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煤焦油深加工装置沥青系统的改造与运行

发表时间：2020/10/15 来源：《基层建设》2020年第19期作者：张志超冯虎荣

[导读] 摘要：煤焦油加工过程中，有55％的沥青产品（直接生产炭黑油也有25％的沥青产品），由于沥青软化点高（70℃～120℃）、易凝固，经常出现沥青凝固堵塞管道设备的情况，造成短时间停车或降低生产负荷，严重时会造成长时间停车，影响生产。

        陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司陕西神木 719319
        摘要：煤焦油加工过程中，有55％的沥青产品（直接生产炭黑油也有25％的沥青产品），由于沥青软化点高（70℃～120℃）、易凝固，经常出现沥青凝固堵塞管道设备的情况，造成短时间停车或降低生产负荷，严重时会造成长时间停车，影响生产。因此，沥青系统设计的合理与否，直接影响到生产能否连续稳定运行。另外，从二段蒸发器出来的沥青温度在360℃以上，如果这部分热量不能回收，不仅生产能耗高，而且会因为换热后沥青温度高而污染环境。
        关键词：煤焦油加工；沥青；软化点；采出管
        一、部分焦油加工装置沥青系统存在的问题
        1.1二段蒸发器沥青采出系统存在的问题
        目前，国内大部分煤焦油加工装置的二段蒸发器沥青采出管大都是采用“丁”字管的采出方式，其结构示意图见图1（a），或塔外平衡管的采出方式，其结构示意图见图1（b），其目的是为了实现沥青的稳定、连续采出。图1（a）采出方式因沥青采出管的气液平衡口在塔内，沥青采出管下管口堵塞后，无法用蒸汽吹扫，影响沥青采出。如果采用图1（b）塔外气液平衡管的方式，沥青采出管下管口被堵死后，虽然可用蒸汽吹扫，但效果不好，若蒸汽带水多，塔内液体沥青会爆沸，出现安全事故。二是沥青采出管的气液平衡管口与塔内油气相通，沥青采出时，塔内油气部分随沥青一起出去，不仅降低了沥青的软化点，也影响沥青的其他指标。但如果要提高沥青软化点，就要提高无水焦油炉出口温度，增加煤气的消耗。

        1.2沥青换热器存在的问题
        早期的焦油加工装置设计中，一般没有沥青换热器（或汽化器），从二段蒸发器出来的沥青360℃左右，直接进入沥青高位槽，自然冷却到220℃时，再放到链板机用水冷却。高温沥青在高位槽内冷却过程中，沥青烟向外扩散，影响周围环境，即使用沥青烟洗涤器收集，沥青冷却系统气味也很重。为了解决这一问题，后期的焦油加工装置一般设计沥青换热器（或汽化器）或改造增加沥青换热器，通过沥青换热器来降低沥青进入高位槽的温度，减少环境污染，回收沥青热量。但由于沥青管线设计不合理，沥青温度一般能降到300℃左右，如此高温的沥青进入高位槽冷却，仍有沥青烟扩散，气味很大。
        1.3沥青高位槽放料存在的问题
        现在大部分的焦油加工装置都是采用沥青高位槽自然冷却沥青，沥青在高位槽内冷却到220℃以下，再放到链板机用水冷却成型。二段蒸发器出来的沥青部分装置采用图2的方式进入沥青高位槽，冷却后的沥青再从沥青入口的对面放料口放到链板机上。沥青的这种进出方式从理论上讲是合理的，但实际应用时，沥青出口经常因此处沥青温度低而堵塞。放料口堵塞后，一是用蒸汽在外面加热，但效果不好，即使长时间加热，也不一定能解决；二是用煤气在外面烧放料阀门前的短接和槽体，这样做存在很大的安全隐患，容易引起火灾，因为槽上部有挥发的沥青油气。如果长时间不能疏通，必须降低生产负荷，严重时会造成停车。

        二、沥青生产系统的改造
        2.1沥青采出管道的改造
        为解决沥青采出管堵死和沥青软化点偏低的问题，某煤焦化有限公司等企业均把沥青采出管直接改在二段蒸发器底部，其结构示意图见图3。

        在二段蒸发汽器底部沥青采出管线上，安装耐高温（一般425℃）气动调节阀，调节阀与塔底液位连锁（见图中虚线），用调节阀控制塔底液位。这样塔底部的沥青渣会随沥青不断排出，不会再堵塞沥青采出管道。操作要点：（1）塔底部采出口处要安装阀门，待塔内液位高于正常生产液位、达到液位范围上限时，再打开此阀门，沥青物料能瞬间大量流出，暖热管道。（2）塔底部阀门打开前，要提前预热沥青采出管线，包括沥青调节阀组。
        2.2沥青换热器沥青出口管道的改造
        某煤焦化有限公司新建1套20万t／a焦油加工装置，设计了沥青换热器，用二段蒸发器采出的380℃沥青与一段蒸发器出来的105℃～110℃无水焦油换热，沥青换热器沥青出口管道示意图见图4。

        改造前，焦油走管程，沥青走壳程，上进下出。运行几次后，焦油温度由105℃升到130℃，沥青温度由380℃降到340℃，没有达到沥青降到220℃～230℃的设计要求。
        改造后，抬高了沥青出料管的高度，增加了平衡管线。实际运行后，沥青温度由380℃降到了240℃，焦油温度也由105℃～110℃升到了180℃，换热效果明显，大大降低了沥青温度。改造前沥青从340℃冷却到220℃，需要5个沥青高位槽循环使用，改造后沥青从240℃进沥青高位槽冷却到220℃，只需要两个高位槽循环使用即可。
        操作要点：（1）沥青管道高度比换热器筒体上面低100mm-150咖即可，不能使沥青换热器内液位太满，否则沥青进入气液平衡管内，容易凝固堵塞，平衡管失去作用。（2）沥青换热器使用前，一定要保证气液平衡管畅通。（3）沥青在进换热器前，先进无水焦油，用105℃的焦油加热整个换热器，焦油在换热器内运行一段时间后，再进沥青，保证沥青换热器壳程畅通。（4）每次生产停车或换热器停用后，要打开换热器放空阀，放净换热器内沥青，防止堵塞换热器壳程或沥青管道。
        2.3沥青高位槽进出管道的改造
        为了解决沥青高位槽放料管堵塞问题，某煤焦化有限公司把沥青放料管改在沥青进料口的同一侧，高度与原放料口一致。
        改造后，沥青进料口与出料口在高位槽的同一侧，同时把沥青出口的法兰短接去掉，法兰直接焊在槽体上，阀门改成上展式放料阀，沥青冷却到220℃再放料。改造后沥青放料管再没出现堵的情况。
        原因分析：图2的沥青进料口和出料口在高位槽的两侧，从理论上讲是可行的，但在实际使用中，沥青进满一个高位槽，需要10h左右，进料结束后，沥青出料口处（含短接）的沥青温度早已降到100℃以下，此时沥青已凝固，无法放出。改造后，沥青放料口处始终有热沥青进入，此处沥青温度不会低；沥青出料口处短接去掉后，阀门直接与槽内热沥青接触，且上展式放料阀的特殊结构是阀坨向里推进时阀门打开，因此改造后沥青高位槽放料时再没出现堵塞。
        参考文献：
        [1]水恒福，张德祥，张超群．煤焦油分离与精制[M]．北京：化学工业出版社，2010：45—53．
        [2]甄凡瑜．二段蒸发器沥青采出管的改造[J]．煤化工，2009．37（4）：51—52．
        [3]肖瑞华．煤焦油化工学（第二版）[M]．北京：冶金工业出版社，2009：56—57．