汽提塔液泛产生的原因及解决方案

汽提塔“液泛”产生的原因及应对的解决方案

赵自雷

（兰州石化石油化工厂，甘肃兰州730060）

摘要：从汽提塔结构、溶剂的烃负荷及汽提塔中间再沸器的操作等方面对40 万t/a芳烃抽提装置汽提

塔发生液泛的原因进行了分析。并根据加氢汽油的实际组成提出了水汽提塔改造及重返洗芳烃抽出的

必要性，同时确定了改造后的装置工艺操作条件。认为重返洗芳烃抽出后，合理的控制溶剂的烃负荷

及稳定汽提塔中间再沸器的操作就能避免汽提塔发生液泛以至于造成装置停工返料现象的发生。

关键词：抽提塔重返洗芳烃环丁砜开孔率液泛水汽提塔

中国石油兰州石化分公司（以下简称兰州石化）40万t/a芳烃抽提装置采用北京金伟晖工程技术有限公司研发的SUPER-SAE-Ⅱ芳烃抽提技术。以乙烯副产裂解汽油经加氢后的加氢汽油为原料，经液-液抽提、精馏分离后，生产苯、甲苯、混合二甲苯及副产品抽余油。

装置自2007年6月19日化工投料试车以来，由于存在设备缺陷、加氢汽油组成与设计组成相比变化较大等诸多问题，致使芳烃抽提装置生产运行中，产品质量不稳定，甲苯、二甲苯产品非芳烃含量高，不能达国标。为解决甲苯、混合二甲苯产品存在质量问题，对汽提塔进行了技术改造，拆除原设计汽提塔顶部5米规整填料，提高第一富溶剂进料口位置，拆除第一塔盘，增大降液管底间隙。汽提塔改造后甲苯、二甲苯在42t/h（抽提塔进料）负荷下能达到国标质量要求，但在高负荷生产中，多次发生汽提塔“液泛”的现象。根据实际装置运行状况分析，分析认为造成汽提塔“液泛”的关键因素是该塔9#塔板重返洗芳烃因水汽提塔在现有的工艺流程和工艺条件下，不能有效的脱除溶剂水中二甲基环戊二烯、二甲基环己烷等组分，而被迫停止采出。最终导致汽提塔6#~9#塔板上升气速过高，大量液体随气体涌入塔板，板上液体增厚，且流经降液管的液体量大大增加，最终也使降液管不能负担而发生液泛。

1装置工艺技术特点和典型的原料加氢汽油组成

40万t/a芳烃抽提装置为环丁砜液-液抽提工艺。抽提单元工艺流程如图1所示。

图1 抽提单元工艺流程

1.1 SUPER-SAE-Ⅱ芳烃抽提工艺技术

SUPER-SAE-Ⅱ芳烃抽提工艺技术是在原环丁砜液-液抽提技术的基础上进一步开发的。针对兰州石化分公司所提供的技术，和传统的环丁砜液-液抽提具有以下工艺特点：

抽提塔采用多路、不同温位进料，提高了抽提塔分离效率，避免抽提塔混相，降低装置能耗；采用改进后的新工艺，使得抽提塔溶剂相上段、下段含水不同，提高了抽提塔上段溶解性和下段选择性等性能，提高了抽提塔的分离效率；抽提塔不同的板间距，有利于在抽提塔塔盘上溶剂相及抽余相的分离。

在汽提塔上段，采用返洗液轻重分开的工艺设计，并且重质返洗液的汽相与汽提水换热流程，降低了装置的能耗；利用不同温位的能量，采用二台换热设备分别产生不同温位的汽提蒸汽，将汽提水中的非芳烃汽提到返洗液中。

1.2 乙烯裂解加氢汽油的组成和特点

乙烯裂解加氢汽油（以下简称加氢汽油）富含环烷烃，并存在微量的烯烃。和其他同类装置比较，原料加氢汽油中苯含量较高且二甲基环戊二烯、二甲基环己烷等组分含量也偏高。

表1 加氢汽油组成

组成％(wt) 组成％(wt) 组成％(wt) 异戊烷0.31 反-1，3-二甲基环戊烷0.24 顺-1，3-二甲基环戊烷

2，3-二甲基丁烷0.06 环己烷 1.74 四甲基环己烷0.01 2，4-二甲基戊烷0.03 环戊烷 1.66 碳八烯0.02 2，5-二甲基己烷0.01 甲苯21.82 乙苯 4.75 2-甲基庚烷0.09 甲基环己二烯0.01 乙基环己烷0.27 2-甲基己烷0.17 甲基环己烷 1.65 乙基环己烯0.04 2-甲基戊烷0.76 甲基环己烯0.02 乙基环戊烷0.43 3-甲基己烷0.15 甲基环戊烷 4.15 乙基环戊烯0.05 3-甲基戊烷0.4 甲基已基苯0.08 乙烯基环己烯0.03 4-甲基庚烷0.01 甲基乙己环己烷0.03 异丙基环戊烯0.02 苯50.6 甲基乙基环戊烷0.14 正庚烷0.56 丙基苯0.06 间二甲苯+对二甲苯 3.86 正己烷 1.46 二甲基环己烷0.25 邻二甲苯 1.03 正壬烷0.07 二甲基环戊烷0.11 三甲基环己烷0.17 正戊烷0.79 反-1，2-二甲基环戊烷0.4 三甲基环戊烷0.28 正辛烷0.24 反-1，3-二甲基环己烷0.09 顺-1，3-二甲基环己烷0.28 其它0.32

从图1可以看出，环烷烃在正常的工艺操作条件下较正构烷烃更易溶于环丁砜。随着碳原子数的增加芳烃和非芳烃的相对挥发度增加，如果要得到碳数比较高的芳烃，如C8芳烃，就必然要有一部分的轻质非芳烃溶解在环丁砜中。用萃取蒸馏的方法分离芳烃时，要得到低碳数的芳烃，也将会有一部分高碳数的非芳烃存在，尤其是环烷烃，因此，加氢汽油的组成直接影响到芳烃产品的质量。

2 原工艺技术路线存在的问题

技术专利商针对兰州石化分公司所提供的SUPER-SAE-Ⅱ芳烃抽提工艺技术，在汽提塔上段，采用返洗液轻重分开的工艺技术，且在汽提塔顶部增加了5 m高的规整填料。其目的是：第一、实现返洗液根据其组成的不同分两路进入抽提塔，减少因大量返洗液从单一进料口进入抽提塔后对萃取过程的扰动，改善了抽提塔的分离效果，提高了芳烃产品的纯度；第二、气相重返洗芳烃与溶剂水换热，脱出溶剂水中少量非芳烃，并为回收塔提供汽提蒸汽。换热后重返洗芳烃进入抽提塔釜，洗涤和置换第一富溶剂中的非芳烃。该流程整合了装置的换热流程，充分的利用了重返洗芳烃的潜热，提高了装置能源利用率。但实际装置运行中由于原料加氢汽油组成和原设计相比变化较大，主要是原料苯含量过高，且变化幅度较大。加之汽提塔上部填料层的存在，导致汽提塔上段内回流过大，以至于由第一富溶剂中挟带的少量非芳烃无法在汽提塔脱出，最终影响“三苯”产品的质量。

为提高产品质量，技术专利商根据实际的原料组成，经模拟计算后，确认拆除填料层后，塔内38层浮阀塔板板数能满足汽提塔的分离要求（同类装置该塔塔板数为32～35层）。为给进入汽提塔的第一富溶剂提供适宜的蒸发空间及液相下降通道，在拆除填料层的同时提高了汽提塔的进料口位置，重新设计了进料分配器并扩大了1＃塔板的降液管底隙。

汽提塔改造后，混合芳烃中非芳烃含量明显下降，非芳烃含量由填料拆除前的0.32％下降到0.2％以下。产品质量有了较大幅度的上升。随之而来的问题是在现有的水汽提塔流程设置下，存在于溶剂水中的应该在水汽提塔中脱除的二甲基环戊烷等非芳烃组分无法全部排出，进而影响芳烃产品质量，为此，重返洗芳烃被迫停用。溶剂水中的非芳烃只能通过汽提汽塔脱除。受汽提汽塔自身加热能力影响，使得装置生产负荷受限、产品质量时常波动，更为严重的是由于原料变轻且重返洗芳烃没有采出，造成汽提塔顶压力过高，汽提塔时常“液泛”严重的影响了装置的正常操作。

3 汽提塔“液泛”的原因分析

3.1 板式塔“液泛”现象产生的原因

促成“液泛”的因素主要有以下两个：

1）由于塔板对上升的气流有阻力，下层板上方的压力比上层板上方的压力大，降液管内泡沫液高度所相当的静压头能够克服这一压力差时，液体才能往下流。当液体流量不变而气体流量加大，下层板与上层板间的压力差亦随着增加，降液管内的液面随之升高。若气体流量加大到使得降液管内的液体升高到堰顶，管内的液体便不仅不能往下流，反而开始倒流回上层板，板上便开始积液；加以操作时不断有液体从塔外送入，最后会使全塔充满液体。就形成了液泛。若气体流量一定而液体流量加大，液体通过降液管的阻力增加，以及板上液层加厚，使板上下的压力差加大，都会使降液管内液面升高，从而导致液泛。

2）气流夹带到上一层板的液沫，可使板上液层加厚，在一定液体流量之下，若气体流量增加到一定程度，液层的加厚便显著起来。气流通过加厚的液层所带出的液沫又进一步加多。这种过量液沫夹带使泡沫层顶与上一层板底的距离缩小，液沫夹带持续地有增无减，大液滴易直接喷射到上一层板，泡沫也可上升到上一层板，终至全塔被液体充满。