粗苯生產工藝優化調整控制

白銀強 李彥勇 高鵬娜（.遷安九江煤炭儲運有限公司焦化廠，河北 遷安 064400；. 唐山寶利源煉焦有限公司，河北 遷安 064400；.遷安宏奧工貿有限公司焦化廠，河北 遷安 064400）

粗苯是由多種芳烴和其他化合物組成的復雜混合物。粗苯中主要含有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳香烴。此外，還含有不飽和化合物、硫化物、飽和烴、酚類和吡啶堿類。當用洗油回收煤氣中苯族烴時，粗苯中尚含有少量的洗油輕質餾分。

該QC 小組由李勁松牽頭，對九江焦化、寶利源煉焦、宏奧焦化等的粗苯工段的生產進行了調整改進。以九江焦化粗苯生產為依據，由馬海峰執筆，寫成此論文。在此期間得到了各廠領導的大力支持，在此一并表示感謝。

1 吸收苯族烴的基本原理

煤焦油洗油的成分中含有甲基萘、二甲基萘、聯苯、苊、芴、氧芴等組分，用洗油吸收煤氣中的苯族烴是典型的多組分吸收，為了敘述問題方便，視其為單組分吸收，同時洗油吸收煤氣中苯族烴是物理吸收過程，服從拉烏爾定律和道爾頓定律。所得到的稀溶液即含苯洗油可視為理想溶液，其液面上粗苯的平衡蒸氣壓可按拉烏爾定律確定。由此導出的公式為：

式中

φb—煤氣中苯族烴的體積分數

p—煤氣的總壓力，kPa

Mb—粗苯的平均相對分子質量

a—煤氣中苯族烴的含量(質量含量) g/m3

ωb—洗油中粗苯的含量(質量分數)%

Mm—洗油的相對分子質量

p0—在回收溫度下苯族烴的飽和蒸氣壓，kPa

pg—煤氣中苯族烴的分壓

pL—洗油液面上苯族烴的平衡蒸氣壓

x—洗油中粗苯的摩爾分數

洗油吸收煤氣當中苯族烴的極限為氣液兩相達到平衡，此時Pg=PL。即：

洗油中粗苯的含量很小，可將上式簡化為：

因此，在平衡狀態下a與ωb之間的關系式為：

2洗油相對分子質量與其吸收能力的關系

在生產實踐中，我們都希望ωb越大越好，即洗油中粗苯的含量越高越好；另外，a越小越好，即煤氣當中苯族烴的含量越少越好。為了達到這一目的，我們結合生產實踐對公式ωb=

中，由于焦爐操作的科學化、規范化、制度化使焦爐的煤氣發生量達到連續穩產的水平，所以p的波動量不大，可以看做一個常數。p0為在回收溫度下的苯族烴的飽和蒸氣壓，由于計算機控制技術應用于粗苯生產，粗苯的回收溫度也是可控制在一定范圍內的，所以它的飽和蒸氣壓也可以看做是一個常數。從而，在生產穩定的情況下，要實現ωb越大a越小，只存在一個變量Mm，即洗油的相對分子質量。在公式中Mm出現在分母中，要實現ωb越大，只有Mm越小。對應在生產實踐中就是循環洗油的相對分子質量越小，洗油的質量就越好，即循環洗油中270℃前餾出量越大越好，從煤氣中洗下來的苯就越多，才能實現ωb越大a越小。這就是洗油相對分子質量與其吸收能力的關系。

針對以上分析我們在生產中采取的措施：①把好新洗油的質量關，要求270℃前餾出量大于90%。②把好再生循環洗油關，要求定時定量排渣。

從圖1 當中可以直觀的看出，隨著洗油相對分子質量的加大，吸收苯的能力迅速下降。此圖也佐證了我們前面的分析。

3 現狀分析及改進措施

以上所及內容大部分都是從理論上描述粗苯工段生產的洗苯過程，其目的是以此來分析出循環洗油質量的好壞是決定洗苯效果的重要因素。為改善循環洗油質量，找到理論支撐，用以指導生產實踐。

改善循環洗油的質量是重要的和必要的。但是，這不是我們的最終目的，我們的目的是多出苯出好苯，在改善循環洗油質量的基礎之上，粗苯質量在94%以上（180℃前餾出量），而且穩產高產，為此我們成立攻關小組來尋找脫苯塔的最佳操作點，為了敘述方便，我們借用數學工具——數軸來表示脫苯的生產過程。

從75℃到350℃基本包括了整個脫苯的全過程，對應在生產上這段就可以表示為富油。80℃左右是粗苯的初餾點，到180℃前為粗苯產品，230℃左右，為循環洗油的初餾點，到300℃前為循環洗油，對應在生產上，就是貧油。300℃以后是渣滓，對應生產上就是再生器的排出物。我們從數軸上可以看出，脫苯生產有兩個操作點，一個是300℃以后的排渣操作點；另一個是?段。我們叫它為問題段。即180℃-230℃之間的操作點。

以某焦化廠二月份生產數據來分析：

粗苯產量1700 噸，洗油消耗57 噸，每兩天排渣一次，每次排渣量約1.5噸。由此得知全月排渣量1.5噸X15次=22.5噸。

問題：盤點消耗洗油57噸，排渣只有22.5噸，還有57-22.5=34.5噸的洗油到哪里去了？

分析：在粗苯生產的過程當中除了排渣還有一個地方可以消耗洗油。那就是洗苯塔后的煤氣夾帶。如果每個月有34.5噸的洗油被煤氣帶走的話，那首當其沖的受害者就是粗苯的管式爐。其次就是焦爐地下室。因為這兩個地方離著洗苯塔后的回爐煤氣最近。生產實踐表明，煤氣夾帶沒有那么嚴重。

結論：問題出在180℃-230℃之間的操作點上。這段物質教科書上稱之為溶劑油。

分析一下溶劑油段：在這段溫度范圍內粗苯與溶劑油共存。因為粗苯質量標準當中有一項是180℃前餾出量≥93%。這就說明粗苯里面還有180℃以后的物質即溶劑油。

首先，它的作用：溶劑油在粗苯生產當中是不參與洗苯的。它存在于脫苯塔的精餾段，起著增加塔效、保證回流、控制塔頂溫度、及保證粗苯質量和產量等的作用。

其次，它與粗苯和貧油的關系：承上啟下。以脫苯塔的上下來分。對下，它來自于富油變貧油的過程當中；對上，它又決定著粗苯的產量和質量。

第三，就是它的數量：溶劑油在脫苯塔內是要飽有一定的數量的。多了少了都不行。這個數量一定要滿足連續脫苯蒸餾的需要。多了，塔盤上的液位升高，氣液分離的空間減小，塔阻力增加，塔壓力增大，影響脫苯塔傳質傳熱的效率。再多，就有可能出現液泛或竄塔的現象。造成粗苯質量不合格甚至顏色變黑。少了，塔盤上的液位不足，同樣影響蒸餾效果，造成貧油含苯偏高。這個數量又是動態平衡的。左右這個平衡的主要因素是回流量與進脫苯塔的蒸汽量。這個動態平衡的現象對應到生產上就是塔頂溫度的變動及粗苯質量和產量的變化。這是從蒸餾的角度對溶劑油的分析。

下面我們再從粗苯質量上來分析溶劑油。若粗苯質量是94%，這說明粗苯里面180℃以后的物質占6%。即溶劑油在粗苯里占了6%，由上面的分析得知，溶劑油在脫苯塔內的數量是平衡的。粗苯質量越低帶走的溶劑油就越多。為了滿足蒸餾的需要它就要從貧油當中來獲得補充。這樣就造成了貧油當中輕質組分的流失。造成的結果就是循環洗油逐漸惡化，粘度、密度及分子量增加，流動性變差，后果是洗苯效率降低，塔后煤氣含苯高，嚴重的話還會出現洗苯塔內掛料的現象，不僅如此還會增加洗油消耗。基于以上分析我們認為34.5 噸的洗油大部分是被粗苯帶走了。以此我們做出了提高粗苯質量、增加排渣次數、適當加大回流的操作指導意見。

我們以YB/T 5022-2016 粗苯的行業標準和GB/T 24217-2009洗油的國家標準為依據，借助數學工具數軸來表述粗苯的蒸餾過程，從數軸上我們可以看出，75℃-180℃這段代表粗苯，230℃-300℃這段代表洗油，300℃以后代表排掉的渣滓。同時也出現了問題段，即180℃-230℃這段。為了更清晰的表述這一段我們又把數軸移到了工藝流程圖中，這樣180℃-230℃這段就一目了然了，脫苯塔頂出來的是75℃-180℃的粗苯，脫苯塔底部出來的是貧油，即230℃-300℃的循環洗油。中間一段正好是脫苯塔本身，就是180℃-230℃這段了，教科書上將這一段物質稱為溶劑油或分縮油。溶劑油段起著承上啟下的作用，溶劑油大部分存在于脫苯塔的精餾段。

脫苯塔就是（180℃～230℃）段的示意圖

我們針對粗苯循環洗油狀況采取不同的解決方案，一種是270℃前餾出量低于85%的，要加大排渣，按照日產量乘以50kg進行排渣，排渣溫度不做控制，以期盡快減少循環洗油當中的重質組分，同時提高粗苯質量，由93%提到94%，以期盡快增加循環洗油當中的輕質組分，以上方法堅持2-3月循環洗油質量得到了明顯改善；另一種是270℃前餾出量大于85%的情況，把重點放在提高粗苯質量上，在現有質量的基礎上盡量提高一個百分點，同時增加排渣的次數，堅持每班排渣，排稀渣，不控制排渣溫度。以此來穩定循環洗油質量。

4 優化調整后成效

工藝優化調整后數據對比見下表：

工藝優化調整后數據對比項目洗油餾出量變化塔后苯粗苯質量粗苯回收率餾程230日期270℃g/m3%0.74 0.85 2018年8月2019年8月℃ 0 0.25 250℃3.46 35.5 67.94 87.25 300℃前91.52 95.2 5.04 2.54 180℃前餾出量%93.31 94.9

經過工藝優化調整后一年的運行，同期相比，洗油的質量得到大幅改善，270℃前餾出量大于85%，提高了19.31 個百分點，能夠得以穩定，塔后苯指標降至2.5g/m3，粗苯質量提高了1.59 個百分點，粗苯回收率提高0.11 個百分點；對于凈化煤氣質量，穩定系統生產成效顯著。