影响碱洗塔操作的因素及解决措施

函数 , h 受液体负荷和溢流堰的影响 。裂解气的
流速 G 与装置的负荷有关 。裂解气进塔时的 CO2 含量 y1 与裂解的原料及裂解炉的运行状况有关。 裂解气出塔时的 CO2 含量 y2 是碱洗塔要求脱除 酸性气体的指标 。而 CO2 在洗涤液中的物理溶解 度 S 、反应速度常数 k 、CO2 在溶液中的扩散系数 D 受碱洗塔的温度 、压力和碱浓度的影响较大 。
·38 ·
乙烯工业
碱液浓度设计为 8 %～10 %(质量分数) ,弱碱段碱 液浓度设计为 1 %～3 %(质量分数) 。 3. 4 塔板结垢
随着乙烯装置运行周期的延长 ,塔板结垢可 使洗涤塔的有效横截面积 A 、单位体积洗涤液的 相界面积 Fv 和塔板上液柱高 h 均会相对变小 ,影 响酸性气体的脱除效果 ,从而影响装置的负荷 。
2 碱洗法脱除酸性气的原理[1 ,2 ] 碱洗法脱除酸性气体是用 NaOH 作为吸收剂 ,
通过 NaOH 和酸性气体发生化学反应 ,以达到脱除 酸性气体的目的 。其反应为 :
CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O
H2S + 2NaOH Na2S + 2H2O 从热力学角度看 ,上述两个反应的化学平衡 常数很大 ,倾向于完全生成产物 。在平衡产物中 CO2 和 H2S 的分压几乎可降到零 ,因此可使裂解气 中的 CO2 和 H2S 的含量降至 1 ×10 - 6以下 。但是 , NaOH 吸收剂为不可再生吸收剂 ,仅能吸收利用一 次 。为提高碱液的利用率 ,目前乙烯装置大多采 用多段碱洗 ,使反应生成的 Na2S 和 Na2CO3 继续与 H2S 和 CO2 反应 。其反应经过三个历程 : (1 ) 当 NaOH 过 量 时 , 反 应 生 成 Na2S 和 Na2CO3 。
第 17 卷
4 碱洗塔出现的问题及对策 4. 1 问题
碱洗塔自 1999 年 2 月乙烯装置检修后开车运 行至今已超过了 64 个月 。碱洗塔运行至 2002 年 12 月时 ,曾出现异常现象 ,使乙烯装置无法在高负 荷下运行 。其主要表现为 :塔压差上升 ;弱碱段液 位低 ,强碱段液位高 ,无法控制 ;注碱量增加 ,弱碱 浓度升高 ,废碱排放量大 ,并经常造成后系统管线 堵塞 ,使废碱处理困难 。碱洗塔出现异常前后各 参数的对比见表 1 。
(1) 增加弱碱段的旁路管线 ,控制调节强碱段 和弱碱段液位 。
针对强碱段 、弱碱段的液位难以控制的问题 , 2002 年 12 月 10 日增加了弱碱段的旁路管线 ,其 流程改造见图 2 (云线部分为新增管线) 。
通过新增管线将强碱引到弱碱循环泵 P - 342
图 2 碱洗塔改造后的工艺流程简图
h ———塔板上液柱高 ,m ;
y1 , y2 ———裂解气进出塔时的 CO2 含量 ,通常
以 H2S 和 CO2 的总量作为 CO2 含量 (摩尔分数) , % ;
P ———操作压力 ,MPa ;
S ———CO2 在洗涤液中的物理溶解度 , kmol/
m3 ;
D ———CO2 在溶液中的扩散系数 ,m2/ h ;
2002 - 12 - 10 29
835
弱碱段液位控制困难
140
装置降负荷操作
4. 2 对策 由表 1 可知 ,随着乙烯装置运行周期的延长 ,
碱洗塔塔板产生结垢 ,塔的压差增大 。要保证酸 性气体的脱除效果 ,必须提高碱液的浓度 ,增加其 吸收能力 ,所以耗碱量增加 。为确保乙烯装置的 高负荷平稳运行 ,采取了以下措施 :
入口 ,使强碱 、弱碱可正常循环 。并在裂解炉切炉
时的短暂低负荷时期 ,采用“波动”法对碱洗塔进
行调整 , 即通过反复调整裂解气压缩机 C - 300
四 、五段间的裂解气流量 , 来冲刷下塔板上的垢
物 。此改造项目实施后 ,碱洗塔强碱段 、弱碱段的
液位 得 到 控 制 。塔 的 压 差 也 由 29 kPa 降 到 25
工业技术
乙 烯 工 业 2005 ,17 (2) 36～40 ETHYLENE INDUSTRY
影响碱洗塔操作的因素 及解决措施
黄仁耿
(中国石化茂名分公司乙烯管理部 ,广东 ,525021)
摘要 : 叙述了影响碱洗法脱除酸性气的因素和碱洗塔在乙烯装置长周期运行出现的问题及对策 。 关键词 : 碱洗 ; 影响因素 ; 对策
3. 1 操作温度
由碱洗塔理论塔板数的计算公式可知 ,碱洗
塔的塔板数受 D 、k 、S 的影响 , 而 D 、k 、S 均与温
度有 关 。碱 洗 塔 的 温 度 高 , D 、k 增 大 , 可 加 快 NaOH 与 H2S 和 CO2 的反应速度 ,加速吸收 。但操 作温度过高 ,可造成 S 减小 ,即 H2S 和 CO2 的分压 也相应增加 ,影响气体的净化程度 。而且 ,随着碱 洗塔操作温度的升高 ,裂解气中重烃的聚合加剧 , 相应废碱中黄油量增多 。如热碱温度超过 50 ℃, 对设备的腐蚀性增强 。而温度低时 ,反应速度常 数 k 减小 , NaOH 与 H2S 和 CO2 的反应速度降低 , 并且碱液粘度增加 ,流动困难 ,易发生气体带液现 象 。同时 ,低温下 Na2S 和 Na2CO3 的溶解度低 ,易 沉淀堵塞管道和设备 。温度过低也会造成裂解气 中重烃冷凝 ,黄油量也会增加 。 3. 2 操作压力
k ———反应速度常数 ,m3/ (kmol·h) ;
C ———NaOH 的浓度 ,kmol/ m3 。
对已完成设计的碱洗塔来说 ,塔板数 N 和洗
涤塔的横截面积 A 是一定的 。单位体积洗涤液的
相界面积 Fv 和塔板上液柱高 h 与选择的塔板的
类型结构有关 。 Fv 是碱洗塔中气体线速度和 h 的
提高碱洗塔的操作压力 ,H2S 和 CO2 的分压增 大 ,有利于 H2S 和 CO2 的吸收 。但操作压力过高 , 可导致裂解气中重烃的露点升高 ,使重烃在碱洗 塔中冷凝 。茂名乙烯装置碱洗塔的操作压力为 1 518 kPa ,由于其可调整的范围较小 , 故影响较 小。 3. 3 碱浓度
碱洗塔碱液的浓度越高 ,CO2 在洗涤液中的物 理溶解度 S 越大 ,吸收酸性气体的能力愈强 ,并可 使新鲜碱液加入量及碱液的排出量下降 。但碱液 浓度提高会涉及两个方面的问题 : 一是随着碱用 量的降低 ,为不影响气液相的接触必须提高洗涤 液的循环次数 ,势必增加操作费用 ;二是碱液浓度 提高会降低 Na2CO3 溶解度 ,不仅粘度增加 ,输送 困难 ,而且反应后的 Na2S 和 Na2CO3 也易沉淀析出 而堵塞管道 。同时 ,如果碱液无法完全反应 ,则产 生过多的废碱 ,处理困难 ,操作费用也增加 。随着 碱液浓度的提高 ,裂解气中烯烃的聚合速度也会 加快 ,黄油生成也会给操作带来困难 。碱洗塔碱 液的浓度低 ,CO2 在洗涤液中的物理溶解度 S 小 , 吸收酸性气体的能力下降 ,脱除酸性气体所需的 塔板数增加 。因此 ,碱液浓度的选择应保证一定 的吸收速度 ,又使洗涤的循环次数不多 。茂名乙 烯装置碱洗塔碱洗分强碱 、弱碱两段洗涤 ,强碱段
时间
项目 压差 / kPa
2003 - 01 - 10 27
2003 - 01 - 15 23
2003 - 01 - 20 24
2003 - 01 - 30 25
2003 - 02 - 10 25
2003 - 02 - 20 28
碱消耗量 / (kg·h - 1)
789
乙烯装置负荷 / (t·h - 1)
3 碱洗法脱除酸性气的影响因素[1 ,2]
碱洗塔理论塔板数可用下式计算 :
N
=
0. 098 G·ln (
FvAh PS
y2/ y1) DkC
式中 : N ———碱洗塔理论塔板数 ,块 ;
G ———裂解气的流速 ,kmol/ h ;
Fv ———单位体积洗涤液的相界面积 ,m2/ m3 ;
A ———洗涤塔的横截面积 ,m2 ;
835
140 增加弱碱段旁路前
2002 - 12 - 14 26
810
140
2002 - 12 - 23 24
786
138
2002 - 12 - 29 25
804
139
2003 - 01 - 04 25
801
140
(2) 大量注入甲苯 ,溶解部分垢物 。 碱洗塔原设计有洗油注入线 ,注入裂解汽油 , 以溶解废碱中的黄油和烯烃聚合物 。为进一步解 决碱洗塔存在的问题 ,2003 年 1 月 10 日将作为冲 洗油的裂解汽油换成溶解性更强的甲苯 ,并加大 注入量 ,由原来的 50 kg/ h 变为 100 kg/ h 。甲苯注 入 16 小时后 ,碱洗塔的压差由注入前的 27 kPa 下 降到 23 kPa ,乙烯装置能维持在 140 t/ h 的负荷下 运行 。随着乙烯装置运行周期的延长 ,碱洗塔的 运行状态又进一步恶化 ,塔压差逐渐上升 ,强 、弱 碱段的 液 位 又 要 依 靠 新 增 弱 碱 段 的 旁 路 线 来 控 制 ,注碱量也逐渐上升 ,装置再次降负荷运行 。注
第 17 卷
黄仁耿 1 影响碱洗塔操作的因素及解决措施
·39 ·
入甲苯前后碱洗塔的运行参数变化见表 3 。
百度文库
(3) 注入新型分散剂 HK - 1312B 剥离垢物 。 新型分散剂 HK - 1312B 具有较强的清洗和分
散作用 ,专用于清除乙烯装置胺洗和碱洗系统中
表 3 注入甲苯前后碱洗塔的运行参数
H2S + CO2 + 4NaOH Na2S + Na2CO3 + 3H2O (2) 当 NaOH 耗尽之后 ,Na2S 与 H2S、CO2 进一 步反应 ,生成 Na2CO3 和 NaHS。
图 1 碱洗塔的工艺流程简图
收稿日期 :2005 - 02 - 02 ;修改稿收到日期 :2005 - 05 - 31 。 作者简介 :黄仁耿 (1972 - ) ,男 ,工程师 ,1994 年毕业于石油大 学(华东) 应用化学专业 ,现在中国石化股份有限公司茂名分公司 乙烯管理部工作 。
表 1 碱洗塔的参数变化情况
时间
项目 压差 碱消耗量 装置负荷 / kPa / (kg·h - 1) / (t·h - 1)
备 注
2002 - 11 - 10 21
659
2002 - 12 - 03 25
663
2002 - 12 - 07 27
776
142 141. 9
140
弱碱段液位开始波动
弱碱段液位控制困难 装置降负荷操作
kPa ,注碱量也略有下降 ,乙烯装置负荷基本能维
持在 140 t/ h 运行 。强碱 、弱碱循环能正常运行 ,
其参数变化见表 2 。
表 2 碱洗塔采用“波动”调整前后的参数变化
时间
项目 压差 碱消耗量 乙烯装置负荷 / kPa / (kg·h - 1) / (t·h - 1)
备 注
2002 - 12 - 10 29
1 概述 中国石化茂名分公司化工事业部 (以下简称
茂名乙烯) 乙烯装置采用美国 S&W 公司的专利技 术 ,原设计年产乙烯 300 kt 。1999 年乙烯装置改扩 建后 ,乙烯年产能力达 380 kt 。在裂解气压缩机四 段和五段之间 ,设有胺洗和碱洗两个酸性气体脱 除系统 。由于胺洗系统的操作难度大 ,胺液流失 严重 ,故酸性气体的脱除一直由碱洗系统承担 。 茂名乙烯装置碱洗塔 T - 340 分为三段 ,共 35 块波 纹塔板 。裂解气在中段和下段分别用强碱和弱碱 循环洗涤 。碱洗塔 T - 340 上段为水洗段 ,洗涤已 脱除酸性气体的裂解气 ,防止碱沫夹带至下游设 备 。其工艺流程简图见图 1 。
140
备 注 注入甲苯前
760
141
758
138
装置降负荷
790
138
803
135
840
130
的黄油 。为彻底解决碱洗塔的问题 ,2003 年 2 月 28 日开始在碱洗塔试用新型分散剂 HK - 1312B 。 初始注入浓度为 40 ×10 - 6 (以裂解气中乙烯 、丙 烯 、丁二烯总量为基准) ,最高浓度为 100 ×10 - 6 。 因为新型分散剂 HK - 1312B 分子与黄油分子通过
第 17 卷
黄仁耿 1 影响碱洗塔操作的因素及解决措施
·37 ·
H2S + CO2 + H2O + 3Na2S 4NaHS + Na2CO3 (3) 当 Na2S 耗尽后 ,Na2CO3 与 H2S、CO2 继续
反应 ,生成 NaHS 和 NaHCO3 。 H2S + CO2 + H2O + 2Na2CO3 NaHS + 3NaHCO3