干氣制乙苯裝置運(yùn)行優(yōu)化及揮發(fā)物治理分析

林超 萬(wàn)哲

摘 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)石化行業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。利用催化干氣中的稀乙烯直接與苯烴化的技術(shù)，國(guó)外早在20世紀(jì)50年代末就開(kāi)始了研究和探索。國(guó)內(nèi)在二十世紀(jì)八九十年代由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、撫順石化公司等聯(lián)合開(kāi)發(fā)了催化干氣制乙苯的系列技術(shù)。以稀乙烯法生產(chǎn)乙苯，凈原料成本比純乙烯法低13%-15%，具有明顯的利潤(rùn)空間和成本競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)對(duì)裝置設(shè)計(jì)上進(jìn)一步優(yōu)化，乙苯裝置增加循環(huán)苯汽化器，提高裝置的穩(wěn)定性，降低操作難度。

關(guān)鍵詞：催化干氣;乙苯;優(yōu)化

1.工藝原理及特點(diǎn)

稀乙烯制乙苯工藝原理是原料催化干氣中的乙烯與純苯在一定條件下于固定床分子篩催化劑上進(jìn)行氣相烷基化反應(yīng)同時(shí)伴隨副反應(yīng)的發(fā)生，得到目標(biāo)產(chǎn)物乙苯和副產(chǎn)物多乙苯。為了減少副產(chǎn)物進(jìn)一步提高乙苯產(chǎn)率，將多乙苯與苯按一定比例均勻混合，返回烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器進(jìn)行液相烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成乙苯。整個(gè)過(guò)程主要發(fā)生了如下系列反應(yīng)：

1.1主反應(yīng)。

C2H4+C6H6=C6H5C2H5

此反應(yīng)是強(qiáng)放熱可逆反應(yīng)，反應(yīng)熱為1072.6kJ/kg，但在0.8MPa，320～400℃條件下，正向反應(yīng)（烷基化）比反向反應(yīng)（脫烷基）更為有利。

C6H4（C2H5）2+C6H6=2C6H5C2H5

多乙苯和苯發(fā)生烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生產(chǎn)乙苯，烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)進(jìn)行的速率比烷基化反應(yīng)慢，并且受化學(xué)平衡的限制，熱效應(yīng)基本為零。

1.2副反應(yīng)。

C6H5C2H5+C2H4=C6H4（C2H5）2

C6H4（C2H5）2+C2H4=C6H3（C2H5）3

C3H6+C6H6=C6H5C3H7

C6H5C2H5=C6H4（CH3）2

n[CnH2n]→[CnH2n]n

在烷基化反應(yīng)過(guò)程中，主要副反應(yīng)是苯與丙烯反應(yīng)生產(chǎn)丙苯，乙苯與乙烯進(jìn)一步反應(yīng)生成二乙苯和三乙苯等。

2.工藝流程

乙苯裝置共分5個(gè)系統(tǒng)，即脫丙烯系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、尾氣吸收系統(tǒng)、產(chǎn)品分離系統(tǒng)、熱載體系統(tǒng)，如圖1所示。

3.乙苯裝置循環(huán)苯汽化升溫過(guò)程的優(yōu)化

同類型裝置開(kāi)工過(guò)程中在苯循環(huán)升溫階段，循環(huán)苯加熱爐爐管振動(dòng)大，出口溫度波動(dòng)大，系統(tǒng)升溫慢等問(wèn)題。與設(shè)計(jì)院反復(fù)論證，在循環(huán)苯加熱爐前增置苯汽化器，提高進(jìn)爐溫度，轉(zhuǎn)移苯汽化點(diǎn)，使苯純汽相進(jìn)入加熱爐管，減少因汽液兩相攜帶造成爐管振動(dòng)大，苯循環(huán)升溫期間操作平穩(wěn)，縮短了裝置開(kāi)工時(shí)間，消除開(kāi)工階段安全隱患。

4.裝置VOCs改造治理

VOCs揮發(fā)性有機(jī)物，是指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點(diǎn)在260℃以下的有機(jī)化合物，或在20℃條件下蒸汽壓大于或等于10Pa具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物。揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）：指含有機(jī)化合物之空氣污染物總稱。但不包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳化物、碳酸鹽、碳酸銨等化合物。國(guó)家環(huán)境保護(hù)部辦公廳要求全國(guó)石化行業(yè)全面實(shí)施VOCs綜合整治工作，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，位于重點(diǎn)區(qū)域的石化企業(yè)應(yīng)按規(guī)定達(dá)到特別排放限值的要求。為順應(yīng)保護(hù)大氣環(huán)境質(zhì)量、徹底實(shí)現(xiàn)大氣污染治理的趨勢(shì)、貫徹國(guó)家政策、滿足國(guó)家法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)要求，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司下發(fā)了《中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治工作方案》，要求下屬各個(gè)公司所屬分廠對(duì)VOCs進(jìn)行綜合治理。

4.1裝卸車設(shè)施改造

揮發(fā)性有機(jī)液體裝卸棧橋?qū)﹁F路罐車、汽車罐車進(jìn)行裝載，揮發(fā)性有機(jī)液體裝卸碼頭對(duì)船（駁）進(jìn)行裝載的設(shè)施，以及把揮發(fā)性有機(jī)液體分裝到較小容器的分裝設(shè)施，應(yīng)密閉并設(shè)置有機(jī)廢氣收集、回收或處理裝置，其大氣污染物排放應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)定。

（1）乙苯鶴管從裝車棧臺(tái)的密閉鶴管氣相管道的油氣經(jīng)過(guò)油氣回收管道上的閥門、阻火器、止回閥，將該油氣輸送至現(xiàn)有油氣回收氣相總管。

（2）苯卸車方式為軟管卸車。增加卸車密閉罩，由罐車頂通入氮?dú)猓獨(dú)饨?jīng)壓力調(diào)節(jié)閥減壓至1KpaG，防止車罐內(nèi)真空。

4.2乙苯罐區(qū)VOCs改造

（1）苯、甲苯、二甲苯等危險(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)在內(nèi)浮頂罐基礎(chǔ)上安裝油氣回收裝置等處理設(shè)施。原罐區(qū)異味治理系統(tǒng)只有一座吸附罐，無(wú)備用吸附罐，當(dāng)其再生或換劑時(shí)異味治理系統(tǒng)需停用，此時(shí)儲(chǔ)罐油氣無(wú)法回收。

（2）產(chǎn)生大氣污染物的生產(chǎn)工藝和裝置需設(shè)立局部或整體氣體收集系統(tǒng)和凈化處理裝置，達(dá)標(biāo)排放。排氣筒高度應(yīng)按環(huán)境影響評(píng)價(jià)要求確定，且至少不低于15m。水封水采用裝置水洗塔排污水或新鮮水，活性炭失效后，使用氮?dú)夂驼羝祾咴偕祾叩獨(dú)夂驼羝冗M(jìn)低壓瓦斯管網(wǎng)，合格后放空。

4.3乙苯裝置密閉采樣器改造

（1）利用管道介質(zhì)壓差實(shí)現(xiàn)樣品自循環(huán)，不產(chǎn)生置換廢液（常壓儲(chǔ)罐通過(guò)采樣器手搖泵實(shí)現(xiàn)密閉循環(huán)）;

（2）回收采樣過(guò)程中揮發(fā)的VOCs氣體至低壓管線（常壓儲(chǔ)罐通過(guò)采樣器活性炭吸附罐進(jìn)行吸附）。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）催化干氣中乙烯含量較高，同時(shí)氣量較大，乙苯裝置負(fù)荷高達(dá)119%左右，苯和乙烯單耗目前優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類裝置。乙苯裝置的綜合能耗117.7kg/t優(yōu)于國(guó)內(nèi)其他同類裝置。

（2）設(shè)計(jì)上進(jìn)一步優(yōu)化，乙苯裝置增設(shè)循環(huán)苯汽化器，避免液擊現(xiàn)象發(fā)生，開(kāi)工期間操作平穩(wěn)，提高裝置的穩(wěn)定性，降低操作難度。

（3）通過(guò)改造，裝卸車場(chǎng)油氣味大大降低，罐區(qū)油氣吸附罐實(shí)現(xiàn)一開(kāi)一備和靈活切換，裝置全部采樣點(diǎn)不產(chǎn)生采樣廢液和油氣。極大的減少了裝置VOCs排放量，同時(shí)降低了火災(zāi)爆炸和人員中毒風(fēng)險(xiǎn)，利于提高操作的本質(zhì)安全。

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