焦化行業洗脫苯工藝存在問題及策略探析

陳 強

（山西焦化集團有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

洗脫苯工序是焦化企業的一道重要工序，其主要包括終冷、洗苯和脫苯三部分，其中終冷環節是將硫銨工段輸送來的煤氣（約55 ℃）經過循環水、制冷水兩段冷卻后，將溫度降至24～27 ℃；洗苯環節則使用焦油洗油吸收終冷后煤氣中的苯，以降低煤氣中苯的質量濃度，最后將煤氣交由后續工序使用；脫苯環節則是將洗苯后的含苯富油中的苯脫出并收入儲槽中[1]。當前，該工藝在實際應用中仍存在一定的不足之處，因此仍需要結合實際情況做進一步的優化改進。

1 項目概述

某焦化企業基于上文所述的傳統洗脫苯工藝進行生產，在長期的運行過程中，該工藝的問題已經逐步凸顯，目前主要表現在以下幾個層面：一是終冷塔方面存在的問題，終冷塔在生產過程中的結萘現象較為突出，造成煤氣系統阻力增大，停車處理的次數過于頻繁，對于正常生產造成的影響較為突出。二是脫苯塔的處理能力不足，因其使用的鑄鐵泡罩塔自身性能限制，其效率長期處于較低水平，粗苯的質量差、收率低，進而導致蒸汽消耗偏高，帶來較高成本。三是系統中貧油和富油的含苯量偏高，嚴重影響了洗苯塔中洗油對苯的吸收，造成苯的收率長期處于偏低水平[2-3]?；谏鲜鰡栴}，該企業技術部門決定對既有的洗脫苯工藝進行全面改進。

2 洗脫苯工藝的改進措施

2.1 對吸油循環量進行調整

根據以往經驗可知，該焦化企業洗脫苯吸油循環量處于相對較低水平，導致富油中含苯量相對較高，根據近期化驗測試顯示，富油含苯量高達2.4%。針對這一問題，技術部門調整不同的洗脫苯吸油循環量，對不同循環量梯度下的富油含苯量進行測試分析，分析結果如圖1 所示。

圖1 不同循環量下的富油含苯量變化

根據圖1 可見，在增加洗脫苯吸油循環量后，富油含苯量可控制在相對較低的水平。當循環量在1.8×10-3m3以上時，富油含苯量不再下降，繼續增加循環量將導致系統電耗增加。因此確定洗脫苯吸油循環量變更為1.8×10-3m3，以提升苯的收率。

2.2 換熱器改造

該焦化廠原換熱器采用“兩并兩串”式布置，實際運行過程中，其運行阻力較大，導致換熱效果不甚理想。針對這一問題，技術部門基于增大換熱器有效面積的思路進行優化，將所有換熱器全部改為并聯模式，優化后的換熱器布置圖如圖2 所示。

圖2 優化后的換熱器布置示意圖

圖2 中，實線表示富油輸送管線；虛線表示貧油輸送管線。根據實際測試獲知，當應用此種改造模式后，因橫截面積增大，因此洗油流速相應降低，換熱接觸面積也相應增加。在以往工藝設計中，貧油溫度由170 ℃降低至120 ℃，富油溫度由60 ℃上升至110 ℃；而在本次工藝優化后，貧油溫度由170 ℃降至90 ℃，富油溫度由60 ℃上升至140 ℃，顯然這使得換熱器環節的能耗顯著降低，同時也減少了管式爐設備投資環節帶來的成本。

2.3 對脫苯塔進行優化改造

為有效提升脫苯塔運行效率和質量，本次將該焦化廠以往應用的鑄鐵泡罩塔變更為垂直篩板塔，其基本示意圖如圖3 所示。

圖3 垂直篩板塔基本示意圖

由圖3 可知，在該垂直篩板塔中，氣相與液相之間為噴射接觸，特別是在與篩板的撞擊過程中，氣相與液相將受到撞擊力作用而破碎為小分子團狀態，混合強度加大，反應速率更高，具有更高的傳質效率。同時，根據理論分析，該垂直篩板塔與傳統的鑄鐵泡罩塔相比，其處理能力平均提高80%左右，除此之外，在該垂直篩板塔中，其阻力降主要來自罩體內靜液層，該靜液層的高度低于同類塔的靜液層高度，因此在垂直篩板塔中的阻力降相對較低，降幅在25%左右，對于精餾環節相對較為有利。

2.4 洗苯塔技術改造

為提升洗苯塔環節的運行效率，在洗苯塔旁新增1 個富油緩沖罐，在引入該模塊后，洗苯塔接受槽多余的富油將通過溢流方式進入到緩沖罐中，再通過富油泵進行換熱蒸餾[4]。結合實際運行情況，將富油緩沖罐的容積進行擴大，使之保持在原接收槽容積的2 倍以上。在此基礎上，為進一步提升安全系數，在富油緩沖罐內布置浮漂式液位計，并將其與繼電器、計算機設備等相連接，起到實時監測液位的作用。該環節的整體改造示意圖如圖4 所示。

圖4 洗苯塔增設緩沖罐示意圖（虛線部分為增加部分）

2.5 引入變頻控制功能

在煤氣終冷環節中，其主要包括使用冷卻水控制煤氣終冷溫度，并噴灑冷凝液以減少掛萘現象的發生概率?？紤]到實際運行過程中，煤氣量處于動態變化，其需要對冷卻水量和冷凝液噴灑流量進行實時調整，因此本次引入變頻控制功能。在變頻控制模塊的硬件設計中，本次選用TMS320LF2407A 芯片為核心進行硬件部分的設計，基于該芯片，為其配備AC/DC 整流電路和IGBT 逆變電路，初步構建變頻調速電路模塊，該模塊可細分為不可控整流環節、中間濾波環節和逆變環節[5]。在此基礎上，考慮到輸入電壓與實際電壓之間的差異，因此在該電路的輸入端接一個自耦變壓器，以完成硬件設計。

3 實際應用效果與討論

在本次洗脫苯工藝優化改造環節全部完成后，為檢驗其實際應用效果，對改造后的工藝進行運行測試，時間跨度為60 d，并將測試結果與以往的指標數據進行對比分析，結果見表1。

表1 工藝改造前和改造后的主要指標數據對比情況

根據表1 中的各項指標數據對比情況可知，在應用本次洗脫苯工藝優化改造技術措施后，其粗苯回收率指標顯著提升，有效降低了出洗苯工段后的煤氣中的苯質量濃度。同時成本消耗也相應降低，證明本次洗脫苯工藝的優化改造工作取得了初步成功，具有一定的應用價值。

4 結語

整體來看，通過本次對洗脫苯工藝的全面優化改造，取得了相對較優的效果，不僅有效提升了粗苯質量和生產穩定性，而且也在一定程度上降低了洗脫苯工藝環節中的能耗，因此其對于目標焦化企業所產生的經濟效益和社會效益也將較為可觀。當然，受到各種原因限制，本次研究難免存在一定不足之處，因此在今后的工作中，仍需要提升洗脫苯工藝的自動化和智能化水平，以確保洗脫苯效果的進一步提升。