重油催化裂化装置设备腐蚀调查与应对措施

2022-09-11

粗裂解汽油分别经选择性氢化反应及醚化反应以降低双烯烃含量及生产第三戊基甲基醚 (TAME) , 因环保法规对燃料市场之冲击已造成含氧油料之需求, 源自轻油裂解工场的裂解汽油成为生产含氧油料的重要来源。然而现有制程因无法避免之触媒毒化物及反应平衡之限制而操作不顺畅[1]。

1. 重油催化裂化装置设备腐蚀的调查分析

汽油硫含量对于引擎性能并无直接之影响, 但对于废气排放的影响较大, 尤其是装设触媒转化器的车辆, 会因高硫含量的汽油而导致触媒暂时性失活, 增加废气排放中的氮氧化物, 由于直接喷入式 (gasoline direct injection, GDI) 引擎是未来之发展趋势, 它是利用稀薄燃烧 (lean burning) 的原理, 以获得更有效率之燃烧, 但缺点是对硫含量较为敏感, 因此未来汽油的硫含量将会趋向于低硫的限制[2]。

反应器内部有一支五点式热电偶, 与温度指示器相接, 作为反应温度的量测;其上端有一压力表用来指示反应压力, 系统的压力则由背压阀控制。反应后的气液混合物经由背压阀, 通过冷却器将液体产物冷凝, 再经气液分离器分离;液体部份被收集在液体产品储槽, 气体部份则经气体取样管后, 再进入湿式气体流量计, 最后排放至大气中。其中液体产品储槽置放于-15℃的冷冻循环槽中, 再利用其外循环泵将冷却液送到冷却器和气液分离器, 以确保气液分离的效果, 整个反应系统之质能平衡维持在95%以上。

2. 应对措施

2.1 合理选材

一般含铬不低于11.7%, 含铬愈高, 耐蚀性愈强, 耐磨性也好。铬钢可以铸造、压延, 也可制成无缝钢管或作耐磨材料。石化设备用的铬钢主要有0 Cr13、1 Cr13、2 Cr13、3 Cr13和4 Cr13等。其含碳量越低, 耐蚀性越高。0 Cr13在540℃下对含硫石油及硫化氢等有显着的耐蚀性。广泛用于石化厂设备的各种分馏塔作衬里材料、塔内件和连接管线等。其他几种铬钢韧性、耐磨性较好, 可制阀门、阀座、轴等。

2.2 表面保护技术

反应后的气液混合产物经气液分离器, 液体部份由控制阀控制气液分离器的液位, 流出的液体产物收集在液体储槽;气体部份则经由控制整套系统压力的背压阀, 进入湿式气体流量计以记录流量, 然后排放至公用尾气管线, 最后再经处理并释放于大气中。在一定的进料量和触媒量, 二个反应器各有一最佳进料温度, 进料温度在第一反应器对转化率的影响比第二反应器来得明显。虽然高甲醇莫耳比的操作有助于提高转化率, 但是回收甲醇的高成本使得其经济性不佳。第一反应器最佳化后, 第二反应器只能再提高转化率8.5%, 似乎应以催化蒸馏塔来取代第二反应器。整个塔槽是由机械材料打造而成, 每次只须更换活性劣化之树脂触媒即可, 除了腐蚀损伤外, 设备可以一直重复使用, 如此, 大幅降低生产成本是可以预期的结果。此一催化蒸馏塔内固定式触媒槽的设计观点将不同于前述的使用反应性填料的催化蒸馏塔, 液体向下流经V型塔盘, 然后通过触媒槽, 并同时发生醚化反应, 液相反应与气液相间的质传不再同时于触媒槽内发生, 因而触媒槽的设计问题又回归到传统式固定床的设计, 譬如, 反应动力与反应器模式、质量传送效应, 及触媒槽的压力降与持液量等。离子注入是一种掺杂的方法, 由于掺杂的均匀性高, 直进性强, 不受晶体内位错及缺陷的影响, 可以精确控制掺杂物的浓度分布等特点, 目前, 这种技术已被认为是一种改变材料表面性质的新方法。在此一范围下, 特别是高温反应, 内质传阻力是不能忽略的。除了颗粒大小, 内质传阻力亦受到其它变数的影响, 如触媒孔隙度、酸基浓度等, 然而这些变数对树脂触媒催化效能的影响尚未被公开地检验或讨论[4]。在实验室以恒温管状反应器于雷诺数小于0.4的条件下进行TAME的合成反应实验, 实验数据将与考量外质传阻力下的模拟计算结果比对。这些结果将有助于催化蒸馏塔内触媒槽的设计。