苯乙烯精馏塔聚堵原因分析及解决方案，看看是否适用你的装置！

编 辑 | 化工活动家

作 者 | 李延海 等

来 源 | 炼油技术与工程

关键词 | 苯乙烯  精馏塔  堵聚

共 2498 字 | 建议阅读时间 10 分钟

导 读

苯乙烯是重要的化工原料，应用非常广泛，常用来生产EPS，ABS，SBS以及丁苯胶乳等化工产品。苯乙烯有一个不饱和双键，很容易发生聚合反应或与其他物质共聚，造成苯乙烯装置在生产过程出现聚堵现象。目前，苯乙烯的生产工艺主要是乙苯脱氢法，经过苯乙烯精馏得到苯乙烯纯品。

某公司80kt/a苯乙烯装置在大检修期间更换了苯乙烯精馏塔底再沸器，之后的生产运行中，苯乙烯精馏塔运行出现了很多问题，导致苯乙烯精馏系统运行异常，甚至出现了苯乙烯精馏塔严重聚合堵塞的情况，清理聚合的填料、更换填料与格栅以及集油箱总共用时15d，经济损失较大。

苯乙烯精馏流程简述

苯乙烯精馏系统流程示意见如下。

该装置苯乙烯精馏系统采用顺序分离工艺。粗苯乙烯塔将脱氢液中所含的苯、甲苯、乙苯与苯乙烯等初步分离，为有效防止苯乙烯在精馏过程中聚合，采用了真阻聚剂与缓聚剂配合使用的方式，两种阻聚剂的注入点均在粗苯乙烯塔进料线上。乙苯回收塔将粗苯乙烯塔顶物料中的苯、甲苯与乙苯分离，塔底回收的乙苯返回乙苯蒸发器继续参与脱氢反应生成苯乙烯。苯/甲苯塔将苯与甲苯分离，甲苯产品去甲苯罐，回收的苯返回苯罐作为制乙苯的原料。苯乙烯精馏塔是将苯乙烯产品提纯的关键设备，塔顶苯乙烯产品经过深冷达到15℃以下，送至产品罐区储存。精馏塔底物料去薄膜蒸发器进一步将苯乙烯回收，薄膜蒸发器产生的焦油去焦油罐。

苯乙烯精馏塔大检修后的运行状况

01

塔底再沸器反复泄漏

2018年7月13日，精苯乙烯塔塔釜再沸器出现第一次泄漏，再沸器管束上端及上管箱冲刷腐蚀严重。主要原因是再沸器制造商将上管箱型式由椭圆封头型式改为锥体连接，造成再沸器出料的流向发生急剧改变，形成涡流，产生冲刷腐蚀。

2018年8月1日，再沸器再次泄漏。原因仍是冲刷腐蚀造成管束泄漏，更换新再沸器，材质为碳钢，管箱型式改为与原设计相同。

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冲刷腐蚀存在的铁粉使得苯乙烯聚合加快，不得不开强制循环线，造成再沸器管程出口成为三相流，气液固三相存在使冲刷腐蚀加剧。管程出口管线弯头处减薄严重，由12mm减薄至6mm。

2019年6月10日，再沸器再次泄漏，更换新换热器，材质升级为316不锈钢，管箱型式与原设计相同。此次检修，更换了再沸器管程出口管线。但是检查精苯乙烯塔发现填料塌陷，造成降液管堵塞。紧急采购填料、格栅以及集油箱等内件，择机更换。

02

薄膜蒸发器气相管线泄漏

上图为精苯乙烯塔进氧前后塔顶冷后温度变化趋势。2018年5月16日11：00：00，精苯乙烯塔塔顶冷却器气相温度出现明显上升，至11：13：00上涨到63．98℃。当时怀疑有不凝气进入，进行全面排查，2018年5月18日发现薄膜蒸发器气相管线金属软管出现局部断裂。2018年5月20日00：24：00恢复正常。

03

苯乙烯精馏塔严重聚堵

苯乙烯精馏塔压差上升到16kPa之后，苯乙烯精馏塔已经无法正常运行。2019年7月4日，在确定塔内件到货日期后停工，清理聚合物，由于塔内聚合严重，下段填料共计28层，其中有10层有聚合物，聚合物成斜坡状在塔内沿塔壁向下分布，聚合物与填料聚到一起，清理难度极大，本次聚合物清理工作历时10d之久。

原因分析

1

填料塌陷是苯乙烯聚堵的直接原因

苯乙烯停留时间过长，为苯乙烯聚合提供了条件。从苯乙烯精馏塔打开检查情况看，塔底集油箱共有4根降液管，但是其中两根降液管被塌陷的填料堵死，造成下料不畅。

可以看出，掉落的格栅、填料将塔底再沸器气相返回口对面的两个下料口堵死，苯乙烯与填料慢慢聚合在一起，导致下料口完全堵死，液相的苯乙烯只能通过集油箱的升气孔溢流出去，停留时间过长，造成该部分的聚合沿着塌陷的填料继续向上延伸，直至将塔底集油箱与填料之间约600mm高的局部空间填满。聚合物延伸到填料后，持续引发苯乙烯在填料的空间内不断聚合与扩张，最终导致苯乙烯精馏塔的填料严重聚堵。

2

苯乙烯精馏塔进氧是苯乙烯聚合的诱因

2018年5月，薄膜蒸发器气相管线金属软管泄漏，使大量空气进入苯乙烯精馏塔，苯乙烯在高温有氧气环境下，初始形成的聚合活性链作用生成的过氧化物加速聚合，而且进氧的时间持续了4d之久。

从塔内清出的白色聚合物来看，该聚合物密度比水小，比纯苯乙烯的聚合物要低。此次金属软管泄漏，大量氧气进入负压系统，极有可能是苯乙烯精馏塔填料聚合的诱因之一。

3

铁粉加快了苯乙烯的聚合速度

①E409管箱型式改变造成冲刷腐蚀

2017年大修期间，更换了精苯乙烯精馏塔底再沸器E409，将原来的上管箱型式由椭圆封头连接改为锥体过渡连接，使管程出口的流动型式发生变化，产生了涡流，造成冲刷腐蚀。

 

②强制循环加剧了冲刷腐蚀

铁粉会加剧苯乙烯的聚合，主要原因是铁粉给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，使得再沸器虹吸推动力不足，不得不开大强制循环线，强制循环使铁粉随着物料到达精苯乙烯塔管程出口，对上管箱的冲刷腐蚀加剧。

 

推断含铁。从塔内底部清出的聚合物来看，越靠近塔底的聚合物颜色越深，这也证明铁粉的存在是聚合的主要原因。

4

塔底压力及温度上升加快聚合

苯乙烯为热敏性物质，提高压力和温度有助于苯乙烯聚合。在苯乙烯精馏塔塔底压力升高、温度升高的情况下，苯乙烯聚合的速度明显加快。苯乙烯精馏塔压力降及塔底温度变化如下。

5

苯乙烯阻聚剂加入量相对偏少

为进一步建设绿色环保型化工装置，降低装置焦油产率，该公司于2018年2月开始使用某公司生产的环保型真阻聚剂SY-2329与环保型缓聚剂SY-QMPS，使用后阻聚剂效果良好，苯乙烯精馏塔运行稳定。

苯乙烯精馏塔再沸器管箱结构改变，造成再沸器冲刷腐蚀产生大量铁粉。由于铁粉的存在促进苯乙烯聚合加速，阻聚剂捕捉自由基的速度已经被削弱，在铁粉存在的情况下，正常的阻聚剂注入量相对偏少，造成聚合速度加快。在这种恶劣的条件下，苯乙烯精馏阻聚剂的作用被弱化。因此，相对来讲，阻聚剂的加入量偏少。

防范

措施

(1)在粗苯乙烯塔进料聚合物质量分数增加超过50μg/g时，适当增加两种阻聚剂的加入量，以避免真阻聚剂消耗量过大，导致精苯乙烯塔内阻聚剂不足，造成聚合。

(2)在生产中，恢复强制循环线原有限流孔板，同时减少强制循环线开关次数，避免增加再沸器中物料流速过高造成冲刷腐蚀。通过采取上述措施，苯乙烯精馏塔运行平稳，从塔底泵清滤网可以看出，塔釜苯乙烯聚合物较之前降低95%以上。