編 輯 | 化工活動家

作 者 | 李延海 等

來 源 | 煉油技術與工程

關鍵詞 | 苯乙烯  精餾塔  堵聚

共 2498 字 | 建議閱讀時間 10 分鐘

導 讀

苯乙烯是重要的化工原料，應用非常廣泛，常用來生產EPS，ABS，SBS以及丁苯膠乳等化工產品。苯乙烯有一個不飽和雙鍵，很容易發生聚合反應或與其他物質共聚，造成苯乙烯裝置在生產過程出現聚堵現象。目前，苯乙烯的生產工藝主要是乙苯脫氫法，經過苯乙烯精餾得到苯乙烯純品。

某公司80kt/a苯乙烯裝置在大檢修期間更換了苯乙烯精餾塔底再沸器，之后的生產運行中，苯乙烯精餾塔運行出現了很多問題，導致苯乙烯精餾系統運行異常，甚至出現了苯乙烯精餾塔嚴重聚合堵塞的情況，清理聚合的填料、更換填料與格柵以及集油箱總共用時15d，經濟損失較大。

苯乙烯精餾流程簡述

苯乙烯精餾系統流程示意見如下。

該裝置苯乙烯精餾系統采用順序分離工藝。粗苯乙烯塔將脫氫液中所含的苯、甲苯、乙苯與苯乙烯等初步分離，為有效防止苯乙烯在精餾過程中聚合，采用了真阻聚劑與緩聚劑配合使用的方式，兩種阻聚劑的注入點均在粗苯乙烯塔進料線上。乙苯回收塔將粗苯乙烯塔頂物料中的苯、甲苯與乙苯分離，塔底回收的乙苯返回乙苯蒸發器繼續參與脫氫反應生成苯乙烯。苯/甲苯塔將苯與甲苯分離，甲苯產品去甲苯罐，回收的苯返回苯罐作為制乙苯的原料。苯乙烯精餾塔是將苯乙烯產品提純的關鍵設備，塔頂苯乙烯產品經過深冷達到15℃以下，送至產品罐區儲存。精餾塔底物料去薄膜蒸發器進一步將苯乙烯回收，薄膜蒸發器產生的焦油去焦油罐。

苯乙烯精餾塔大檢修后的運行狀況

01

塔底再沸器反復泄漏

2018年7月13日，精苯乙烯塔塔釜再沸器出現第一次泄漏，再沸器管束上端及上管箱沖刷腐蝕嚴重。主要原因是再沸器制造商將上管箱型式由橢圓封頭型式改為錐體連接，造成再沸器出料的流向發生急劇改變，形成渦流，產生沖刷腐蝕。

2018年8月1日，再沸器再次泄漏。原因仍是沖刷腐蝕造成管束泄漏，更換新再沸器，材質為碳鋼，管箱型式改為與原設計相同。

2019年3月28日，再沸器再次泄漏。泄漏的主要原因是由于上次再沸器沖刷腐蝕存在的鐵粉使得苯乙烯聚合加快，不得不開強制循環線，造成再沸器管程出口成為三相流，氣液固三相存在使沖刷腐蝕加劇。管程出口管線彎頭處減薄嚴重，由12mm減薄至6mm。

2019年6月10日，再沸器再次泄漏，更換新換熱器，材質升級為316不銹鋼，管箱型式與原設計相同。此次檢修，更換了再沸器管程出口管線。但是檢查精苯乙烯塔發現填料塌陷，造成降液管堵塞。緊急采購填料、格柵以及集油箱等內件，擇機更換。

02

薄膜蒸發器氣相管線泄漏

上圖為精苯乙烯塔進氧前后塔頂冷后溫度變化趨勢。2018年5月16日11：00：00，精苯乙烯塔塔頂冷卻器氣相溫度出現明顯上升，至11：13：00上漲到63．98℃。當時懷疑有不凝氣進入，進行全面排查，2018年5月18日發現薄膜蒸發器氣相管線金屬軟管出現局部斷裂。2018年5月20日00：24：00恢復正常。

03

苯乙烯精餾塔嚴重聚堵

苯乙烯精餾塔壓差上升到16kPa之后，苯乙烯精餾塔已經無法正常運行。2019年7月4日，在確定塔內件到貨日期后停工，清理聚合物，由于塔內聚合嚴重，下段填料共計28層，其中有10層有聚合物，聚合物成斜坡狀在塔內沿塔壁向下分布，聚合物與填料聚到一起，清理難度極大，本次聚合物清理工作歷時10d之久。

原因分析

1

填料塌陷是苯乙烯聚堵的直接原因

苯乙烯停留時間過長，為苯乙烯聚合提供了條件。從苯乙烯精餾塔打開檢查情況看，塔底集油箱共有4根降液管，但是其中兩根降液管被塌陷的填料堵死，造成下料不暢。

可以看出，掉落的格柵、填料將塔底再沸器氣相返回口對面的兩個下料口堵死，苯乙烯與填料慢慢聚合在一起，導致下料口完全堵死，液相的苯乙烯只能通過集油箱的升氣孔溢流出去，停留時間過長，造成該部分的聚合沿著塌陷的填料繼續向上延伸，直至將塔底集油箱與填料之間約600mm高的局部空間填滿。聚合物延伸到填料后，持續引發苯乙烯在填料的空間內不斷聚合與擴張，最終導致苯乙烯精餾塔的填料嚴重聚堵。

2

苯乙烯精餾塔進氧是苯乙烯聚合的誘因

2018年5月，薄膜蒸發器氣相管線金屬軟管泄漏，使大量空氣進入苯乙烯精餾塔，苯乙烯在高溫有氧氣環境下，初始形成的聚合活性鏈作用生成的過氧化物加速聚合，而且進氧的時間持續了4d之久。

從塔內清出的白色聚合物來看，該聚合物密度比水小，比純苯乙烯的聚合物要低。此次金屬軟管泄漏，大量氧氣進入負壓系統，極有可能是苯乙烯精餾塔填料聚合的誘因之一。

3

鐵粉加快了苯乙烯的聚合速度

①E409管箱型式改變造成沖刷腐蝕

2017年大修期間，更換了精苯乙烯精餾塔底再沸器E409，將原來的上管箱型式由橢圓封頭連接改為錐體過渡連接，使管程出口的流動型式發生變化，產生了渦流，造成沖刷腐蝕。

 

②強制循環加劇了沖刷腐蝕

鐵粉會加劇苯乙烯的聚合，主要原因是鐵粉給苯乙烯提供了聚合核心。

苯乙烯聚合加快，塔底物料黏度增大，使得再沸器虹吸推動力不足，不得不開大強制循環線，強制循環使鐵粉隨著物料到達精苯乙烯塔管程出口，對上管箱的沖刷腐蝕加劇。

 

推斷含鐵。從塔內底部清出的聚合物來看，越靠近塔底的聚合物顏色越深，這也證明鐵粉的存在是聚合的主要原因。

4

塔底壓力及溫度上升加快聚合

苯乙烯為熱敏性物質，提高壓力和溫度有助于苯乙烯聚合。在苯乙烯精餾塔塔底壓力升高、溫度升高的情況下，苯乙烯聚合的速度明顯加快。苯乙烯精餾塔壓力降及塔底溫度變化如下。

5

苯乙烯阻聚劑加入量相對偏少

為進一步建設綠色環保型化工裝置，降低裝置焦油產率，該公司于2018年2月開始使用某公司生產的環保型真阻聚劑SY-2329與環保型緩聚劑SY-QMPS，使用后阻聚劑效果良好，苯乙烯精餾塔運行穩定。

苯乙烯精餾塔再沸器管箱結構改變，造成再沸器沖刷腐蝕產生大量鐵粉。由于鐵粉的存在促進苯乙烯聚合加速，阻聚劑捕捉自由基的速度已經被削弱，在鐵粉存在的情況下，正常的阻聚劑注入量相對偏少，造成聚合速度加快。在這種惡劣的條件下，苯乙烯精餾阻聚劑的作用被弱化。因此，相對來講，阻聚劑的加入量偏少。

防范

措施

(1)在粗苯乙烯塔進料聚合物質量分數增加超過50μg/g時，適當增加兩種阻聚劑的加入量，以避免真阻聚劑消耗量過大，導致精苯乙烯塔內阻聚劑不足，造成聚合。

(2)在生產中，恢復強制循環線原有限流孔板，同時減少強制循環線開關次數，避免增加再沸器中物料流速過高造成沖刷腐蝕。通過采取上述措施，苯乙烯精餾塔運行平穩，從塔底泵清濾網可以看出，塔釜苯乙烯聚合物較之前降低95%以上。