乙烯联合装置

乙烯联合装置（共3篇）

乙烯联合装置 篇1

摘要：裂解气是石油烃高温裂解生产低级烯烃过程中生成的多组分混合气体,其组成随裂解原料、工艺条件而异。只有严格检测裂解气中各种组分的含量指标并及时调整工艺参数,才能经净化及深冷分离后获得所需纯度的乙烯和丙烯。本文参照UOP539[2]及ASTM D1945[1]方法,对色谱仪进行优化改进,采用多阀、多柱、多检测器的二维气色谱法,能快速准确对裂解气全组成进行分析

关键词：裂解气,多阀多柱,二维色谱

采用传统的ASTM D5504及 UOP539分析裂解气,分析时间较长,且一台气相色谱仪不能对裂解气全组成进行分析[3]。目前安捷伦科技有限公司生产的气相色谱仪GC7890A,可以同时安装三个检测器且可以安装多个阀。根据裂解气组成情况,我们定制一台专门针对裂解气等一类炼厂气进行分析的气相色谱仪。进行改装的气相色谱仪分三个阀路通道系统,可以一次同时完成对裂解气中各组分进行分类、多检测器快速检测。

1 材料与仪器

1.1 材 料

标准气体:大连大特气体有限公司配置的标准气体:内含有氢气,氮气,氧气,一氧化碳,二氧化碳,碳二至碳五烯烃和烷烃及少量炔烃,含盖了裂解气所有可能有的组分。

1.2 仪 器

安捷伦科技有限公司生产的GC7890A 气相色谱仪。配有一个氢火焰离子化检测器,两个热导检测器。安装有五个气体阀,八根色谱柱。

1.3 软 件

采用安捷伦公司Openlab Chemstation 控制软件采集并分析数据。

2 色谱气路结构

2.1 气相色谱分为三个阀路系统(图1)

2.2 一阀路系统

一阀路系统主要用来分析裂解气中的N2、O2、CO、CO2(有时有H2S)。由两路辅助气路(PCM B)、三根填充色谱柱、两个阀(V1,V2)及一个TCD检测器组成。col1为2Ft×1/16 inch 硅胶柱( 80/100目),Col2为6Ft×1/16inch硅胶柱( 80/100目)及col3为8Ft×1/16 inch 13X分子筛( 80/100目),V1(十通阀):用于进样并反吹;V2(六通阀):用于旁路防止二氧化碳进入13X分子筛中。

2.3 二阀路系统

二阀路系统用来分析裂解气中的H2。由两路辅助气路(PCM C)、二根填充色谱柱、一个阀(V5)及一个TCD检测器组成。Col4为3Ft×1/8 inch Propark Q(60/80目),Col5:8Ft×1/8 inch 5A 分子筛(60/80目),V5(十通阀)用于进样并反吹。

2.4 三阀路系统

用来分析裂解气中的甲烷及碳二至碳五烯烃和烷烃。由毛细管进样口、三根毛细管色谱柱,两个阀(V3,V4)及一个FID检测器组成。Col6:(1.5 m×320 μm×0.25 μm HP-1)作为预柱,col7(25 m×250 μm×0.25 μm Al/KCl)为分析柱,Col8:空毛细管柱,连接V3和FID检测器。

3 色谱条件选择及优化

3.1 柱箱温度条件

初温60 ℃ 保持1 min,每分钟20 ℃升温至80 ℃保持0 min,每分钟30 ℃升至190 ℃保持5 min。阀箱温度:100 ℃

3.2 检测器参数

前检测器(FID):温度250 ℃,氢气流量30 mL/min,空气流量:400 mL/min,尾吹气流量:25 mL/min;后检测(TCD):温度200 ℃,参比气(He)流量:40 mL/min,尾吹气(He)流量:2 mL/min;辅助检测器(TCD):温度200 ℃,参比气(N2)流量:40 mL/min,尾吹气(N2)流量:2 mL/min。

3.3 阀路系统流量条件

(1)通过优化比较试验,三阀路系统中前进样口载气流量(He)设定为3.5mL/min,分流比150:1 能够将裂解气中烃类组分比较好地分离。

(2)二阀路系统流量条件相对比较好设定,PCM C中ch1提供载气流量(N2)为30 mL/min,ch2提供反吹气流量(N2)为:10 mL/min 就能满足裂解气中氢气的分析同时反吹掉其余组分。

(3)一阀路系统:由PCM B提供载气及反吹气。十通阀V2上有一个可调节的针型阀阻尼,在设定流量前要求调节阻尼使之与col3的阻力一致,以保证阀切换前后后检测器TCD基线波动小。具体调整方法为PCM B ch1 设定恒定的压力,切换V2开/关,调节阻尼使得阀2切换前后的一阀路系统流量不变(当然在切换的瞬间流量基线波动系正常现象)。通过实验比较,PCM B ch1恒压比恒流系统能更快达到平衡,基线的波动更小,因为柱1、柱2、柱3为1/16 inch的微填充柱,为了保证系统中待分析组分在10 min内出完,PCM B ch1 设定较大的压力50 Psi, PCM B ch2恒压5 Psi反吹。

4 色谱系统的改进

针对裂解气中O2含量分析重现性不好的问题,我们做了多种改进和尝试,改变色谱柱1和柱2的中固定相,由Prapark Q 改为硅胶,减少色谱柱对O2的吸附。O2分析重现性有改善。传统的气相色谱一般色谱柱安装在柱箱中,我们在分析过程中发现:由于柱箱程序升温对硅胶柱性能有影响,长期连续分析时O2含量的分析还有偏差。为此我们利用GC7890A能提供额外辅助加热的优势,提出为一阀路系统中的色谱柱单独为加热的设想[4],并得到安捷伦科技有限公司的帮助和采纳。

改变col1,col2,CO3 外径由1/8 英寸变为1/16英寸,让它们在一个外置的加热盒中恒温加热(70 ℃),有效解决了柱箱温度变化对O2分析的影响。通过半年的连续样品分析实验,裂解气中O2分析比较准确。

5 二维气相色谱阀时间的设定与选择

要完成裂解气在二维气相色谱全组成的分析,阀时间事件的设定非常重要。表1是分析方法的时间事件表。所有阀的初始位置均为OFF,三个阀系统的样品管(loop)串联(如图1),确保一次进样三个定量管充满样品。

一阀路系统中,0.05 min V1 ON 开始进样,样品经柱1进入柱2和柱3,当碳3之前气体完全流出柱1后,2.10 min V1 OFF 反吹出留在柱1中碳3以上的组分。进入柱2的组分在载气的作用下分离前行由柱2进入到柱3,不能在柱2中完全分离的组分(如H2,O2,N2,CO,CH4) 从柱2流出进入柱3后,1.6 min V2 ON 柱3被隔离,柱2中组分旁路从针型阻尼管路进入到后检测器分析,我们可以图3中看到CO2 及碳2烃类先在谱图中出现。待柱2中组分完全流出,6.5 min V2 OFF滞留隔离在柱3中组分经分离进入检测器分析。在图3中碳2后 O2,N2,CH4,CO 在谱图完全分离。

二阀路系统中,0.05 min V4 ON、 0.55 min V4 OFF完成阀进样,样品进入柱6(DB-1)和柱7(Al2O3/KCl),当C1～C5组分经柱6到柱7后, 0.7 min V3 ON后这两个色谱柱中载气流向反向,从图2中可以看出,C6以上的组分先反吹到FID检测器,然后依次是以C1～C5,之所以采用反吹C6烃类,是为了便于快速分析。

三阀路系统中 V5 0.05 min ON、0.60 min OFF 完成进样并只让H2进入系统分析,其余反吹出阀系统,在UOP539 方法中,H2不是单独一路分析,而是和O2、N2、CO、CO2 用一个TCD分析,由于TCD的参比气为He 时和H2热导系数相近,对于低浓度的H2无法检测。现在单独采用一路来分析H2,辅助TCD采用N2作为参比气,有效解决了低浓度H2的分析(如图4)。

6 结果与讨论

采用GC7890二维气相色谱系统能快速有效地完成乙烯装置裂解气的分析。样品十分钟内可以从色谱图2可以看出:复杂的烃类在Al2O3/KCL柱中能很好的分离,裂解气中C6以上的组分相对较少且不固定,所以我们采用反吹加和计算。甲烷、乙烷、乙烯组分在谱图2和谱图3被检测出,因为FID比TCD灵敏度高,所以采用FID的检测信号来定量计算。

安捷伦Openlab Chemstation workstation 具有方便的数据处理功能,我们把三通道同时采集的信号作为一个数据文件归一计算。从表2可以看出5次进样浓度RSD% 各组分基本小于1.5%,C+6组分为加和混合物RSD%偏高2.55%。O2的RSD%为1.05%比传统分析方法有大的改善,满足工艺监测的要求。

参考文献

[1]ASTM D1945-03(2010)Standard Test Method for Analysis of NaturalGas by Gas Chromatography.

[2]UOP Method 539-97 Refinery Gas analsis by Gas Chromatography.

[3]周玉兰,喻群伟.炼厂气分析方法浅析[J].长岭科技,2005(09):56-59.

[4]吴方迪编著.色谱仪器维护与故障排除[M].化学工业出版社,2002,2:119-135.

浅析乙烯装置污染物减排管理 篇2

1 废水中污染物减排管理

1.1 废水关键排污点源的辨识

1.1.1 废水排污点源

对装置废水排污点源进行梳理,共辨识出7个废水排污点源,见表1。

1.1.2 排污点源的评价

对辨识出的废水排污点源,从废水排放量、污染物排放浓度以及对装置外排水中污染物总量的贡献率三个方面进行评价,通过评价确定了装置废水排放的关键排污点源——急冷水塔排污。

1.2 影响因素分析

从裂解炉区来的裂解气经油冷塔冷却后,进入急冷水塔洗涤、冷却,汽油与裂解气中的轻组份在此分离,冷却下来的汽油与急冷水依据密度的不同,也在此分离。而当塔中急冷水出现乳化现象时,为了保证急冷效果要将乳化的急冷水排出系统,此时的外排水中含有大量乳化的石油类,防止急冷水乳化是控制装置外排污水中COD、石油类浓度的关键。

造成急冷水乳化的原因较多,主要有以下几个方面:

1)油冷塔塔顶温度过高,进入急冷水塔的物料中夹带重组分,油水分层难度大,急冷水的乳化不可避免;

2)裂解气中的酸性气体经过急冷水洗涤时,部分溶于急冷水中,使急冷水pH下降,为防止急冷水腐蚀设备,需向系统中注入一定量的碱,如果pH过高,极易发生急冷水乳化现象。

3)裂解原料中重组份含量高时,汽柴油产量相对较高,汽柴油与急冷水静止分离时间较短,易引起急冷水乳化现象。

1.3 控制措施

1)严格控制油冷塔塔顶温度和急冷水pH值;

2)裂解原料中重组分含量高,在不能改变裂解原料组分的情况下,尽量保持急冷水系统的水量平衡;

3)将急冷水塔排水引入到工艺水汽提塔进行汽提后再排放;

4)增加急冷水塔急冷水中COD与石油类的监控频次,发现异常及时进行调整;

5)根据排水中石油类的浓度,及时调整浮选系统破乳剂的加入量。

1.4 实施效果

由于持续抓关键排污点源管理,乙烯装置外排水中的COD浓度与石油类浓度自2011年起呈现逐年下降的趋势(图1)。

2废渣液减排管理

2.1 关键排污点源的识别

乙烯装置废碱液产生量占车间固体废物总产生量的96%,废碱液的减量化也成为车间废渣液管理的关键点。

2.2 废碱液产生环节及影响因素

2.2.1 废碱液产生环节

在裂解反应生成乙烯、丙烯等有效组分的同时,会伴随产生硫化氢、二氧化碳和一氧化碳。而为防止裂解气中硫化氢等酸性气体对设备的腐蚀和对产品质量的影响,利用氢氧化钠作吸收剂,在碱/水洗塔中脱除这部分酸性气体。

碱/水洗塔设有三段碱洗与一段水洗,氢氧化钠在碱/水洗塔吸收酸性气体的同时,系统中的乙醛在氢氧化钠的作用下生成黄油。为防止系统中黄油对安全生产造成的影响,需定期将系统中生成的黄油排至废碱罐,在排放黄油时,部分碱液也会随之排出系统。

2.2.2 影响废碱液产生量的因素

1)裂解气中含有的酸性气体浓度影响

酸性气体浓度高,作为吸收剂的氢氧化钠消耗也高,废碱液产生量也随之增加。硫化氢浓度是随原料中硫含量变化而变化的,而原料由公司统一调配。二氧化碳浓度除了控制原料中硫含量抑制反应的发生外,目前还没有其它的有效控制措施。

2)碱液注入浓度与注入量的影响

新鲜碱液合理的注入量应是在酸性气体脱除效果符合要求的前提下,氢氧化钠反应完全,废碱液中不含有氢氧化钠或含量比较低。而通过对201 1年废碱液中氢氧化钠含量分析发现,存在着碱液不能完全反应的现象。图2是2011年4月份废碱液中氢氧化钠浓度的变化曲线。

图2显示:2011年4月份废碱液中氢氧化钠浓度变化范围在2.1%～7.2%之间。碱液中部分氢氧化钠未完全反应,存在过剩现象。碱/水洗塔中氢氧化钠量取决于注入碱液的浓度、注入量以及塔内碱液的循环量三个因素。

在酸性气体浓度稳定的情况下,注入碱液的浓度越高,其注入量就会越低,废碱液的产生量也随之降低。然而醛类在碱浓度高的情况下容易聚合生成黄油,影响碱洗效果。同时在碱过量的情况下,酸性气体更容易生成碳酸钠和硫化钠,而不是继续反应生成碳酸氢钠和硫氢化钠,这样也会造成碱的浪费。注入碱液的浓度降低,碱液注入量就会增加,废碱液的产生量也会增加。通过分析,2011年废碱液中氢氧化钠的浓度多大于4%,这种情况下,注入碱液的浓度可适当降低。同时适当增加系统中碱液循环量,充分利用氢氧化钠组分的同时,降低新碱补入量。

在配制浓度、碱液循环量基本稳定的情况下,碱液注入量应根据裂解气中酸性气体的浓度来调节。由于原料中硫化物的含量是不断变化的,裂解气中酸性气体的浓度也会随之发生变化,其监测频次为2～3次/周,不能及时反映酸性气体浓度的变化情况,新鲜碱补入量就不能根据酸性气体浓度的变化及时进行调整,这样容易造成系统中氢氧化钠过剩或酸性气体脱除不彻底的现象。

3)碱/水洗塔操作温度的影响

碱/水洗塔操作温度过高,裂解气中重烃聚合加剧,黄油的生成量就会增加。如果反应温度过低,裂解气中的重烃冷凝也会造成黄油产生量的增加,所以严格控制碱/水洗塔操作温度对降低黄油产生量起着重要的作用。

4)碱/水洗塔操作压力的影响

操作压力的提高,硫化氢、二氧化碳的分压增大,有利于硫化氢、二氧化碳的吸收,但操作压力过高,可导致裂解气中重烃的露点增高,重烃冷凝,从而引起黄油产生量的增大。所以碱/水洗塔的操作压力可适当提高。

2.2.3 控制措施

1)增加碱/水洗塔出入口裂解气中硫化氢的分析频次,技术人员根据裂解气中硫化氢、二氧化碳浓度逐渐下调新鲜碱的配制浓度,提高碱液循环量,确定相对合理的配制浓度后,再指导当班人员根据酸性气体浓度以及废碱液中氢氧化钠浓度调整新鲜碱液的补入量;同时做好监督检查工作;

2)严格控制碱/水洗塔的操作温度;

3)近几年,通过向系统中注入黄油抑制剂,黄油的产生量明显降低,其排放频次由以前的每小时排放一次降低为每2小时排放一次。

4)车间工艺技术人员充分利用导师带徒的契机,对员工进行培训。每天到控制室,指导并督促操作人员做好新碱注入量的调整。

5)把碱/水洗塔的塔顶温度纳入关键参数进行控制,并粘贴在控制室的比看板上,纳入班组竞赛中。

2.2.4 实施效果

通过各项措施的实施,201 1年以来吨乙烯废碱液产生量呈现下降趋势(图3)。

3 结语

乙烯联合装置 篇3

裂解气、乙烯、丙烯压缩机(以下简称“三机”)是乙烯装置关键机组,确保它们的平稳、长周期运行对乙烯装置的效益至关重要。某厂乙烯装置三机多次因油系统联锁动作,造成压缩机停车,损失较大[1]。由于该套乙烯装置建成投产早,联锁系统技术水平低、信息记录功能不全,且联锁仪表原设计均为单台压力开关,油压无历史趋势,导致停车后查找原因较困难。但通过对几次停车现象的汇总分析,确定了引起压缩机停车的主要原因为油压低低联锁。因此只要确保油压正常,即可避免压缩机停车。

1典型停车故障分析及解决措施

1.1主辅油泵增加自启动逻辑

1.1.1 故障现象

(1)主油泵因机械故障造成油压低低,压缩机联锁停车。

(2)主油泵因供电回路波动停机造成油压低低,压缩机联锁停车。

1.1.2 故障分析

主油泵机械故障和供电回路波动两种故障无法得到有效解决,但只要发生故障时及时启动辅助油泵,确保油压不到联锁值即可有效避免以上两种故障引起机组停车。

1.1.3 采取措施

根据故障分析,增加压缩机主辅油泵自启动联锁:

(1)当一台油泵运行时油压出现低报自动启动辅助油泵。

(2)当运行油泵信号丢失或停机时辅助油泵自启动。(见图1)

逻辑修改如图1。

说明:┤├为启动条件; ○为执行结果。 逻辑修改前辅助油泵仅仅是通过现场或远程给启动信号后自保运行,逻辑修改后增加了油压低报警和主油泵停止运行两个自启动条件。主油泵逻辑原理同辅助油泵一样,互为备用。

1.2油系统联锁仪表三取二

压缩机控制油、润滑油低低联锁仪表原设计均为单台压力开关。

1.2.1 故障现象

(1)油压低低联锁报警灯亮,压缩机停车后,无法确定真实的停车原因。

(2)辅助油泵虽已启动,但油压低低联锁报警灯亮,压缩机停车。

1.2.2 故障分析

油压低低联锁报警灯亮,存在以下可能:

(1)实际油压已达到低低联锁值。

(2)联锁仪表回路误动作。

(3)实际油压低,辅助油泵自启动过程中,油压低低联锁。

1.2.3 采取的措施

(1)在油路上增加压力变送器,信号引入系统做历史趋势。

(2)在油路上增加2台压力变送器或压力开关做联锁仪表三取二(三取二指模块对输入信号或状态进行表决,只要3个信号中的两个满足条件,输出就执行结果)。

(3)在油压低低联锁三取二的基础上增加3 s延时(见图3)。

原逻辑如下:

修改逻辑如下:

说明:控制油、润滑油压力正常时为真(1),达到联锁值时为假(0); Compressor START(压缩机启动)、开车条件全部满足时为真(1),不满足时为假(0); RS触发器复位优先,S端值为真(1)时启动,S端值为假(0)时停止。 3 OO 2仪表信号三取二;3S为延时3 s。

1.3裂解气压缩机油气压差联锁逻辑修改

1.3.1 故障现象

压缩机主油泵因电气回路晃电停机,操作人员到现场发现辅助油泵已自启,但主机却已停车。由于压缩机报警联锁系统无自动记录功能,油压也无历史趋势,因此主辅油泵切换过程中油压力变化情况是分析此次停车的关键。

1.3.2 故障分析

开车过程中(转速约2 000 r/min左右)对油泵自启动进行联锁试验,在主油泵运行、辅助油泵停止时,停主油泵,辅助油泵自启动;之后又停辅助油泵,主油泵也能自启动。切换过程中瞬间有油压低报警,但没有联锁停车。主辅油泵自启动均正常。根据油气密封原理分析(见图4), 但压缩机在正常运行时(转速约7 000 r/min)主油泵停辅助油泵自启动期间造成高压缸、低压缸密封油压降低,而此时从压缩机五段返回的裂解气压力未变化,引起油气压差高高联锁停车。

说明:裂解气压缩机为蒸汽透平机组,五段压缩,分为高压缸和低压缸。低压缸和高压缸轴端各有一个迷宫式密封件,迷宫式密封件与轴之间间隙的外侧通入的是密封油,内侧通入的是从压缩机五段引回减压后的裂解气。利用密封油压力略高于密封气压力的原理,将密封油控制在轴和迷宫式密封间隙内。既防止缸内气体沿轴与迷宫式密封件间隙外泄,同时也作为轴与迷宫式密封件之间润滑的保护油膜(见油气密封简易图)。如果油压比气压过大(即油气压差过大)会造成密封油漏入缸体内;如果气压比油压过大(即油气压差过大)会造成气体外泄,同时也会造成轴与迷宫式密封件之间摩擦增大。低压缸及高压缸油气压差即为轴隙密封油和密封气之间的差压。该差压较大时机组联锁停车(引用自参考文献)。

1.3.3 采取的措施

(1)在油路上增加差压变送器,信号引入系统做历史趋势。

(2)在油路上增加2台差压变送器和差压开关做联锁仪表三取二。

(3)在油气压差低低联锁三取二的基础上增加3 s延时。

2总结

通过对乙烯装置三机油系统联锁仪表三取二改造,联锁逻辑增加延时、辅助油泵自启动,运行一年多再未出现因油压联锁造成的停车事故,确保了压缩机的高效运行。以上几种措施应用到其他机组油压联锁系统,效果也较好。但缺点是现场仪表三取二改造成本较高,但相对于机组一次停车造成的损失来说改造成本还是较低的。

参考文献