乙烯装置碱洗工艺优化抑制黄油生成探究

乙烯装置碱洗工艺优化抑制黄油生成探究

胥光大

抚顺石化公司烯烃厂乙烯车间

摘要：在乙烯装置的运行过程中，为提高乙烯裂解工艺的生产水平，应该针对碱洗系统中的黄油问题进行讨论，并提出抑制对策。传统的处理方法具有成本高、处理成效不稳定等问题，对此，本文选择从黄油生成的源头着手进行探究，本文在阐述了黄油成因以及常规控制方法后，通过案例分析对碱洗塔提出了多方面的优化及调整措施，以期通过降本增效的方式抑制黄油的产生。

关键词：乙烯装置；碱洗；工艺优化；黄油

在全球能源结构升级的关键阶段，石化企业正在面临着成品油需求放缓、化工品需求加速的挑战。炼化一体化已经成为企业适应市场变化的重要战略方向。其中，乙烯装置是石化产业链中的一类重点设施，近年来，其在化工领域的产能也呈现出一定的扩增趋势，“十四五”期间产生的产能过剩、乙烯利用率低等问题暂时没有得到根本性的解决。对此，传统的炼化企业应该优化乙烯装置的生产流程，突破工艺技术瓶颈，提高原料的利用率，以期在降低成本压力的同时提升竞争力。

一、乙烯装置碱洗工艺中的黄油成因

碱洗系统在乙烯裂解工艺中的主要任务是去除原料生成的H2S、CO2等气体、防止加氢单元催化剂中毒。虽然碱洗系统具有较高的应用价值，但是其在乙烯装置中应用时也容易出现黄油生成的问题，根据原因分析发现，黄油生成主要和以下两点原因相关：（1）原料中的杂质（非烷基化合物、硫化物、水等）都可能导致黄油生成；（2）反应器中的产物（丙烯、甲烷等）在高温高压的作用下会相互反应生成中间体、生成物，其中部分产物的稳定性较差，容易经过降解、反应等产生黄油。

碱洗中产生的聚合物在废碱单元再次聚合，其颜色会发生明显的改变，并且受氧化的影响，焦褐色的黄油会逐渐变为固态，不利于清理。

二、黄油的常规控制方法

当前，黄油的处理方法主要分为两大类：一类是在废碱预处理阶段进行干预，另一类则是在碱洗阶段实施控制。废碱预处理单元最容易产生黄油问题，一般需要利用溶剂进行萃取处理或者利用助剂将黄油与水分离。尽管这两种方法能有效应对大多数的黄油问题，但是如果黄油量过多，所需使用的萃取剂与助剂量也会大幅增加，这不但会增加处理成本，还不利于稳定处理效果，无法从实质性的层面解决问题。而对于碱洗段而言，在黄油控制方面存在操作参数不清晰、控制精度低等不足。

三、案例概述

以我国的某个乙烯项目为例，其年均产能为1000kt，该项目从国外引入了SCORE裂解炉及前脱丙烷前加氢技术，碱洗工艺可见下图。

图1 乙烯裂解碱洗工艺流程

碱洗塔运行三个月后出现异常，弱碱段压差突然大幅度增大，另外，还在下游除油调节罐发现大量黄色粘稠液体，富含泡沫，积累严重且难以通过静置分层去除。结合上文对黄油成因的分析，本文针对碱洗塔提出了多种优化措施。

四、碱洗塔的优化

（一）碱质量分数的优化

碱洗塔的质量分数关系到碱洗效果，适当提高质量分数可以提高H2S和CO2的吸收度，但是质量分数过高也会引发不良影响，如导致Na2CO3析出，降低碱洗效率、堵塞管道。并且，高浓度的Na2CO3还会导致碱液变得黏稠，阻碍酸性气体的吸收效率。此外，OH-还会在有关反应中发挥催化作用，加快黄油的生成速率。如图2所示，为碱洗塔运行中相关参数的变化情况。结合该图分析可知，通过合理控制碱洗塔各段的质量分数梯度，降低碱液的质量分数可以抑制不饱和烃的聚合反应。以裂解气中的酸性气体积分数为依据，对碱液的质量分数加以优化，有利于抑制黄油生成。

图2 碱洗塔运行周期内参数变化情况

（二）操作温度的优化

碱洗塔的温度以及压力对碱洗工艺有着重要的影响。在压力不变的基础上，升高温度可以为分子气化提供支持，能够避免不饱和烯烃混入溶液中，加快氢氧化钠吸收酸性气的速度，提高碱洗塔的吸收率。但是随着吸收率的变化，不饱和烯烃聚合反应的剧烈程度也会随之发生同向变化，导致同一停留时间内的黄油生成量增多。在压力不变的基础上，降低温度，可以提高重烃类在碱液中的溶解度，进而会导致参与黄油生成的不饱和烃增多。此外，降低吸收硫化氢、二氧化碳的速度，增大碱液黏稠度，可以降低塔体的吸收率。但是在低温条件下会对黄油生成带来抑制性的影响。对此，为了满足工艺操作要求，应该合理控制温度参数，在达到吸收率要求的基础上追求更优的黄油生成抑制效果。

碱洗塔的运行温度设定区间一般为38℃至45℃，案例中的塔压为1.1MPa。在实际操作中，裂解气（45℃）进入碱洗塔后，塔顶温度实际维持在了37~38℃左右，与设计值之间相差较大。此外，装置所处区域的年均温度为18~20℃，温度受季节的影响较大，在冬季气温骤降时，碱洗塔及其相关管线系统内的热量容易大量流失，并且更容易发生“黄油问题”。

结合上述所言，为了优化操作温度，首先应该使碱洗塔中的操作温度保持稳定状态，并对不同的碱段以及水洗段管线重新进行保温，避免发生热量大量损失的情况；另外，为了克服气候因素造成的不良影响，应该设法提升碱洗塔的进料温度，使塔中的操作温度维持在正常的水平区间，防止出现重烃类冷凝现象，抑制有关的聚合反应。

（三）洗油的注入

在运行的初始阶段，因黄油生成过多，因此导致弱碱段堆聚了大量的聚合物，随着时间的变化，其会逐渐演变为流体障碍，导致压差急剧上升，这不但影响生产效率，同时还存在堵塞的风险。为此，操作人员在压差上升后第五天，向黄油的主要积聚区域（弱碱段和中碱段）注入洗油，以溶解黄油沉积物。在注入洗油的过程中，应该先设定一个较低的注入量，从100kg·h-1开始逐渐增加，并在注入操作的过程中监测压差变化，此过程持续至压差稳定并满足工艺要求后结束。该策略旨在恢复流体通畅，维持生产效率。

总结

综上所述，本文以某石化乙烯装置碱洗塔在开工初期的黄油生成问题为例，通过分析影响黄油生成的原因，结合工艺操作和设备的运行状况，提出了针对性的优化措施，如优化碱液质量分数、操作稳定等，旨在抑制黄油生成，提高产品的质量稳定性。这些措施的实施不仅有助于解决当前的黄油问题，还有利于增强传统炼化企业的竞争实力。

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