苯乙烯裝置腐蝕分析及腐蝕監測方案

師春楊,葉福相,李文博,謝志偉,席井帆,郭金彪

(1.浙江石油化工有限公司,浙江 舟山 316000;2.浙石化(自貿區)綠色石化研究院有限公司,浙江 舟山 316000)

1 苯乙烯裝置概況

某石化公司1.2 Mt/a苯乙烯裝置采用美國Technip &Badger專利技術。乙苯單元以苯和乙烯為原料,采用ExxonMobil的EBMax液相烷基化技術生產乙苯。乙苯單元包括烷基化/烷基轉移反應系統和乙苯精餾系統兩部分。苯乙烯單元主要包括脫氫反應和苯乙烯精餾兩部分。苯乙烯單元為TOTAL/BAGER的絕熱脫氫技術。乙苯在脫氫反應器內經催化劑作用進行脫氫反應,生成苯乙烯。在脫氫精餾系統,對脫氫反應產物進行分離,得到苯乙烯單體,生產純度達99.9%(質量分數)。

2 腐蝕介質及腐蝕部位確定

2.1 腐蝕介質

苯乙烯裝置腐蝕介質的來源有原料、生產過程中的反應副產物及所需的助劑等。原料中的腐蝕性介質主要包括乙烯原料和苯原料中帶有的微量硫化物、氯化物等;生產過程中的反應副產物CO2以及所加助劑中存在的酸性物質都會對裝置產生腐蝕[1]。

2.2 確定腐蝕部位

根據苯乙烯裝置的生產工藝、設備以及工藝操作參數,結合此裝置中腐蝕性介質的存在環境,同時借鑒國內同類型的苯乙烯裝置的腐蝕案例,確定了此苯乙烯裝置的易腐蝕部位,見表1。

表1 苯乙烯裝置易腐蝕部位

3 苯乙烯裝置腐蝕分析與監測方案

3.1 乙苯單元

在乙苯單元中,乙烯與苯通過烷基化反應和烷基轉移反應來生產乙苯,粗乙苯經過苯塔、乙苯塔、多乙苯塔、脫輕組分塔系統,回收未反應的苯,分離渣油內的多乙苯,脫除系統的輕組分和水。

在整個乙苯系統中,既包括原料苯和乙烯中帶有的少量氯和硫,也包括反應過程中產生的少量有機酸都會聚集在脫輕組分塔塔頂。自脫輕組分塔經脫輕組分冷凝器至脫輕組分塔頂回流罐的管線以及脫輕組分塔和脫輕組分塔頂回流罐的材質均為碳鋼。在這里酸性物質富集在剛冷凝下來的液體中,塔頂冷凝冷卻系統的管道和設備都會發生酸性腐蝕[2-3]。

為減少腐蝕,需要將少量的脫氧水和脫輕組分回流罐中的部分水注入至輕組分塔塔頂冷凝器的進口,具體見表2。

表2 脫輕組分塔塔頂注水

在乙苯系統中,設立的腐蝕監測方案有化學分析、在線腐蝕監測和定點測厚等內容。

(1)化學分析

脫輕組分塔塔頂冷凝系統的化學分析有3處,具體見表3。

(2)在線腐蝕監測

脫輕組分塔塔頂冷凝系統的在線腐蝕監測為電感探針和在線pH探針,具體情況見表4。

(3)定點測厚

脫輕組分塔塔頂冷凝系統的定點測厚有5處,具體見表5。

表5 脫輕組分塔塔頂冷凝系統定點測厚

3.2 苯乙烯單元

苯乙烯單元主要包括乙苯脫氫反應和苯乙烯精餾兩部分。在水蒸氣存在下乙苯催化脫氫生成粗苯乙烯,粗苯乙烯經沉降、油水分離后,水相和氣相組分分別進入凝液汽提及尾氣回收系統。油相在精餾單元經高/低壓粗苯乙烯塔、苯/甲苯塔、苯乙烯產品塔進行分離。乙苯脫氫反應的副產物CO2及注入精餾緩聚劑帶入的腐蝕性介質會對整個苯乙烯單元產生較為嚴重的腐蝕。

3.2.1 粗苯乙烯冷凝沉降系統

在粗苯乙烯冷凝沉降系統中,乙苯經脫氫反應后冷凝形成粗苯乙烯。氣相部分經過脫氫尾氣分液罐直接進入脫氫尾氣壓縮機。液相部分進入粗苯乙烯沉降罐進行沉降分離,將油水兩相分離后,水相進入汽提塔中,油相經尾氣/粗苯乙烯換熱器換熱后進入苯乙烯精餾段,其系統流程見圖1。

圖1 粗苯乙烯冷凝沉降系統工藝流程

系統中主要的腐蝕性介質為副產物CO2。由于CO2溶解于出料冷凝物的水相后呈酸性,因此會導致下游的碳鋼設備和管線發生較為嚴重的腐蝕[4]。

為減少腐蝕,在粗苯乙烯冷凝器的上游注入胺溶液來提高pH值,從而控制水相中的碳酸含量,具體情況見表6。

表6 粗苯乙烯冷凝器上游注劑

在粗苯乙烯冷凝沉降系統中,設立的腐蝕監測方案有化學分析、在線腐蝕監測和定點測厚。

(1)化學分析

粗苯乙烯冷凝沉降系統的化學分析有1處,具體情況見表7。

表7 粗苯乙烯冷凝沉降系統分析項目

(2)在線腐蝕監測

粗苯乙烯冷凝沉降系統的在線腐蝕監測為電感探針和在線pH探針,具體情況見表8。

表8 粗苯乙烯冷凝沉降系統在線監測

(3)定點測厚

粗苯乙烯冷凝沉降系統的定點測厚有6處,具體情況見表9。

表9 粗苯乙烯冷凝沉降系統定點測厚

3.2.2 苯乙烯精餾系統

來自粗苯乙烯沉降罐的粗苯乙烯進入高/低壓粗苯乙烯塔,回收未轉化的乙苯,將苯/甲苯進一步分離,經苯乙烯產品塔后得到苯乙烯產品。為防止苯乙烯發生聚合,在粗苯乙烯進料口注入精餾緩聚劑。此系統的工藝流程見圖2。

圖2 苯乙烯精餾系統工藝流程

在苯乙烯精餾系統中,腐蝕性介質主要是由粗苯乙烯及注入的精餾緩聚劑帶入的。精餾緩聚劑的主要成分為2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚(DNBP),DNBP的生產過程決定了DNBP會含有酸性物質(稀硝酸和稀硫酸)。經過低壓粗苯乙烯塔、高壓粗苯乙烯塔和苯/甲苯塔蒸餾后,酸蒸汽會隨氣相有機物一起從塔頂餾出。氣相餾出物經冷卻器后,酸蒸汽會凝結成酸產生酸性腐蝕。換熱部位、塔頂冷凝冷卻系統的管線和設備都會發生腐蝕[5-6]。

在該系統中,設立的腐蝕監測方案有化學分析、在線腐蝕監測、定點測厚。

(1)化學分析

苯乙烯精餾系統的化學分析有1處,見表10。

表10 苯乙烯精餾系統化驗分析項目

(2)在線腐蝕監測

苯乙烯精餾系統的在線腐蝕監測為電感探針,見表11。

表11 苯乙烯精餾系統在線監測

(3)定點測厚

苯乙烯精餾系統的定點測厚有16處,見表12。

表12 苯乙烯精餾系統定點測厚

3.2.3 尾氣及凝液回收系統

在尾氣及凝液回收系統中,來自粗苯乙烯尾氣冷凝罐氣相的脫氫尾氣換熱后經尾氣吸收塔、尾氣解析塔及熱井尾氣洗滌塔處理后,回收其中的烴類。自低壓粗苯乙烯塔、高壓粗苯乙烯塔和苯/甲苯塔塔頂的真空氣相凝液進入熱井中,氣相進入熱井尾氣洗滌塔中,液相返回粗苯乙烯沉降罐。此系統的工藝流程見圖3。

圖3 尾氣及凝液回收系統工藝流程

脫氫尾氣中含有大量的CO2,而且濃度會逐漸升高。脫氫尾氣進入尾氣/粗苯乙烯換熱器后由144 ℃冷卻至80 ℃,所以在尾氣/粗苯乙烯換熱器的管程部位存在相變區。相變區之后的CO2溶于水形成碳酸腐蝕溶液,對整個系統的管道和設備都會產生較為嚴重的腐蝕。熱井的進料主要來源于三個精餾塔的塔頂氣相凝液,凝液中帶有精餾緩聚劑(DNBP),DNBP中的酸性介質會對熱井產生酸性腐蝕[7-8]。

設立的腐蝕監測方案有化學分析、在線腐蝕監測和定點測厚。

(1)化學分析

尾氣及凝液回收系統的化學分析有1處,具體見表13。

(2)在線腐蝕監測

尾氣及凝液回收系統的在線腐蝕監測為電感探針,具體情況見表14。

表14 尾氣及凝液回收系統在線監測

(3)定點測厚

尾氣及凝液回收系統的定點測厚有12處,具體見表15。

表15 尾氣及凝液回收系統定點測厚

4 結 論

對某石化公司1.2 Mt/a苯乙烯裝置進行腐蝕分析,得出以下結論:

(1)乙苯單元的腐蝕主要集中在脫輕組分塔塔頂,發生的腐蝕為有機酸腐蝕。

(2)苯乙烯單元中的腐蝕性介質為反應過程中的副產物CO2及添加助劑帶入的無機酸,腐蝕主要發生在換熱部位、塔頂冷凝冷卻系統的設備和管線,腐蝕類型為CO2腐蝕和酸性腐蝕。

(3)通過腐蝕監測方案及監測數據分析,可及時發現苯乙烯裝置的腐蝕程度及腐蝕的發展趨勢,并采取相應的防控措施。