改質(zhì)瀝青反應(yīng)釜長周期運行探討

蘭全有　王箕嶸

寧夏寶豐能源集團股份有限公司苯加氫焦油加工廠（寧夏寧東　750411）

化工設(shè)備

改質(zhì)瀝青反應(yīng)釜長周期運行探討

蘭全有王箕嶸

寧夏寶豐能源集團股份有限公司苯加氫焦油加工廠（寧夏寧東750411）

介紹了瀝青三釜串聯(lián)工藝改質(zhì)技術(shù)，列出了改質(zhì)瀝青工藝控制指標和質(zhì)量標準，指出了存在的問題。提出了四釜串聯(lián)的技改方案等工藝改進措施。技改后進行了實際生產(chǎn)驗證，得出了該工藝方案的穩(wěn)定操作指標。結(jié)果顯示，所提的技改措施在改善瀝青改質(zhì)反應(yīng)釜結(jié)焦問題上效果顯著，能明顯延長裝置的運行周期。

改質(zhì)瀝青運行周期四釜串聯(lián)

1　裝置簡介

寧夏寶豐能源集團股份有限公司苯加氫焦油加工廠的30萬t/a焦油加工裝置始建于2011年3月，于2012年9月建成投產(chǎn)，2013年5月產(chǎn)能擴建。該裝置主要以寧夏寶豐能源集團股份有限公司焦化廠的500萬t/a焦炭裝置副產(chǎn)的高溫、高硫煤焦油為原料，氫氧化鈉、硫酸、焦爐煤氣等為輔料，生產(chǎn)輕油、酚油、粗酚、工業(yè)萘、洗油、蒽油、閃蒸油、炭黑油、燃料油、改質(zhì)瀝青等產(chǎn)品，其中改質(zhì)瀝青的收率約為48.5%。

焦油蒸餾裝置采用三塔串聯(lián)的方式，塔底獨立循環(huán)加熱。脫水塔塔頂采出輕油；主塔塔頂采出部分酚油，側(cè)線采出三混油；減壓塔側(cè)線采出蒽油，塔底采出中溫瀝青。中溫瀝青經(jīng)過釜式加熱工藝調(diào)制后生產(chǎn)改質(zhì)瀝青，因采用常減壓、不加堿工藝，減壓塔和反應(yīng)釜配合使用，故瀝青質(zhì)量可靈活調(diào)整，其軟化點可控范圍大（70～120℃），而且灰分含量低，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，可以滿足不同客戶的要求。

2　原改質(zhì)瀝青工藝及結(jié)焦情況介紹

改質(zhì)瀝青的原料是焦油加工裝置減壓蒸餾塔塔底采出的中溫瀝青，減壓蒸餾塔塔釜控制溫度為353～358℃。中溫瀝青經(jīng)高溫熱聚反應(yīng)生成高附加值改質(zhì)瀝青，主要用于制備電爐煉鋼用石墨電極、電解制鋁的電極板及電極糊等碳素制品的黏結(jié)劑[1]。改質(zhì)瀝青占煤焦油產(chǎn)品量的50%左右，因此其質(zhì)量和價格對煤焦油加工裝置的整體效益至關(guān)重要。應(yīng)用于不同場合的瀝青，可通過瀝青改質(zhì)工藝調(diào)整而得。

改質(zhì)瀝青出廠控制指標及產(chǎn)品檢測結(jié)果如表1所示。

表1　改質(zhì)瀝青出廠指標%

2.1三釜串聯(lián)工藝

原中溫瀝青改質(zhì)工段采用三釜串聯(lián)工藝（見圖1），中溫瀝青依次經(jīng)過3臺串聯(lián)的常壓反應(yīng)釜進行熱聚合。在聚合過程中，瀝青中的低沸點組分被閃蒸，隨著瀝青軟化點的升高，代表其黏結(jié)性指標的β樹脂的質(zhì)量分數(shù)得以提高，從而得到改質(zhì)瀝青。該工藝的控制指標主要是反應(yīng)釜溫度，具體見表2。

圖1　三釜串聯(lián)工藝流程

2.2存在的問題

2013年9月前，廠內(nèi)改質(zhì)瀝青生產(chǎn)采用三釜串聯(lián)工藝，存在的主要問題為系統(tǒng)的結(jié)焦速率快、結(jié)焦現(xiàn)象嚴重，經(jīng)常造成釜底角閥和管道堵塞，或使系統(tǒng)阻力增加，反應(yīng)釜滿流不暢。

表2　三釜串聯(lián)工藝控制指標℃

在生產(chǎn)過程中結(jié)焦的主要部位是釜底管線和側(cè)線，原裝置采用DN100的管線，結(jié)焦厚度為5～8 mm；次要部位是反應(yīng)釜，主要集中在釜壁中下部，厚度一般為10～15 mm。停車檢查時發(fā)現(xiàn)，攪拌機刮刀有三分之一脫落。整套裝置運行過程中，單釜運行周期一般為12～15周，期間要進行切釜清焦或降量生產(chǎn)。切釜清焦時需加熱烘烤管線、設(shè)備、閥門，頻繁操作既降低了裝置產(chǎn)能，又容易引發(fā)事故。

3　問題分析及改進措施

3.1問題分析

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)造成結(jié)焦的因素主要有以下幾方面：一是生產(chǎn)過程中，瀝青的輕質(zhì)組分被蒸發(fā)，高碳成分增加，黏度增大，造成其流動性降低，導(dǎo)致在高溫下易結(jié)焦；二是系統(tǒng)溫度過高，為了滿足瀝青喹啉不溶物質(zhì)量分數(shù)的要求，瀝青必須在較高的反應(yīng)溫度和足夠長的停留時間內(nèi)進行熱聚合反應(yīng)，因此容易引起高溫結(jié)焦；三是生產(chǎn)不穩(wěn)定（如爐膛溫度時常變化、反應(yīng)釜接收中溫瀝青的量不穩(wěn)定等），爐膛溫度不穩(wěn)定、反應(yīng)釜局部受熱等均會加劇裝置管線的結(jié)焦。綜合分析，高溫結(jié)焦是瀝青改質(zhì)過程中裝置管道結(jié)焦的最主要因素。

3.2改進措施

根據(jù)上述分析，對改質(zhì)瀝青工段提出了如下改進措施：

（1）選取合適的工藝路線

研究相關(guān)文獻資料，對比三釜串聯(lián)工藝，發(fā)現(xiàn)增加停留時間可以在相對較低的反應(yīng)溫度下保證瀝青產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。因此工藝上考慮增設(shè)一臺反應(yīng)釜，形成四釜串聯(lián)工藝，以增加停留時間，降低反應(yīng)溫度，緩解高溫和局部過熱引起的結(jié)焦；多釜之間的連接應(yīng)盡量選用過料流暢的方式，這樣既能降低爐膛溫度，又能靈活控制瀝青的指標；增加氣相平衡管線和液相平衡管線，正常生產(chǎn)時閥門處于全開狀態(tài)，在主流程管線出現(xiàn)堵塞時，可以通過平衡管線來平衡壓力和液面，以避免閃蒸油竄入瀝青中或者發(fā)生凝線事故。

（2）穩(wěn)定操作指標

制定合理的操作指標并嚴格監(jiān)督執(zhí)行。操作指標執(zhí)行不嚴格，往往會加劇結(jié)焦，如爐膛溫度不穩(wěn)定、反應(yīng)釜局部受熱等會加劇結(jié)焦；中溫瀝青量過大容易造成脹釜，過小管線流速會降低，易導(dǎo)致管壁沉焦；反應(yīng)釜攪拌轉(zhuǎn)速過快，釜內(nèi)瀝青易涌動，過慢則瀝青旋轉(zhuǎn)速度不夠，容易沉焦。經(jīng)過試驗，攪拌轉(zhuǎn)速在30 r/min左右時，釜內(nèi)液面相對比較平緩。此外，根據(jù)每臺反應(yīng)釜的結(jié)焦情況，有針對性地制定對應(yīng)的爐膛溫度指標，以均衡每臺反應(yīng)釜的結(jié)焦狀態(tài)。

（3）生產(chǎn)過程中采取一些預(yù)防性措施

釜底順料，每隔20～30 d將釜底及底部管線向中間槽放料一次，可以有效解決瀝青渣在管線底部因爬坡而沉積的問題。同時，利用每次放料的機會將釜底易堵塞的角閥360°旋轉(zhuǎn)2～3次，防止焦粒沉積、結(jié)焦堵塞閥門。另外，及時對瀝青管線進行保溫，如處理完的管線要隨時恢復(fù)保溫，以避免因管線內(nèi)外溫差過大而加劇結(jié)焦。

（4）檢修要徹底

利用停工機會，準確找出結(jié)焦嚴重的部位進行重點處理，每條管線、每個閥門都要清理干凈，最好使用高壓水沖洗清焦，如此清理既干凈又省時間（降溫、清理、恢復(fù)共需3～4 d）。另外，檢修時不能只關(guān)注大設(shè)備而忽視一些小設(shè)備，設(shè)備清理完畢后的檢查驗收環(huán)節(jié)也非常重要，要詳細檢查，不留死角。攪拌機刮刀選用304以上等級材質(zhì)的不銹鋼，能更好地抵抗腐蝕和沖刷，刮刀連接要牢固，最好焊接在槳葉上，刮刀距釜內(nèi)壁20 mm為宜。

4　改進效果

改進措施于2013年11月實施完成。技術(shù)改進后，改質(zhì)瀝青工段采用四釜串聯(lián)工藝，其流程見圖2。裝置嚴格按照上述措施及指標進行穩(wěn)定操作，爐膛溫度控制按照表3進行，反應(yīng)釜轉(zhuǎn)速控制在30～35 r/min之間。

技改完成后至今一年多時間的運行結(jié)果顯示：在得到相同質(zhì)量改質(zhì)瀝青的情況下，系統(tǒng)溫度明顯降低，反應(yīng)釜結(jié)焦情況得到明顯改善。反應(yīng)釜最低運行周期達到23周，期間不需要切釜、清焦，只需采取一些預(yù)防性措施即可，系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)能力得到大幅度提升。

表3　四釜串聯(lián)工藝控制指標℃

圖2　四釜串聯(lián)工藝流程

5　結(jié)論

瀝青生產(chǎn)過程中反應(yīng)釜結(jié)焦是十分嚴重且易發(fā)生的問題，如何保持反應(yīng)釜長周期運行是業(yè)界長期探討的重要話題。反應(yīng)釜結(jié)焦有兩個重要因素，即反應(yīng)溫度和停留時間，這兩個因素也直接影響瀝青的質(zhì)量。技改前后的生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)顯示：對比三釜串聯(lián)工藝，四釜串聯(lián)工藝持續(xù)運行周期長，單釜連續(xù)運行周期超過半年，較三釜串聯(lián)工藝優(yōu)勢明顯；四釜串聯(lián)比三釜串聯(lián)爐膛溫度平均低238℃，可有效減少系統(tǒng)結(jié)焦堵塞問題。

[1]肖瑞華.煤焦油化工學(xué)[M].2版.北京：冶金工業(yè)出版社, 2009.

[2]彭霓如,金海霞,劉小涌.兩釜串聯(lián)連續(xù)式改質(zhì)瀝青的生產(chǎn)[J].山東冶金,2005,27(增刊)：222-223.

Discussion on the Long-period Operation of Modified Pitch Reactor

Lan Quanyou Wang Qirong

The pitch modification technology with three reactors in series was introduced,and the process control indexes and quality standards of the modified pitch were listed.According to the existing problems,the improvement measures(the four reactors in series plan included)were put forward.The production test after technological transformation offered the stable operation indexes.The results showed that the measures worked wonderfully in improving the coking problem in modified pitch reactor,and could significantly prolong the operation period of the device.

Modified pitch;Operation period;Four reactors in series

TQ522.65

蘭全有男1981年生本科主要研究方向為煤化工

2015年7月