如何对重烷基苯磺化装置进行优化操作

特约撰稿人:大庆油田化工有限公司 柏长欣

如何对重烷基苯磺化装置进行优化操作

特约撰稿人:大庆油田化工有限公司 柏长欣

本文针对重烷基苯磺化装置运行中产生的问题,通过对影响装置平稳运行的主要影响因素分析,制定试验方案,对操作参数进行优化,并改进了操作规程中的一些操作方法,提高了装置的平稳运行周期.

3万吨/年重烷基苯磺酸盐装置,以重烷基苯、硫磺为主要生产原料,生产重烷基苯磺酸盐.装置核心设备是福建某公司的多管降膜式磺化器.该膜式磺化器的主要特点是气、液分配均匀,能够充分接触反应,转化率高,游离油含量低;装置的检测仪表和控制阀门的自动化程度高.整套装置工艺先进,设备精良,具有操作弹性大、消耗指标低、产品质量好等特点.该装置自2008年开工至今,共运行了10年多时间,装置的操作参数还有一定调整空间,可通过优化操作,进一步增加磺化装置平稳生产的运行周期来降本降耗.

磺化反应特点及问题

多管膜式磺化工艺过程分为空气干燥、三氧化硫发生、重烷基苯磺化及尾气处理4个主要工序,包括空气压缩与干燥、熔硫、燃硫和三氧化硫生成、磺化、尾气处理、老化与水解6个单元.

在磺化反应操作中,磺化单元是控制整个磺化装置平稳运行周期的关键.因为三氧化硫磺化反应是强烈的放热反应,反应瞬时完成,反应活化能低、速度快,大部分反应热在初始阶段放出.同时,磺酸的粘度与重烷基苯相比急剧增加,带来了传热和传质的困难,易使反应局部过热,副反应增加,造成装置结焦,影响磺化装置单次运行周期,因此如何及时移走反应热和控制反应速度是磺化反应的关键.针对上述特点,在实际生产中要求投料比、气体浓度、反应温度稳定,物料在体系中停留时间短,三氧化硫与重烷基苯接触充分,及时排走反应热.为此技术人员在实际生产中通过一系列优化操作,逐渐摸索出适合本装置的生产方案,在满足磺酸产品质量达标的基础上,增加单次磺化装置运行时间,以达到降本降耗的目的.但运行中仍存在以下问题:一是对装置生产参数进行了部分优化,在保证产品质量的同时,延长磺化装置单次运行时间,但还需对重要参数进行优化.二是针对容易造成装置波动的操作,修改操作规程,对磺化器进行保护,减少造成装置波动的操作问题.

方案制定与实施

装置现状

我们对装置运行时间进行了统计,并作出了表格与折线图进行分析,单次启车装置运行时间数据见表1.

表1 装置运行时间

从表1中可见本磺化装置平均每月开车时间平均为16天,所以对参数进行操作优化,提高单次开车的运行时间,为了延长磺化生产周期,在原有基础上使年启停车总次数减少,大量节约了启停车阶段对于水、电等能耗和物耗,同样使检修频率降低,降低了工人的劳动强度,同时也减少了对设备的损害.

通过对装置各可操作点进行分析,确定了对磺化装置运行时间影响大且比较容易调控的3个因素:进料气体SO3温度、反应器循环水温度、进料气体SO3浓度.

制定试验方案

在整个磺化装置生产中,B段组分中含有较多的易结焦组分,B段磺酸的生产对整个磺化装置的生产周期起着决定性作用,故本实验只采取B段磺酸生产因素作为衡量.

试验用正交设计法进行影响因素考察,经过讨论,选用二水平三因子的正交表进行试验,试验安排见表2、3.

表2 因素水平表

表3 试验计划

试验结论

通过正交试验的方法得到了各因素对磺化装置生产周期的影响,并且确定了主要和次要因素,得到了最佳的生产方案A1B1C1,即气浓5.8%,SO3气体温度55℃,磺化器循环水温度25℃.

优化装置操作规程

我们针对容易引起装置波动的操作,对操作规程中的操作方法进行修改,避免因为操作给装置带来的波动,使装置平稳运行,在一定程度上延长了生产周期.

取消了切磺化前的磺化器内循环操作

过去在装置切磺化之前,要在气液分离器中进入一定量的重烷基苯原料,导通原料自循环流程,进行烷基苯内循环操作,这样操作有可能把管线内的酸渣带入到烷基苯分配腔中,进而进入磺化器分布头,堵塞分布头.所以,在后期磺化生产中取消了这一操作,这样减少了分布头在生产初期被堵塞的可能性,使生产周期得到了延长.

增加了排放上封头烟酸的次数

在磺化器上封头处会产生少量烟酸,主要成分是硫酸,随着时间的推移,烟酸会在上封头聚集,如果不及时排净,从磺化器上封头的压紧螺母螺纹处渗入到磺化器封头中.如果磺化器压紧螺母的密封胶圈密封不严,就会随着密封胶圈进入到磺化器分布头中,这样烟酸会与重烷基苯直接接触,导致分布头结焦,影响磺化器的工作效率.所以现在对烟酸的排放频率由原来的1天1次改为1天3次,这样对磺化器进行了保护,同样能保证装置平稳运行.

对磺化器进行在线清洗

磺化器在A、B段原料进行切换前,将SO3切到尾气吸收,用浓度5%温度50℃的碱水冲洗磺化器,清洗液直接排入污水池,反复冲洗2遍后,再用热水继续冲洗2～3遍,最后用仪表风吹扫进料管线、磺化器、气液分离器,直至系统干燥为止.切磺化之前,用大量重烷基苯原料冲刷磺化器,冲洗用重烷基苯将不合格酸罐回收利用.用5%的碱液对磺化器反应管进行冲洗,将结焦磺酸中和,在一定程度上减少反应管内的结焦物,使反应管内壁保持相对光滑,保证液相成膜,缓解磺化器结焦,延长装置运行时间.

此外,还改进了磺化器分配腔排气方法,特别是增加切磺化后二次排气;及取消不合格酸返混入磺化器.

3万t/年磺化装置在重烷基苯的磺化生产中,存在很多有待改进的地方,如工艺参数、操作方法等.生产和技术人员潜心琢磨、细心钻研,对装置进行了许多优化整改,稳定了装置运行状态,在保证产品质量和产量的同时,增加了装置平稳运行周期,整套装置的性能得到极大提高,证明了对3万t/年磺化装置优化的成功性,摸索出一条重烷基苯磺化生产的成功之路.