苯乙烯装置汽提塔异常技术分析及处理

宋滔(中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江 宁波 315812)

0 引言

苯乙烯是一种重要的有机化工原料，主要用于生产聚苯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物等，此外，还广泛应用于制药及选矿等行业，用途十分广泛[1]。

某苯乙烯装置采用乙苯负压脱氢制苯乙烯技术[2]，通过剖析第一运行周期汽提塔出现的问题，有针对性地实施技术改造，为装置安稳长满优运行提供保障。

1 汽提塔作用及流程介绍

苯乙烯装置汽提塔T-301主要作用是对工艺凝液进行处理，通过水蒸汽的汽提作用，脱除自塔顶流下的工艺凝液中的烃类物质，烃类混合物从塔顶采出进入汽提塔冷凝器E-307壳程被冷凝后返回到油水分离器V-305罐，不凝气则排放至后冷器E-306前随脱氢尾气出装置。

脱除烃类后的冷凝液由塔釜排出，经过工艺水处理系统除去凝液中含有的催化剂粉末及聚合物颗粒杂质，以达到锅炉给水的标准。

2 汽提塔原设计概况

该塔为高效塔盘结构，共设有13层塔盘，塔径为DN2000，单溢流结构，板间距为500 mm，筛板塔孔径12 mm。

具体结构如表1所示。

表1 T-301结构数据表

流体力学计算结果如表2所示。

表2 T-301流体力学计算结果

流体力学计算表明，该塔盘完全满足设计要求，操作弹性可在60%～125%或更大范围内正常操作，并且全塔压降＜10 kPa。

3 运行中存在的问题及原因分析

3.1 主要出现的问题

T-301操作的关键在于保证塔釜工艺凝液油相合格的前提下，防止汽提塔板聚合。然而目前该塔的主要问题是塔盘堵塞，压差变大，操作弹性变小，若受前系统影响导致进塔温度降低，会使烃类物质未能在上部塔盘有效汽提出塔，则加重了下部塔盘的分离负荷，为保证工艺凝液中的油相合格，需要加大汽提蒸汽，汽提蒸汽加大由于受塔盘堵塞分离效率变低影响，汽提蒸汽并不能及时携带油相从塔顶排出，导致塔的压差升高，并伴随有液泛现象发生，导致整个塔操作紊乱，系统波动较大。

从表3中可以看出，T-301塔压差目前运行值明显高于设计值，并且在运行过程中，塔压差和液位均波动较大，压差在8～38 kPa间波动，液位在25%～100%之间波动，系统运行稳定性差。

表3 T301设计参数和实际运行参数对比表

3.2 主要问题原因分析

(1)由于大量催化剂粉尘及少量苯乙烯聚合物在塔盘上积聚，堵塞塔盘筛孔，塔板效率变低，为满足装置生产负荷，同时要保证工艺凝液外送质量合格，有时需要加大汽提蒸汽，就形成了降液管液泛甚至淹塔[3]。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，也会导致液泛，塔板堵塞降低了塔的操作弹性，不能满足高负荷液相进料下的正常操作。

(2)塔板开孔率设计偏小，降液管底隙偏低，液体在降液管和塔板上的停留时间长，一定程度上能加重凝液中携带的催化剂粉尘和聚合物颗粒在塔板上的积聚，从而导致该塔的操作异常。

(3)由于该塔进料温度受前系统空冷和循环水换热器共同控制，空冷受环境温度影响较大，尤其是在暴雨或大风天气，循环水换热器也受循环水管网温度变化影响，进料温度波动容易造成该塔分离异常。

4 问题解决措施

(1)根据运行值经验摸索，控制空冷冷后温度在57 ℃，控制E-306冷后温度在36 ℃，若出现环境温度变化或管网循环水温度波动较大，及时通知外操启停空冷风机或联系公用工程适当提高循环水温度，以稳定进塔温度。异常波动大时，通过减少塔釜蒸汽，通过工艺凝液大流量在线洗塔，将塔板上的积聚物冲入泵入口过滤器，以此方式减少塔板上的积聚物对塔的稳定运行有一定改善作用。另外，在第一个运行周期内，两次将工艺凝液切出T-301系统，进塔清理塔板上的积聚物，以保证塔的正常运行。

(2)结合前系统油水分离器V-305内挡板高度，高控V-305罐水室以及V-312聚结器界位，增加油水分离时间，减少苯乙烯带入汽提塔形成聚合物的可能。

(3)对该塔进行技术改造，增加该塔开孔率，提高降液管底隙高度，扩大底部5层塔盘孔径，减小液相在降液管及塔板上的停留时间，在满足负荷提升分离效率的同时减少催化剂粉尘、聚合物等杂物在塔板上积聚。

5 技术改造方案及运行效果

为满足装置负荷提升需求，同时解决该塔出现的异常问题，对该塔进行技术改造，将塔板开孔率由6.51%提高到11.04%，降液管底隙由60 mm提高至90 mm，底部5层塔盘孔径由φ12 mm扩大至φ20 mm，操作弹性由原设计的60%～125%提高至70%～140%或更大范围内正常操作，将操作弹性放大，减小在高负荷下运行塔发生液泛的可能。流体力学计算结果改造前后对比如表4所示。

表4 塔板改造前后流体力学计算结果对比

从表4可知，改造后塔板和降液管泛点率均在设计要求范围之内，塔的压降在10 kPa以内，液体在降液管和塔板上的停留时间减小。从实际运行效果看，该塔在110%负荷进料的情况下，塔压差基本稳定在10 kPa以内，塔釜凝液中烃类分析结果＜1 mg/kg，并且塔的进料温度较改造前降低5 ℃，塔的分离效果变好，操作弹性变大，液位和塔压差均很稳定，满足生产需求。

6 结语

(1)催化剂粉尘和苯乙烯聚合物堵塞塔板筛孔，导致塔的分离效率降低，在高负荷下塔发生液泛造成异常波动大。

(2)良好的塔板设计对特殊工况下保障塔的分离效果及正常运行起着至关重要的作用。

(3)改造后的塔板在110%负荷下运行稳定，塔的差压在10 kPa以内，工艺凝液中的烃类＜1 mg/kg，满足生产需求。