优化碱洗塔操作减少黄油生成

优化碱洗塔操作减少黄油生成

张华刘明

神华新疆化工有限公司新疆乌鲁木齐831400

摘要：借鉴神华包头煤化工公司烯烃分离装置碱洗塔的操作经验，对神华新疆化工有限公司烯烃分离装置碱洗塔生成黄油的问题，进行探讨，并提出相应的解决办法。

关键词：碱洗塔；黄油；操作；优化

1烯烃分离装置简介

本装置采用惠生（WISON）专利技术，由中国寰球工程公司进行详细工程设计。该技术采用预切割－油吸收分离技术取代传统深冷脱甲烷系统，流程简单，无深冷分离单元，无乙烯制冷压缩机，设备投资少，能耗低。本装置整体流程由常规单元集成优化而成，有成功工业化经验，技术可靠，风险可控。

2流程概述

碱洗塔C-202位于产品气压缩机三段之后，操作压力1.491MPA。为保证产品气和碱液充分接触，碱洗塔采用碱液三段循环设计，从下至上依次为弱碱循环（循环泵P-208A/B）、中碱循环（循环泵P-207A/B）和强碱循环（循环泵P-206A/B），产品气经E204用水洗水加热至45摄氏度从C-202塔釜进料，经过与塔盘上的碱液接触，其中的酸性气体和NAOH反应后被除去。为减少C-202碱洗段黄油的生成，在碱洗段各循环泵入口管线上设有黄油抑制剂注入点，在强碱段入口设有除氧剂注入点。在碱洗塔的顶部有一个3层泡罩塔盘的水洗段，用次中压除氧水洗掉产品气中携带的碱液；洗完的水一部分送到废碱脱气罐处理，一部分按比例配到强碱段。塔釜碱液用隔板分为两个室，两室之间有小孔相连，大室为弱碱段循环泵提供吸入液；小室中的碱液经静置分层后，最下层为废碱，中部为弱碱混合液，上部为黄油层。碱洗塔废碱经脱气罐V220处理后与黄油分别外送至焚烧炉处理。

图1神华新疆煤化工有限公司烯烃分离装置碱洗塔工艺流程简图

3黄油生成的原因及危害

3.1黄油生成的原因分析

黄油是指产品气在碱洗过程中生成的聚合物与空气接触后形成的黄色粘稠态物质。黄油主要含有含氧聚合物和丁二烯聚合物，含氧聚合物来自于醛酮的缩合反应，丁二烯来自于进料产品气。甲醇制烯烃过称中会发生一系列副反应生成醛、酮、丁二烯，所以碱洗过程中黄油的产生不可避免。一般认为，碱洗系统黄油产生的原因有两个：一是溶解在碱液中的双键不饱和烃或其它不饱和烃在微量氧的作用下，有可能诱发成自由基，这种自由基为交联聚合物的形成创造条件，见（1）式～（3）式；

3.2黄油产生的危害

黄油的产生轻则影响碱洗塔的正常运行和碱洗效果，重则使乙烯、丙烯产品不合格导致下游装置无法正常生产，给企业带来巨大经济损失；另外，大量黄油的是高BOD、COD形成的重要原因；不仅增加了黄油的处理难度和处理费用，而且污染环境。

4抑制黄油产生的措施

根据碱洗塔黄油生成的原因，为减少黄油的生成，需要从几个方面加以控制：

4.1甲醇洗涤塔操作压力的提高

甲醇洗涤塔的操作属于吸收塔，因此相同温度下，压力越高吸收效果越好。相同的操作下，产品气中携带的醛、酮的脱除将会更加彻底，而前述中有“含氧聚合物主要来自于醛酮的Aldol缩合聚合反应”的描述，因此新疆公司烯烃分离装置将碱洗塔设在压缩机三段之后将碱洗塔压力提高至1.491MPA对碱洗塔的操作是有利的。提高碱洗塔的操作压力，CO2的分压增大，有利于NaOH对CO2的吸收，但是碱洗过程中压力过高，产品气中重烃的露点升高，重烃在碱洗塔中冷凝量增加，黄油也随之增多。因此，在实际应用过程中碱洗塔的压力一般控制在1.4MPa左右。

4.2新增废碱脱气罐

充分吸取其他公司在黄油、废碱外送方面的经验和教训后，在碱洗系统设置废碱脱气罐，替代废碱输送泵。

4.3增加仪表冲洗管线

充分调研了其他公司在碱洗塔操作过程中遇到的困难后，为碱洗塔各液位计均设置正式的BFW冲洗管线，定期对液位计进行反冲洗，确保液位指示的及时有效。

4.4.减少产品气中醛和酮的含量

来自甲醇制烯烃装置的产品气中含有少量一氧化碳、氧气、甲醇、二甲醚、醛、酮、有机酸等含氧化合物，醛、酮等氧化物进入碱洗塔，造成碱洗塔黄油生产量的增加。为了脱除各种氧化物的，在碱洗塔前设置甲醇洗涤塔，洗涤水首先进入甲醇洗涤水贮罐V-208，然后由泵P-203A/B送至C-201顶部。在C-201内，产品气与洗涤水逆流接触，气相中的甲醇及其它易溶于水的含氧化合物被洗涤下来，并且次中压除氧水作为洗涤水，实现洗涤水自身循环，不仅可以较少锅炉给水消耗量，而且可以有效的洗涤掉产品气中的乙醛、丙酮等氧化物，减少了黄油的生成量。因此优化甲醇洗涤塔的操作，对醛酮的脱除是非常有利的，对碱洗塔的操作也是有利的。

4.5氧的消除

根据黄油生成机理中“反应气在碱洗过程中冷凝或溶解在碱液中的双烯烃或其它不饱和烃在痕量氧的作用下，有可能诱发成自由基，为交联聚合物的形成创造条件”的描述，得出碱洗塔中氧含量可以减少黄油的生成。因此在开工初期，为了减少氧对黄油生成量的影响，在氮气置换时要严格控制氧气含量，使氮气置换完全，同时在运行过程中，确保新鲜碱罐、药剂罐的氮封严密，补充药剂完成后及时恢复氮封。

4.6操作温度对碱洗塔的影响

因CO2在洗涤液中物理溶解度、反应速度常数、CO2在溶液中的扩散系数受碱洗塔温度的影响；所以控制好碱洗塔的温度至关重要。随着碱洗塔温度升高，扩散系数、反应速度常数增大，加快NaOH与CO2的反应速

度，加速吸收，碱洗效果变好。但是温度过高CO2在洗涤液中物理溶解度减小，即CO2分压增大，，影响气体净化程度。当温度降低时反应速度常数减少，NaOH与CO2的反应速度降低，碱洗效果变差，而且温度降低时重烃类冷凝加速，黄油量增加。

装置采用为常规碱洗法脱除酸性气体，故而此处只讨论Na2CO3的溶解度，如下图所示：

图3Na2CO3溶解度曲线

装置碱洗塔建议操作温度区间在45℃左右，由图中可知，40~50℃是Na2CO3溶解度变化最显著的区域，因此，稳定操作温度，对碱洗塔的操作温度有利。

4.7碱浓度对碱洗塔的影响

碱洗塔的各循环段碱浓度并非越高越好，碱浓度过高会造成烃类聚合速度加快，产生大量黄油，而且碱液浓度提高会降低Na2CO3溶解度，不仅粘度增加，输送困难，反应后的Na2CO3也易沉淀析出而堵塞管道。同时，如果碱液无法完全反应，则产生过多的废碱，处理困难，操作费用也增加。碱洗塔碱液的浓度低，碱洗塔CO2脱除不完全，影响产品质量。综上所述碱液浓度的选择应保证一定的吸收速度，故装置碱洗塔强碱段碱液浓度设计为8%～10%（质量分数），中碱段浓度设计4%～6%（质量分数）为弱碱段碱液浓度设计为1%～3%（质量分数）。

4.8黄油抑制剂、除氧剂

4.8.1黄油抑制剂

黄油抑制剂的作用主要是抑制二烯烃聚合以及醛酮的Aldol缩合反应。选择注入合适的黄油抑制剂，是抑制黄油生成的方法之一，且黄油抑制剂的注入能分散生成的部分黄油，降低黄油的粘度。

4.8.2除氧剂

碱洗塔的强碱段有除氧剂的注入，因为黄油的生成主要为在有氧的环境下生成，如果能消除产品气中携带的氧，则有利于减少黄油的生成。烯烃分离装置的碱洗塔强碱段设置了除氧剂注入，通过生产实践，除氧剂注入后确实降低了黄油的生成（有一段时间未注入除氧剂，黄油生成量较大）。

5结语

神华新疆化工有限公司烯烃分离装置在借鉴了神华包头煤化工烯烃分离装置的经验之后，在设计阶段通过新增碱液脱除罐、新增仪表冲洗管线、改变流程提高碱洗塔操作压力等方法在根本上减少了黄油的生成。在操作过程中严格控制碱洗塔压力、温度、碱浓度、碱循环量，注入黄油抑制剂和除氧剂等措施明显降低了黄油生成量，从而保证碱洗塔安全环保有效地运行。

参考文献：

[1]温丙文.烯烃分离碱洗塔黄油生成的原因分析及控制方法内蒙古化工报2013

[2]宋建东.影响黄油生成量因素及黄油外送方法石化技术2015

[3]丛彦祥，孙东民，王明巨．优化碱洗塔操作减少黄油生成[J]．乙烯工业2007

[4]张玉宽，刘英，杨咏碱洗塔黄油生成机理及控制方法炼油与化工2014