2005年5月和2006年4月,國內兩個焦化裝置相繼發生脫硫后硫化壓鐵催化劑自燃,并引起容器爆炸。
在最近焦化裝置中應用的冷焦水密閉處理系統中,用鐵、鎂、鋁等金屬氧化物來和硫化氫反應,減少冷焦水中惡臭氣體對周邊環境的影響,但是,飽和吸附后的鐵、鎂、鋁等硫化物遇空氣也會發生氧化放熱反應,當空氣流通速度達到一定程度,迅速釋放的熱量就會損壞固定床內構件,并引爆容器內的可燃氣體。
原因分析:
FeS是深棕色或黑色固體,難溶于水,密度4.74g/cm3,熔點1193℃。
油品中的硫大致分成活性硫和非活性流兩大類。活性硫包括單質活性流(S)、硫化氫(H2S)、硫醇(RSH)。其特點是可以和金屬直接反應成金屬硫化物。
在200℃以上,干硫化氫可和鐵發生直接反應生成FeS。360-390℃之間生成率最大,至450℃左右減緩而變得不明顯。
H2S+Fe=FeS+H2
2FeS+5O2=2SO2+2Fe2O3+Q
在350-400℃下,單質硫很容易與鐵直接化合生成FeS。在這個溫度下,H2S可以發生分解:
H2S→S+H2
分解出的活性硫和鐵的作用極強烈。
在200℃以上,硫醇也可以和鐵直接反應:
RCH2CH2SH+Fe==RCHCH2+FeS+H2
非活性硫包括硫醚、二硫醚、環硫醚、噻吩、多硫化物等。其特點是不能直接和鐵發生反應,而是受熱后發生分解,生成活性硫,這些活性硫按上述規律和鐵發生反應。不同溫度下不同硫化物的分解,產生不同程度的硫腐蝕。
復雜的硫化物在115-120℃開始分解,生成H2,120~210℃比較強烈,350—400℃達到最強烈的程度,480℃基本完全分解。
在煉油過程中,管線設備中的單質鐵元素是普遍存在,使得原油加工過程中的各種活性硫與單質鐵元素發生系列化學反應,最終以硫化亞鐵的形式集存在大空間、低流速的塔、容器內。FeS在工藝設備中的分布一般遵循這一規律:介質中硫含量越高,其FeS腐蝕產物越多,但是介質中硫含量僅為百萬分之幾的設備在打開時也會發生FeS自燃的現象。其原因不是介質中硫含量高,而是微細的FeS腐蝕產物會隨物料從上游不斷地往下游轉移,在某一速度相對較低的區域,不斷地聚集沉積下來。對于塔設備,器內物料流速低,硫化亞鐵的腐蝕產物在某些局部區域很容易發生沉積特別是填料塔,其填料除了具有分餾的功能外.還具有高效的過濾功能,上游攜帶來的硫化亞鐵很容易被攔截下來。同時,金屬填料具有較大的比表面積,與物料的接觸面積大,即使物料中的硫含量很低也會腐蝕填料。由于填料塔內的物料流速低,填料表面腐蝕生成的硫化亞鐵很難被物料帶走。這樣,在大負荷、長周期、多周期連續運行的填料塔,塔內將積聚一定量的硫化亞鐵。
在檢修等停工過程中,這些硫化亞鐵與空氣中的氧氣發生放熱化學反應,放這些熱量沒有釋放和傳輸途徑就會產生高溫而損壞設備。尤其是在填料、塔盤等內構件多的塔、容器內,硫化亞鐵的積存量大,極易發生硫化亞鐵自然事故。
在干氣脫硫生產過程,常用氧化鋅、氧化鐵等脫硫劑進行預處理,在卸劑過程中往往會發生硫化亞鐵的自燃事故。
采取措施:
FeS的存在、與空氣中的氧接觸、一定的溫度,是FeS在設備檢修中發生自燃的三個要素。在設備檢修中為了預防FeS自燃事故發生,至少要消除其中之一要素。
a)對進塔原料脫硫、脫水,防止生成FeS
現在的脫硫工藝可以有效脫除原料中的硫化物,精脫可以脫除99%以上的硫.這可以從根本上防止硫腐蝕生成FeS。當然在脫硫工藝系統仍存在硫腐蝕的問題。
在塔內形成的硫化氫腐蝕破壞塔體、內件和填料。但碳鋼在250℃以下的無水硫化氫中基本不腐蝕,而當有水共存時將產生明顯的腐蝕。原料進塔之前采用以電脫鹽脫水為核心的“一脫三注”工藝,及時對脫鹽后的原油含鹽量、含水量及初餾塔、常壓塔、減壓塔頂排水的pH、Cl-、Fe含量進行分析并嚴格控制,會減少原料對塔設備的腐蝕,即設備中形成FeS數量大大減少.從而減少了更換填料的次數,也減少了檢修中發生白燃的機會。
b)檢修中控制氧含量,防止FeS自燃
硫化亞鐵的氧化必須有氧氣存在,所以在停工檢修之前,用惰性氣體對塔內部可燃氣體置換,使硫化亞鐵粉末不能與空氣中的氧接觸發生氧化反應。但這種方法給操作帶來不便。進塔作業時,不能同時打開上下人孔,只打開需作業處人孔,否則空氣會形成對流,使塔內氧含量大大提高。
c)檢修時嚴格控制溫度
影響硫化亞鐵氧化的主要因素為溫度,所以在停工、蒸汽吹掃后,決不能市即打開人孔進行作業,須在塔內溫度冷卻至室溫以下,且采取防止硫化亞鐵白燃的必要措施后才可打開人孔.對于填料塔,由于填料體積大,熱容量高,在不通風的情況下,自然冷卻慢,可從塔頂注水冷卻,提高冷卻速度,較為安全。
d)使用鈍化劑.消除FeS活性
硫化亞鐵鈍化劑是一種由對FeS具有較強螯合作用的螫臺劑、緩蝕劑等復配而成的高效化學清洗劑,能有效除去聚結在設備上的FeS、Fe2O3等無機垢,防止FeS自燃燒毀填料或設備。具有在設備上不沉積、對設備腐蝕性小,對環保無特殊影響.性質穩定,無毒無害,使用安全方便等特點。消除FeS自燃最為安全的方法是進行化學鈍化清洗處理。通過鈍化消除其活性,達到阻止其自燃的目的。
在檢修過程中,吹掃后的塔、容器用硫化壓鐵鈍化劑進行化學處理;
用高錳酸鉀、雙氧水等氧化劑進行預先安全的氧化;
用水噴淋,吸收反應熱,阻止高溫和燃燒;
改用銅系列氧化劑進行脫硫化氫處理,使得反應產物生成穩定的硫化銅,不在與空氣中的氧氣發生進一步氧化反應。
改用其它的化學、物理方法替代金屬氧化物脫硫工藝。
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