湿式空气氧化法处理乙烯废碱液装置的技术改造.docx
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湿式空气氧化法处理乙烯废碱液装置的技术改造
湿式空气氧化法处理乙烯废碱液装置的技术改造
渡尜乙烯工业21)07,19
(2)17—20ETⅡENEINDUSTRY
湿式空气氧化法处理乙烯废碱液装置的技术改造
刘炳鹏,董明会2
(1中国石化齐鲁石化公司烯烃厂,山东淄博255411;2中国石化石油化工科学研究院,北京,100083)
摘要:
针对中国石化齐鲁石化公司烯烃厂乙烯装置废碱液处理系统在试运转过程中存在的问题,
通过分析原因,提出并实施改进工艺的相关措施,得到一组适宜的工艺操作参数,保证了废碱液湿式空气
氧化装置的稳定运行.
关键词:
湿式空气氧化;废碱液;调优
中国石化齐鲁石化公司烯烃厂(以下简称齐
鲁乙烯)720kt/a乙烯二期改造采用Lummus的三
段碱洗法脱除裂解气中的c02,H2s等酸性气体.
碱洗塔排出的废碱液中除含有Na2S,Na2C03,NaOH
和少量的Na2S03,Na2S203外,还含有硫醇等有机
硫化物,因而具有难闻的臭味.碱洗过程中裂解
气重组分的冷凝以及双烯烃类的聚合,使废碱液
中还含有有机类物质1].由于这股废碱液具有强
碱性,且含有较高浓度的硫化物和有机物,很难处
理,经常对下游污水处理厂造成冲击,影响污水排
放达标率.目前,处理废碱液的预处理方法主要
有氧化法,中和法,沉淀法,汽提法及生物法
等l2,3].国内外的研究结果证明,湿式空气氧化法
是较为理想的预处理方法,国外采用湿式空气氧
化法处理乙烯废碱液已有1O多年的历史_4J.
齐鲁乙烯15t/h废碱液湿式空气氧化装置是
720kt/a乙烯改造项目的配套装置,采用Linde公
司的低温低压湿式氧化处理技术,废碱液处理装
置自开车以来出现了反应不合格,汽提效果差,设
备腐蚀等问题,通过技术改造和优化操作,目前废
碱液排放基本达到标准.
1湿式空气氧化法工艺原理
废碱液的湿式氧化是利用空气中的氧在较低
的温度和压力下,将废碱液中的硫化物氧化为硫
代硫酸盐,亚硫酸盐或硫酸盐,脱除废碱液的臭
味,将酚等有机物部分氧化,提高废碱液的可生化
降解性,再经生化系统适当处理后就可以达标排
放.在湿式氧化过程中发生的主要化学反应如
下[5,6]:
2Na2S+202+H21]—N2S20+2NaOH
Na2s203+202+2NaOH--~2Na2S04+H20
2NaRS+1/202+H'RSSR+2NaOH
2流程简介
齐鲁乙烯废碱液湿式空气氧化的工艺流程见
图1.
图1废碱液湿式空气氧化系统流程示意
废碱液由废碱液进料泵加压后送至废碱液氧
收稿日期:
2007一Ol一29.
作者简介:
刘炳鹏(1970一),男,山东省昌邑市人,大学学历,
工程师,中国石化齐鲁石化公司首席技能大师,1995毕业于青
岛化工学院,毕业后一直从事乙烯生产管理工作.
乙烯工业第19卷
化进/出料热交换器预热至100~120℃.热交换
器出口的废碱液在碱/空气/蒸汽混合器中与中压
蒸汽和压缩空气混合,达到一定温度(120oC)后从
底部进入氧化反应器,反应压力控制在在0.8~
1.0MPa.
废碱液在反应器中停留8小时后从反应器顶
部出来,在进/出料换热器和氧化后碱液冷却器中
冷却至50℃左右,进入中和罐.中和罐的废碱液
经进一步冷却后进入汽提塔中采用空气汽提,汽
提塔的操作压力微低于环境压力,汽提出的气体
送入150m高的烟囱排人大气.
齐鲁乙烯废碱液湿式空气氧化装置设计采用
2个氧化反应器并联使用,每小时处理废碱液15
t,设计中考虑了:
3种工况.3种工况下的废碱液
规格见表1:
其主要工艺控制参数见表2;废碱液
经过氧化处理后的废碱液规格见表3.
表1各工况下的废碱液规格
表2废碱液处理系统控制参数
控制对象正常值
反应器单台进料/(kg?
h)
反应人口温度/℃
反应器单台空气~/(kg?
hI1)
反应器出口压力/MP,a
表3氧化处理后的废碱液规格
指标排放值
3装置运行中出现的问题及优化措施
3.1装置运行中出现的问题
齐鲁乙烯废碱液湿式空气氧化装置于2OO4年
10月与乙烯装置同时开车,开工后始终无法正常
运行,主要问题有:
(1)废碱液中油含量过大.
由于废碱液是在裂解气碱洗过程中产生的,
因此含有一定量的浮油,乳化油和黄油.浮油和
乳化油含量过高,进入反应器后,油组分闪蒸导致
油分压过高,操作不稳定;废碱液中黄油的存在经
常导致管线,过滤器,塔釜等堵塞,直接影响装置
的稳定运行;另外,油含量过高,还会使废碱液中
的酚浓度增加.相关研究表明,在废碱液湿式氧
化处理工艺中,酚的氧化反应主要在温度高于150
℃时进行,在反应温度为120~150℃时,酚的氧化
率仅为6%~7%[.齐鲁乙烯装置采用物理沉降
法和汽提塔来分离废碱液中的黄油,但由于黄油
密度较大(约为0.9797g/mL),致使分离效果差,
废碱液中的油类超标,影响了废碱液氧化处理系
统的稳定运行.
(2)反应器入口硫化钠含量过高.
乙烯装置改扩建开车后,由于裂解气中酸性
气体含量过高,造成碱用量增大的同时也增大了
废碱液中硫化钠的含量,大压缩区碱洗塔排出的
废碱液中硫化钠含量通常大于8%,小压缩区的废
碱液中硫化钠含量通常大于ll%,废碱液中硫化
钠的含量大幅超出设计值(见表1),导致反应器出
口的硫化钠含量超标,达不到排放要求.
(3)氧化空气量不足.
齐鲁废碱液湿式空气氧化装置原设计中新增
两台空气压缩机,由于现场位置和投资原因,仅增
加了1台.系统开车初期,单台空气量仅能达到1
700kg/h,远低于设计值(见表2),从而导致氧化系
统反应不合格.
(4)汽提塔尾气带液,汽提效果差.
开工初期废碱液氧化处理系统和汽提系统同
时投用,在运行过程中,汽提系统存在诸多问题,
尾气线带液严重,废碱液经常夹带至烟囱.汽提
塔运行参数正常但效果差,汽提前后COD差别不
大.
(5)设备腐蚀严重.
废碱液湿式空气氧化装置原设计主要设备材
质均为碳钢,由于废碱液中含有较高浓度的硫化
钠,碳酸钠,氢氧化钠等,具有较强的腐蚀性,同时
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第19卷刘炳鹏等.湿式空气氧化法处理乙烯废碱液装置的技术改造
反应是在较高温度和压力下进行,介质有强氧化
性,因此对设备管件的腐蚀较为严重.废碱液湿
式空气氧化装置开车以来,废碱液反应器,进出料
换热器及部分管线,阀门腐蚀严重被迫更换,多次
停车处理,严重影响该装置的稳定运行.
3.2优化改进措施
(1)优化碱洗塔操作,减少废碱液中油类物夹
带.
为了减少"黄油"在废碱液中的形成,应控制
好碱洗各段的碱浓度,避免碱浓度过高,否则容易
引起"黄油"的聚合;严格控制裂解气人塔温度在
40~43℃,并尽量靠下限操作.经过优化碱洗塔
工艺操作参数,废碱液中油含量基本控制在
1700~1800g/g.,低于设计值.
(2)降低反应器人口硫化钠含量.
针对氧化反应器人口硫化钠含量超标问题,
采用了引人工艺洗涤水,将碱洗塔顶原设计进裂
解气水洗塔的洗涤水,改为进废碱液储罐,用于稀
释废碱液,以降低:
乓硫化钠含量,从而保证反应器
出口硫化钠含量合格.另外,由于工艺条件,操作
条件波动等原因,可能导致反应器出口的硫化钠
含量超标,为确保排放合格,在反应器出口加1条
返回线,当出口硫化钠含量超标时,将不合格废碱
液返回至进料泵入口,从而确保排放合格.
(3)改造空气进料线,提高反应空气量.
空气量直接影响反应物的流态和氧化效果,
合理控制空气量是氧化反应进行的必要条件,倘
若空气量过大,则反应器内流态成为层流,导致空
气与碱渣的接触面积减小,影响氧化反应的进行;
若空气量继续增大至使反应器内的流态呈喷射流
时,一方面会使反应器液面失控,尾气带液;另一
方面则导致废碱液氧化效果急剧下降.空气量控
制的最佳效果是在反应器内产生微小的气泡,以
提高氧化效果_5_5.
针对氧化反应器压缩空气量达不到设计值的
问题,采取降低空气管线的阻力降,提高反应空气
量的措施.经核算,自空压机出口至反应器人口配
1条原空气线的1:
52.4mm(6英寸)副线.投用后,
单台运行时可保证2500kg/h的空气量,基本符合
设计要求,较好的改善了氧化反应效果.
(4)通过工艺改造,避免汽提塔尾气带液,改
善汽提效果.
针对汽提塔尾气带液,汽提效果差的问题,经
分析主要有以下原因:
①尾气中含水为饱和态,系
统长时间停运,尾气温度降低,液体冷凝,在管道
内积存,开车时被尾气短时间内夹带,甚至出现水
击;②尾气凝液分液罐液位计坏,分液罐时满时
空,造成带液;③汽提量过大,造成液体夹带;④
汽提塔空气进料易形成液封,经常发生空气吸人
不畅.
为解决尾气带液问题,采取了以下措施:
尾气
线增加脱液罐;汽提空气进料线增加排液措施,并
定期排放;系统开车时,缓慢引入反应空气,使凝
液被逐步带走.
(5)设备材质选型的改进.
设备,管线腐蚀泄露是影响废碱液处理装置
长周期运行的一个主要因素[.腐蚀在反应器
出,人口等高温区尤为严重,一方面反应器出口至
分液罐物料为汽液两相,存在冲刷减薄问题;另一
方面,反应器人口和出口至分液罐物料介质温度
较高,且呈碱性,在碳钢材质的碱脆范围内,碱脆,
应力腐蚀严重.因此利用计划停车机会,更换了
进出料换热器,出口换热器,进出口截止阀,出口
至中和罐部分管线,设备均采用316L型钢,可耐
碱性腐蚀,避免了装置泄漏,保证了废碱液氧化处
理装置的运行周期.
4优化改进后湿式空气氧化装置的运行效果
经过优化工艺参数和一系列技术改造后,氧
化反应器出口硫化钠的浓度降至70g/g左右,装
置运行效果良好,满足了生产排放需要.改进后
的主要工艺参数见表4.
表4废碱液处理系统改进后的主要控制参数
控制对象正常值
反应器单台进料/(kg'h)
反应人口温度/
反应器单台空气量/(kg?
h)
反应器出口压力/MPa
3Ooo~7Ooo
ll0
2Ooo~250o
0.72
装置改造后,反应器人口废碱液的硫化钠浓
?
20?
乙烯工业第19卷
度基本控制在设计值附近,从而保证了氧化反应
系统的稳定运行.反应器进,出料硫化钠含量的
部分分析数据见表5.
表5氧化反应器进,出料硫化钠含量分析W,%
5结语
通过优化工艺参数和技术改造,解决了齐鲁
乙烯废碱液湿式空气氧化装置存在的废碱液含油
?
潆雀?
量高,反应器人口硫化钠含量超设计值,压缩空气
量不足,尾气带液,设备腐蚀严重等问题,保证了
该装置的稳定运行,使废碱液达到排放指标,满足
了后续生化处理的要求.
参考文献
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裂解汽油芳烃抽提成套技术通过鉴定
由中国石化工程建设公司,中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院承担的"裂解汽油芳烃
抽提成套技术"近日通过中国石化股份有限公司科技开发部组织的技术鉴定,认为该总体技术达到了国
际先进水平.
所开发的环丁砜液抽提的主要创新点是:
抽提塔非芳烃不经过水洗直接循环;取消芳烃的白土精制
系统;采用特有的能量回收措施——甲苯塔和二甲苯塔顶物流同时作为苯塔底热源,且利用二甲苯作热
源的重沸器也可采用1.6MPa蒸汽加热;采用产品在线分析仪替代三苯产品的中间产品检查罐;采用自
主开发的BJ塔盘.,从甲苯塔底直接抽出二甲苯产品.该成套技术具有产品质量好,回收率高,能耗物耗
低的优点.
该工艺在扬子一巴斯夫有限责任公司360kt/a芳烃抽提装置中实现了工业应用.经考核及1年多
连续运行结果表明,产品质量指标(苯产品纯度99.99%,冰点5.51oC;甲苯产品纯度99.92%;混合二甲
苯纯度99.41%;抽余油中芳烃含量O.23%),芳烃产品收率(大于99.92%),单位产品的能耗(标油,76.24
kg/t)和溶剂消耗(抽余油和回收塔混合芳烃中溶剂含量均小于1pg/g)均达到或优于合同规定的指标;装
置溶剂质量,真空系统密闭性能,贫富溶剂换热效果等多方面创造了国内同类装置运行的最好纪录,经济
效益显着.
(中国石化工程建设公司)
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- 空气氧化 处理 乙烯 废碱液 装置 技术改造