi)同類型的苯乙烯裝置的腐蝕案例,確定了此苯乙烯裝置的易腐蝕部位,見表1。

表1 苯乙烯裝置易腐蝕部位

3 苯乙烯裝置腐蝕分析與監(jiān)測(cè)方案

3.1 乙苯單元

在乙苯單元中,乙烯與苯通過烷基化反應(yīng)和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)來生產(chǎn)乙苯,粗乙苯經(jīng)過苯塔、乙苯塔、多乙苯塔、脫輕組分塔系統(tǒng),回收未反應(yīng)的苯,分離渣油內(nèi)的多乙苯,脫除系統(tǒng)的輕組分和水。

在整個(gè)乙苯系統(tǒng)中,既包括原料苯和乙烯中帶有的少量氯和硫,也包括反應(yīng)過程中產(chǎn)生的少量有機(jī)酸都會(huì)聚集在脫輕組分塔塔頂。自脫輕組分塔經(jīng)脫輕組分冷凝器至脫輕組分塔頂回流罐的管線以及脫輕組分塔和脫輕組分塔頂回流罐的材質(zhì)均為碳鋼。在這里酸性物質(zhì)富集在剛冷凝下來的液體中,塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)的管道和設(shè)備都會(huì)發(fā)生酸性腐蝕[2-3]。

為減少腐蝕,需要將少量的脫氧水和脫輕組分回流罐中的部分水注入至輕組分塔塔頂冷凝器的進(jìn)口,具體見表2。

表2 脫輕組分塔塔頂注水

在乙苯系統(tǒng)中,設(shè)立的腐蝕監(jiān)測(cè)方案有化學(xué)分析、在線腐蝕監(jiān)測(cè)和定點(diǎn)測(cè)厚等內(nèi)容。

(1)化學(xué)分析

脫輕組分塔塔頂冷凝系統(tǒng)的化學(xué)分析有3處,具體見表3。

(2)在線腐蝕監(jiān)測(cè)

脫輕組分塔塔頂冷凝系統(tǒng)的在線腐蝕監(jiān)測(cè)為電感探針和在線pH探針,具體情況見表4。

(3)定點(diǎn)測(cè)厚

脫輕組分塔塔頂冷凝系統(tǒng)的定點(diǎn)測(cè)厚有5處,具體見表5。

表5 脫輕組分塔塔頂冷凝系統(tǒng)定點(diǎn)測(cè)厚

3.2 苯乙烯單元

苯乙烯單元主要包括乙苯脫氫反應(yīng)和苯乙烯精餾兩部分。在水蒸氣存在下乙苯催化脫氫生成粗苯乙烯,粗苯乙烯經(jīng)沉降、油水分離后,水相和氣相組分分別進(jìn)入凝液汽提及尾氣回收系統(tǒng)。油相在精餾單元經(jīng)高/低壓粗苯乙烯塔、苯/甲苯塔、苯乙烯產(chǎn)品塔進(jìn)行分離。乙苯脫氫反應(yīng)的副產(chǎn)物CO2及注入精餾緩聚劑帶入的腐蝕性介質(zhì)會(huì)對(duì)整個(gè)苯乙烯單元產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕。

3.2.1 粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)

在粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)中,乙苯經(jīng)脫氫反應(yīng)后冷凝形成粗苯乙烯。氣相部分經(jīng)過脫氫尾氣分液罐直接進(jìn)入脫氫尾氣壓縮機(jī)。液相部分進(jìn)入粗苯乙烯沉降罐進(jìn)行沉降分離,將油水兩相分離后,水相進(jìn)入汽提塔中,油相經(jīng)尾氣/粗苯乙烯換熱器換熱后進(jìn)入苯乙烯精餾段,其系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)工藝流程

系統(tǒng)中主要的腐蝕性介質(zhì)為副產(chǎn)物CO2。由于CO2溶解于出料冷凝物的水相后呈酸性,因此會(huì)導(dǎo)致下游的碳鋼設(shè)備和管線發(fā)生較為嚴(yán)重的腐蝕[4]。

為減少腐蝕,在粗苯乙烯冷凝器的上游注入胺溶液來提高pH值,從而控制水相中的碳酸含量,具體情況見表6。

表6 粗苯乙烯冷凝器上游注劑

在粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)中,設(shè)立的腐蝕監(jiān)測(cè)方案有化學(xué)分析、在線腐蝕監(jiān)測(cè)和定點(diǎn)測(cè)厚。

(1)化學(xué)分析

粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)的化學(xué)分析有1處,具體情況見表7。

表7 粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)分析項(xiàng)目

(2)在線腐蝕監(jiān)測(cè)

粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)的在線腐蝕監(jiān)測(cè)為電感探針和在線pH探針,具體情況見表8。

表8 粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)

(3)定點(diǎn)測(cè)厚

粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)的定點(diǎn)測(cè)厚有6處,具體情況見表9。

表9 粗苯乙烯冷凝沉降系統(tǒng)定點(diǎn)測(cè)厚

3.2.2 苯乙烯精餾系統(tǒng)

來自粗苯乙烯沉降罐的粗苯乙烯進(jìn)入高/低壓粗苯乙烯塔,回收未轉(zhuǎn)化的乙苯,將苯/甲苯進(jìn)一步分離,經(jīng)苯乙烯產(chǎn)品塔后得到苯乙烯產(chǎn)品。為防止苯乙烯發(fā)生聚合,在粗苯乙烯進(jìn)料口注入精餾緩聚劑。此系統(tǒng)的工藝流程見圖2。

圖2 苯乙烯精餾系統(tǒng)工藝流程

在苯乙烯精餾系統(tǒng)中,腐蝕性介質(zhì)主要是由粗苯乙烯及注入的精餾緩聚劑帶入的。精餾緩聚劑的主要成分為2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚(DNBP),DNBP的生產(chǎn)過程決定了DNBP會(huì)含有酸性物質(zhì)(稀硝酸和稀硫酸)。經(jīng)過低壓粗苯乙烯塔、高壓粗苯乙烯塔和苯/甲苯塔蒸餾后,酸蒸汽會(huì)隨氣相有機(jī)物一起從塔頂餾出。氣相餾出物經(jīng)冷卻器后,酸蒸汽會(huì)凝結(jié)成酸產(chǎn)生酸性腐蝕。換熱部位、塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)的管線和設(shè)備都會(huì)發(fā)生腐蝕[5-6]。

在該系統(tǒng)中,設(shè)立的腐蝕監(jiān)測(cè)方案有化學(xué)分析、在線腐蝕監(jiān)測(cè)、定點(diǎn)測(cè)厚。

(1)化學(xué)分析

苯乙烯精餾系統(tǒng)的化學(xué)分析有1處,見表10。

表10 苯乙烯精餾系統(tǒng)化驗(yàn)分析項(xiàng)目

(2)在線腐蝕監(jiān)測(cè)

苯乙烯精餾系統(tǒng)的在線腐蝕監(jiān)測(cè)為電感探針,見表11。

表11 苯乙烯精餾系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)

(3)定點(diǎn)測(cè)厚

苯乙烯精餾系統(tǒng)的定點(diǎn)測(cè)厚有16處,見表12。

表12 苯乙烯精餾系統(tǒng)定點(diǎn)測(cè)厚

3.2.3 尾氣及凝液回收系統(tǒng)

在尾氣及凝液回收系統(tǒng)中,來自粗苯乙烯尾氣冷凝罐氣相的脫氫尾氣換熱后經(jīng)尾氣吸收塔、尾氣解析塔及熱井尾氣洗滌塔處理后,回收其中的烴類。自低壓粗苯乙烯塔、高壓粗苯乙烯塔和苯/甲苯塔塔頂?shù)恼婵諝庀嗄哼M(jìn)入熱井中,氣相進(jìn)入熱井尾氣洗滌塔中,液相返回粗苯乙烯沉降罐。此系統(tǒng)的工藝流程見圖3。

圖3 尾氣及凝液回收系統(tǒng)工藝流程

脫氫尾氣中含有大量的CO2,而且濃度會(huì)逐漸升高。脫氫尾氣進(jìn)入尾氣/粗苯乙烯換熱器后由144 ℃冷卻至80 ℃,所以在尾氣/粗苯乙烯換熱器的管程部位存在相變區(qū)。相變區(qū)之后的CO2溶于水形成碳酸腐蝕溶液,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管道和設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕。熱井的進(jìn)料主要來源于三個(gè)精餾塔的塔頂氣相凝液,凝液中帶有精餾緩聚劑(DNBP),DNBP中的酸性介質(zhì)會(huì)對(duì)熱井產(chǎn)生酸性腐蝕[7-8]。

設(shè)立的腐蝕監(jiān)測(cè)方案有化學(xué)分析、在線腐蝕監(jiān)測(cè)和定點(diǎn)測(cè)厚。

(1)化學(xué)分析

尾氣及凝液回收系統(tǒng)的化學(xué)分析有1處,具體見表13。

(2)在線腐蝕監(jiān)測(cè)

尾氣及凝液回收系統(tǒng)的在線腐蝕監(jiān)測(cè)為電感探針,具體情況見表14。

表14 尾氣及凝液回收系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)

(3)定點(diǎn)測(cè)厚

尾氣及凝液回收系統(tǒng)的定點(diǎn)測(cè)厚有12處,具體見表15。

表15 尾氣及凝液回收系統(tǒng)定點(diǎn)測(cè)厚

4 結(jié) 論

對(duì)某石化公司1.2 Mt/a苯乙烯裝置進(jìn)行腐蝕分析,得出以下結(jié)論:

(1)乙苯單元的腐蝕主要集中在脫輕組分塔塔頂,發(fā)生的腐蝕為有機(jī)酸腐蝕。

(2)苯乙烯單元中的腐蝕性介質(zhì)為反應(yīng)過程中的副產(chǎn)物CO2及添加助劑帶入的無機(jī)酸,腐蝕主要發(fā)生在換熱部位、塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)的設(shè)備和管線,腐蝕類型為CO2腐蝕和酸性腐蝕。

(3)通過腐蝕監(jiān)測(cè)方案及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)苯乙烯裝置的腐蝕程度及腐蝕的發(fā)展趨勢(shì),并采取相應(yīng)的防控措施。