关于如何减少液化燃料中水含量的分析

杨飞

摘 要：本文以某化工厂为例，通过对该厂液化燃料的生产环节、储存环节、销售环节进行分析，得出液化燃料含水最根本的原因，并对各环节中如何减少水的含量进行分析，对现有生产工艺提出改进，以期最大限度的减少液化燃料中水分的含量。

关键词：液化燃料;水;脱水

随着石油化工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面，液化石油气经过分离可得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等初级工业用品，用以生产合成塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。在生活方面，液化石油气亦可作为民用燃料，由于其主要成分是含4个碳原子的饱和烃和不饱和烃，无色，有异味，液态时密度为0.5～0.6t/m3，并且其燃烧热值高、无烟尘、无炭渣，灌装、操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。

液化燃料由于生产工艺的不同，其组成成分也不尽相同。对于一般炼油厂而言，液化燃料是进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。某厂催化裂解气的主要成份如下：氢气5%～6%、甲烷10%、乙烷3%～5%、乙烯3%、丙烷16%～20%、丙烯6%～11%、丁烷42%～46%、丁烯5%～6%，含5个碳原子以上烃类5%～12%。而对于化工行业（某乙烯厂为例），其液化燃料产品是生产丁二烯装置在水洗工艺中的的副产物，主要成分有：乙烯基乙炔、丁烯-1、顺丁烯-2、异丁烯等。通过主要成分的分析可以看出，炼油厂产生的液化燃料更适合作为民用生活燃料，而化工厂的液化燃料可以进行进一步的深加工，产出更多的附加值产品，以使液化燃料达到充分利用。虽然其用途不同，但在工艺处理上有很多地方可以相互借鉴。

由液化燃料的组成成分，可以看出这些分子具有一定的极性，根据物质“相似相溶”的普适性原理可知：当以液化燃料为溶剂时，水可以以溶质的形式溶解其中;反之以水为溶剂时，液化燃料也可溶解其中。储存液化燃料的容器中除了有这部分溶解水以外，还有同为液相、聚积于容器底部的游离水。液化燃料含水，不仅会影响其使用的安全以及燃烧的特性，水还会加速酸性物质对设备、阀门、管线的腐蚀。因此，在液化燃料交付使用之前，如何最大程度的减少其中的水含量将是本文重点论述的内容：

1 生产环节

在某乙烯化工厂，丁二烯装置为降低乙烯基乙炔的浓度和分压，兑入剩余C4（主要成分为丁烷和丁烯-1）与含二聚物的再生乙腈一起进行水洗，水洗去除乙腈的烃类混合物进入卧式储罐（操作温度为30-40℃，操作压力为0.3- 0.35MPa）作为液化燃料的主要成分。（综合炼厂催化裂解产生液化燃料可以得出，水的来源方式有三种：原料中自带的水、后期化学反应过程产生的水、工艺处理额外加入的水。）该卧式储罐设置有贮水漏斗，实时将游离水分离脱除，而后输送至下游储罐区储存，这一工艺设置并没有问题，但由于物料缓冲沉降时间不够，物料中的溶解水不能完全析出，这部分水便伴随物料通过管道送往产品罐区储存待后期处理。对该工艺技术可以考虑改进，以减小下游的处理压力和提高产品的合格率。

鉴于此，该乙烯化工厂的丁二烯装置可在液化燃料外送前设置一个容积较大的液化燃料缓冲罐，容量以至少可缓存3h产量的产品为准（该物料缓存2h即可充分析出溶解水），并以连续输送的方式改为间断输送（此法同于后文储存环节，下文讲详细介绍）。另外，可以增加缓冲罐，而后进行脱水或采用凝聚器脱水法：携带水的液化燃料，进入凝聚脱水分离器后，因流速大大减小，其中的游离水在重力的作用下开始沉降，随着流体通过特殊材料构成的凝聚元件，小水滴在其表面逐渐凝集成大水滴[1]。液体产品和水滴进入到凝聚器元件下游沉降段时，由于密度差，水便沉积在贮水斗中。贮水斗视情况可以连续或间断排放。凝聚脱水可脱除液化气中99.5%～100%的游离水。同理，若炼油厂产生液化燃料装置也存在连续外送、缓冲罐容积小的情况，便可借鉴上述方法改进。

2 储存环节

该炼油厂下游的罐区设置专用的液化燃料储罐，工作压力0.28～0.52MPa，工作温度为常温。由于水的密度较大，会聚积到球罐底部。水在0℃以下会结冰，冻结在储罐底部，因此储存液化燃料的储罐均采用带蒸汽伴热的脱水包及储罐与脱水包间管线设置保温的方式以保证不被冻结。液化燃料在储存期间是除去游离水的最佳时机。液化燃料经过装置内机泵加压以及管输过程中的扰动，液化燃料中的大部分溶解水会游离析出，在进入储罐储存的过程中游离水会逐渐进入与储罐相连的脱水包，经过2h以上的沉降，溶解水可充分析出。脱水包设有磁翻板液位计，可以实时监测储罐的含水量，以便操作人员在物料外送出厂之前及时排出脱水包中的水。在脱水包中：水为溶剂，液化燃料为溶质，因而脱出的水中含有部分溶解的液化燃料。这些烃类物质会直接影响污水的COD指标，导致污水外排指标不合格，并且液化燃料脱水时由高压（0.4MPa）变为常压，有大量烃类物质扩散，体积迅速扩大，最大可达到正常体积的250倍，在污水流道里产生类似“爆破”的现象：严重时可将流道上的水泥压盖弹起，影响操作人员安全。

3 如何减少球罐储存过程中水的含量

3.1 多次脱水

每次脱水时无需将脱水包内的水全部脱尽。脱除脱水包内明水至工艺规定低液位值后，再打开与储罐的连接阀，通过储罐底部的扰动，破坏储罐中以及脱水包中现有的溶解平衡，使储罐中的水进一步析出进入脫水包，待新的溶解平衡建立后关闭连接阀再次进行脱水作业，直至明水脱除干净为止。

3.2 提高脱水包的操作温度

气态物质在水中的溶解是一种传质过程，溶解直至气液相中气体物质浓度达到动态平衡，气体在不同压力下溶解平衡遵循亨利定律[2]：

C=H·P*

式中：

C为气体在水中的溶解度;P*为溶解压力;H为亨利常数;H是温度的反函数，随温度的升高，H减小，C也随之减小。只需将脱水包的工作温度提高，即可降低液化燃料在脱水包明水中的含量。

3.3 降低储罐的操作温度

采用水在纯烃和烃混合物中溶解度计算公式，计算出液化气不同温度下饱和水含量：

lgX=-（4200A+1055）（1/T-0.0016）

式中：

X-水在液烃中溶解度;A-烃的碳氢比;T-温度，K。

根据计算45℃时，液相混合烃中含水量为268mmg/kg[3]，而10℃时，水含量约为15～40mmg/kg。

4 液化气站

化工厂球罐储存的液化燃料绝大多数情况是通过汽车运输的方式被送往液化气站，也有部分工厂下属的液化气站存在管输的情况。液化燃料在工厂出厂环节和液化气站接收环节都会经过严格的采样分析，确保其各种成分的含量指标在合格的指标范围内。液化气站的工作压力远低于工厂的储存压力，微量的水一旦析出形成聚集，在液化气站的储存环节就难以再度溶解，最终会导致积少成多，造成产品质量不合格，对下游用户造成影响，对此，液化气站经过一段时间的运行后，需要定期清除缓冲罐内产生的积水。

5 结束语

通过对液化燃料在生产、储存、销售环节中可采取的各种降低水含量措施的探讨，结合现有生产装置在液化燃料脱水工艺方面存在的问题提出意见与建议，对制取质量要求更高的民用液化气有一定的参考意义。

参考文献：

[1]王崇谦.凝聚脱水分离器[J].石油化工设备技术，1990，11 （3）：49-51.

[2]李景明，樊玉光.压力水中典型气体溶解特性与计算方法研究[J].应用能源技术，2016（9）：1.

[3]汪洋.液化气脱水方法研究进展[J].干燥技术与设备，2009，7（5）：230.