吹气法液位测量装置在异丁烷脱氢反应再生器中的应用

刘木林

（浙江省天正设计工程有限公司）

近年来，以异丁烷为原料制取异丁烯的工艺得到了广泛的应用， 典型工艺为俄罗斯的脱氢法。 异丁烷脱氢工艺技术的核心为异丁烷在细粒铝铬催化剂流化床发生脱氢反应生成异丁烯，异丁烷和细粒铝铬催化剂在反应器和再生器之间不断循环。 两台设备均为固定床格栅式反应器，异丁烷在反应器内进行脱氢反应，催化剂在再生器内进行再生反应，异丁烷在反应器与再生器内进行脱氢反应为整个系统的核心。

1 概述

反应器内异丁烷温度在540～600℃之间，并在10%～35%液位区间内， 通过催化剂的作用脱氢生成异丁烯，随着温度升高或是压力下降异丁烷向生成有用产品方向的转换深度加大，但随温度升高，热分解副反应速度也加快，生成焦炭及其他产物。

异丁烷脱氢生成异丁烯：

脱氢产生的轻烃和重烃、焦炭等附着在反应器、再生器及催化剂上，对反应器与再生器上液位、压力等参数测量产生重要的影响，因此选择正确的液位测量方法是工艺控制的关键。 笔者提出的吹气液位测量装置较好地解决了在异丁烷脱氢反应器和再生器内液位测量的难题。

笔者根据异丁烷脱氢反应器和再生器液位测量点多且复杂的特点，设计了整体式仪表吹气盘，该吹气盘是以恒差压继动器作为主要部件的稳流装置，相比于传统的以限流孔板为主要部件的吹气设备，能够提供稳定小流量的气源，节省了大量的工艺气体（氮气），节省了投资，而且使异丁烷脱氢反应器和再生器的液位测量精度大幅度提高［1］。

2 吹气液位测量装置

2.1 测量原理

空气或惰性气体（如氮气）经过滤器过滤，减压器减压，以保证吹气入口压力恒定，洁净气体再经浮子流量计、恒压阀和吹气管路吹入被测液体中，吹气流量由浮子流量计指示，流量大小由浮子流量计上的流量调节阀设定，恒定流量的气体从插入液体的吹气管下端口逸出，鼓泡并通过液体排入大气，吹气管内的气压几乎与液体静压相等，因此差压液位变送器指示的压力值即可反映出液体高度［2］。

差压法液位测量原理为：

Δp=p2-p1=Hρg

式中 g——重力加速度；

H——液位高度；

p1——下取压点压力；

p2——上取压点压力；

Δp——测得压差；

ρ——介质密度。

2.2 装置结构

吹气测量装置主要由吹气装置、差压变送器和吹气管路3 部分组成，如图1 所示。 吹气装置提供稳定的气源，差压变送器测量液位，吹气管路负责连接［3］。

图1 吹气测量装置

恒差压继动器的主要部件为恒流阀与金属管转子流量计［4］，如图2 所示。

图2 恒差压继动器

在压力平衡状态，入口压力变化时，恒差压继动器上下侧弹簧只发生细微可忽略的形变，针型阀前后压差恒定，流量计仅与针型阀的开度成比例，与入口压力无关。

该吹气装置测量取压时，具有精度高、无复杂计算、流量和压力调整范围宽及使用寿命长等优点，性能和功能较限流孔板有明显优势。

2.3 吹气仪表盘

脱氢反应器为多仪表集中测量，需配置仪表吹气盘进行多路吹气，气源通过截止阀进入恒差压继动器进行稳压限流， 通过三通连接压力表，对气源压力进行监控， 最后末端设置止回阀，防止不正常工况对吹气盘造成损害， 如图3 所示。仪表吹气盘能够将多路吹气线路集中在一起，做到集中加工、安装，给现场施工带来方便，也便于以后操作工的管理和维护。

图3 吹气仪表盘

3 实施方案

吹气气源应根据实际工艺反应过程来确定， 在异丁烷脱氢反应中， 为了避免异丁烷在高温下与氧气发生反应， 吹气气源选择氮气。气源通过工艺管线引到吹气仪表盘处， 通过变径把气源分成多路分气源， 采用φ14mm×2mm不锈钢管，因为恒定小流量难以控制，φ14mm×2mm 不锈钢管通常可以选用0.3～3.0NL/min。仪表吹气盘氮气管线用三通接头连接到差压式变送器的φ14mm×2mm 毛细管上， 毛细管通过对焊方法连接到反应器上的法兰盖， 变送器毛细管和吹气管线在竖直向上的管线上。 因为脱氢反应器分成不同部分分别测量， 每部分都用差压变送器进行压差指示， 进而反映出整个脱氢反应器的工艺参数。 脱氢反应器安装形式如图4 所示。

图4 吹气液位测量装置安装方式

实施时应注意以下两点：

a. 吹气仪表盘应靠近设备， 避免气源漏点，保持吹气的流量和压力稳定；

b. 细粒铝铬催化剂和反应副产品容易堵塞管路，设备采用V 形口，三通处吹气管线上连接。

4 结束语

吹气法液位测量装置在异丁烷脱氢反应再生器中得到了良好应用，其特征在于，通过吹气法测压判断异丁烷脱氢反应再生器不断循环流动的液位，通过新仪表吹气装置对气源的压力和流量进行了有效控制，实现了多个差压液位变送器有效指示，对异丁烷脱氢反应再生器的控制起到了决定性作用。