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催化蒸馏塔和醚化反应器腐蚀原因分析及预防

2023-10-09 359 上传者：管理员

摘要：在催化裂化装置中，醚化反应器是重要工艺设备，其作用是将催化裂化原料中的轻质多环芳烃与醚化剂反应生成烷基苯、丁二烯和二甲醚等多种产品。在醚化反应器中，设备腐蚀是造成设备故障的重要因素，直接影响装置的安全平稳运行。对醚化反应器及催化蒸馏塔的腐蚀情况进行调查分析，从设备选材、工艺操作、设备结构等方面入手，采取相应措施，以提高设备使用寿命，降低生产成本，保证装置安全平稳运行。

关键词：
催化蒸馏塔
分析
腐蚀原因
醚化反应器
预防
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在催化裂化装置中，醚化反应器是催化裂化反应系统的重要设备之一。醚化剂的作用是将原料中的轻质油中的多环芳烃与醚化剂反应生成烷基苯、丁二烯和二甲醚等多种产品。醚化反应器是一个圆柱形的结构，由反应器本体、塔顶气相管线、塔釜汽液相管线、气相压差管线、分馏塔和空冷器组成。在醚化反应过程中，反应产物均进入分馏塔，在分馏塔内完成物料的分离、醚化和再生等工艺操作。催化剂在催化裂化反应过程中，由于原料中的轻质油会发生焦化和裂解，生成焦炭。为了降低焦炭产率，一般会增加原料中轻质油中的多环芳烃含量，也就是常说的“加氢处理”，即通过提高原料中多环芳烃的含量来降低焦炭产率。在加氢处理过程中，可以通过加氢裂化反应将多环芳烃转化为烷基苯、二甲醚等产品，还可以通过催化重整反应将重油转化为催化汽油。虽然加氢裂化过程会产生大量的焦炭，但这些焦炭可以通过催化重整反应转化为液体燃料或其他产品。由于烷基苯具有良好的稳定性、高的蒸汽收率和高的辛烷值，因此在炼油工业中得到广泛应用。

1、腐蚀原因分析

根据上述分析，可以认为醚化反应器发生了严重的腐蚀且腐蚀速率较快，主要是由以下原因造成：

(1）原料性质及操作条件的影响：原料中存在大量的轻组分和多环芳烃，在进料中常压汽油、重整产物、二段催化裂化产物中存在大量的酸性物质，这些酸性物质在反应过程中会释放出酸性气体，其中以硫化氢为主。高温条件下，酸性气体与水蒸气产生化学反应，生成硫化氢和二氧化碳，而这两种化合物具有较强的腐蚀性。由于在催化剂加氢过程中生成大量的脱氢产物，其中含有大量的碳和氢。而这些碳氢化合物具有较强的腐蚀性，因此会对设备造成严重腐蚀。

(2）工艺操作因素：在进料中加入一定量的分馏塔底回流液后，能将反应产物分离成不同的组分。由于这些组分是具有腐蚀性的酸性物质，在塔顶回流液进入醚化反应器时与催化剂混合形成酸性溶液，这是导致设备发生严重腐蚀的重要原因。

(3）设备结构因素：由于醚化反应器是由多段管式结构组成。在操作过程中，其中一段反应器内可能存在大量H2S、CO2和H2O等腐蚀性介质。

2、设备结构设计

醚化反应器壳体采用碳钢制造，内壁和外壁表面涂有三层聚四氟乙烯涂料。因内、外壁表面都涂有聚四氟乙烯涂料，当承受一定温度时，聚四氟乙烯涂层将发生脆化现象。因此，在使用过程中应避免高温、高压的操作条件下使用。当介质为高温、高压时，建议将反应器壳体外壁温度控制在150℃左右。为避免碳钢材质的应力腐蚀，反应器壳体结构设计应注意以下几点：

(1）对于双壁管式的醚化反应器，筒体外侧应采用较高的壁厚值，以提高设备的抗应力腐蚀性能。

(2）为了提高设备的抗应力腐蚀性能，应在壳体内侧增加一层与壳体焊接在一起的环焊缝。

(3）对于双管式的醚化反应器，各管板之间应设置一层环焊缝。

(4）对于双管式和三管式的醚化反应器，均应在壳程中设置盲板或盲孔以避免物料堵塞。

(5）对于管板式和三管式醚化反应器，由于两种结构在制造过程中存在着差异，在使用过程中容易造成管板式和三管式醚化反应器衬里开裂或脱落。因此两种结构在使用过程中均应设置盲板或盲孔以防止物料堵塞。

(6）在设计过程中应注意避免设备操作条件变化对设备使用寿命的影响。若操作条件发生变化时，必须对设备进行强度校核。

(7）在设计时应注意避免设备内、外部介质中含有氯离子对设备造成腐蚀。

3、工艺操作

在醚化反应器内，醚化剂与原料中的多环芳烃反应生成烷基苯和二甲醚，并在催化剂的作用下发生缩合反应生成烷基苯、二甲醚等产品。若醚化剂与原料中的酸性物质反应生成酸性物质，会对设备产生腐蚀。因此，为避免酸化反应器内酸性物质的生成，防止设备腐蚀，在工艺操作方面应注意以下几点：

(1）进料性质的控制。进料中酸性物质含量过高时会造成设备结垢和腐蚀；进料中水分过多时会产生反应热并加速设备的腐蚀速度；进料温度过高或液位过高时则会影响设备内液体分布，增加设备局部和整体腐蚀速率。

(2）操作温度控制。在同一条件下，物料温度升高或降低都会造成设备内酸性物质含量的增加或减少。因此，在操作中应注意控制物料温度在一定范围内波动；当温度处于反应区时要及时排出热量；当温度处于非反应区时要及时加入热量。

(3）液位控制。当物料液位高于规定高度时，会使设备内液体分布不均匀、局部压力升高、反应热和物料流速降低等因素都会加速设备的腐蚀速度；当物料液位低于规定高度时，则会影响反应热的分布和循环效果，增加设备内温度的波动。

(4）保持合适的操作速度。操作速度过快会加速设备的腐蚀，使设备过热；而操作速度过慢则会造成原料和产物在反应器内停留时间过长、反应不完全或反应产物未完全脱除等问题。因此，在操作中要根据物料性质和反应条件进行调解；在生产过程中应尽量保持适当的操作速度；当遇到紧急情况时，可先停止生产，关闭阀门或调整压力、温度等参数后再继续生产。

4、材质选择

根据醚化反应器的特点，设计人员在选材方面考虑了介质、操作温度、工作压力及设备结构等因素，使反应器的材质选用满足了工艺条件。由于醚化反应器在不同温度下使用，选用的材料也不一样，为保证产品质量，满足工艺要求，在选择材料时必须考虑介质温度、工作压力和设备结构等因素。为保证醚化反应器的安全性和可靠性，设计人员采用了Cr-Mo不锈钢。在选择该材料时，必须充分考虑其对设备腐蚀的影响。虽然在高温下该材料具有较高的强度和耐腐蚀性能，但在高温下易发生氢致裂纹。此外，Cr-Mo不锈钢中的Cr含量较高，Cr元素对金属组织及性能产生不利影响，对设备的高温运行不利。根据Cr-Mo不锈钢的上述特点，设计人员决定选用Cr-Mo不锈钢材料作为醚化反应器的主要材质。

根据醚化反应器中介质温度高、压力大、工作温度高及操作压力大等特点，为满足设备使用要求，设计人员将选用奥氏体不锈钢作为设备材质。由于该材料对氧和氯离子非常敏感，因此在选用奥氏体不锈钢时必须充分考虑到氧和氯离子对其影响。另外，设计人员还应考虑到该材料在加工过程中容易产生裂纹而导致其失效问题。

对于催化蒸馏塔的腐蚀问题，设计人员主要考虑了催化蒸馏塔中介质温度、操作压力及设备结构等因素。由于催化蒸馏塔的结构比较特殊，设计人员对其进行了认真分析后决定采用双层塔盘设计方案。该方案具有双重作用：一是有效地防止了循环热空气中氧和氯离子对催化蒸馏塔设备的腐蚀；二是能够有效地防止低温段催化蒸馏塔塔盘结霜及塔盘结垢造成的堵塞现象。同时考虑到设备结构因素后，选择了碳钢作为塔盘材料。

5、加强管理与监测

(1）严格控制原料性质，加强原料预处理。原料中的硫含量、氮含量和含水量应控制在规定范围内。由于硫的存在，可以使设备发生腐蚀。为防止设备发生腐蚀，必须严格控制原料性质，将硫含量控制在规定范围内。为减少原料中的水分，防止水解和结垢，可采用蒸汽加热或加入防垢剂等措施。对于含有硫化物和水分的原料，应预先脱除水分或使用脱硫剂脱除水分。

(2）加强操作管理，确保催化剂在最佳状态下反应。由于催化剂在生产过程中发生变化，导致催化剂活性降低或活性不均，从而造成反应不完全。为保证反应的完全进行，应加强操作管理，防止催化剂在反应过程中发生结焦。操作时要及时调整催化剂的加入量和操作压力，以保证反应的完全进行。

(3）加强设备检查及监测工作。设备发生腐蚀后，应及时进行检查和处理。在检查过程中应注意以下几点：①当设备出现严重腐蚀或裂纹时，应立即停车检查处理。②当设备出现严重腐蚀或裂纹时，要及时更换设备或构件；当腐蚀面较大时，应对设备进行整体更换；当腐蚀面较小时，可采取局部修复的方法处理；对于腐蚀严重、难以修复的部位，可采用衬里修补法进行修复。③当设备发生泄漏时，应立即切断泄漏部位的电源、气源及水源等所有外部条件。严禁使用明火检查泄漏部位及原因。然后将泄漏部位移至安全区域或采用防水堵漏材料进行处理，防止扩大事故影响范围。④当设备发生严重腐蚀或裂纹时，应立即停炉处理；如果没有条件停炉处理时，应在事故发生后尽快进行检修工作；当设备严重腐蚀或裂纹得到有效控制后方可重新开车生产；对于不能恢复的严重腐蚀或裂纹部位可采用衬里修补法进行修复。

(4）重视清洗工作：①根据材质及工艺条件选择合适的清洗方法：对设备腐蚀严重部位可采用刷涂、浸涂等方法进行清洗；对一般部位可采用机械清洗法进行清洗；对一般部位也可采用超声波、高频电或化学清洗方法进行清洗。②结合使用情况适当提高清洗频率：对长期在高温下使用的设备可以适当提高其运行温度；对于易结垢的设备应在结垢前进行酸洗；对于常年在低温下使用的设备应考虑安装加热器、加热炉等辅助装置来提高其使用温度。

6、控制温度范围

对醚化反应器的腐蚀影响因素进行分析，醚化反应器在整个操作温度范围内，对设备腐蚀的影响也是不一样的。

醚化反应温度对设备腐蚀影响主要表现在以下几个方面：

(1）醚化反应器中的催化剂与空气接触，催化剂表面温度高于空气的露点温度，因此，催化剂发生化学反应时，生成的活性产物易被氧化。

(2）醚化剂与物料接触后，会与物料发生化学反应，生成新的产物。同时，生成新的化合物。

(3）在醚化反应过程中，反应热不断地从反应体系传递到再生系统中去，使再生系统中的温度不断升高。当再生系统温度超过再生温度时，就会有大量高温、高压的腐蚀性气体进入再生系统。

(4）在醚化反应过程中，反应器内有大量催化剂和气液混合物循环流动。在流动过程中会有部分催化剂沉积在催化剂床层表面上。这些沉积物不仅增加了反应器内床层表面温度和压力，而且还会腐蚀床层表面。同时也会产生积碳层和积焦层。

(5）当醚化反应器处于高温时，由于氧具有较强的氧化性，会加速催化剂表面的氧化物形成和长大。同时也会促进氧对设备材质的腐蚀。

7、结语

综上所述，在醚化反应器内，醚化剂和原料油进行反应生成烷基苯、二甲醚和汽油。其中，烷基苯和二甲醚可以通过分馏塔进行分离；汽油则要在汽提塔内进一步精制后才能作为高辛烷值汽油使用。而汽油中的轻质油（C5～C10）经过醚化反应生成二甲醚后，要经过气相管线进入汽提塔进行精馏处理后才能作为高辛烷值汽油使用。因此，醚化反应器内是一个高温、高压、高腐蚀环境。

参考文献:

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文章来源:高伟伟,吴冬敏,杨华.醚化反应器和催化蒸馏塔腐蚀原因分析及预防[J].清洗世界,2023,39(09):35-37