催化裂化裝置分餾塔頂循泵周期性抽空原因分析及對(duì)策

王春雷，徐金文

（中國化工·正和集團(tuán)股份有限公司，山東 東營 257342）

中國化工集團(tuán)油氣中心子公司山東正和集團(tuán)股份有限公司（原山東廣饒石化集團(tuán)股份有限公司）0.3Mt/a催化裂化裝置是由北京設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的高低并列式及摻煉渣油的重油裝置。1998年6月份開工以來運(yùn)轉(zhuǎn)一直比較平穩(wěn)、正常。但近年來隨著原料油的劣質(zhì)化、重質(zhì)化，特別是重金屬含量的增加摻煉焦化蠟油以及電脫鹽脫除效率差的情況下，分餾塔頂循泵在開工9～11個(gè)月后出現(xiàn)了周期性的抽空現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在頂循泵回流量波動(dòng)大、泵體震動(dòng)大、產(chǎn)品質(zhì)量（粗汽油干點(diǎn)的控制）的控制難度大，嚴(yán)重威脅裝置的長周期安全運(yùn)行，因此頂循泵回流量的波動(dòng)成為裝置亟待解決的問題。

2006年5月中旬開始，分餾塔中上部（20～28層塔盤處）的溫度較之前發(fā)生了明顯變化，本文就此現(xiàn)象對(duì)其原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出對(duì)策與預(yù)防措施。

1 現(xiàn)象（見表1）

表1

由表1可知汽液相負(fù)荷分布不均，頂循抽出溫度及流量波動(dòng)加大；為了維持裝置平穩(wěn)，不得不采取加大冷回流的方法來控制分餾塔頂溫，但粗汽油干點(diǎn)仍然達(dá)到了240℃，嚴(yán)重超標(biāo)。

2 原因分析

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是由于原料中的鹽含量過高及對(duì)油漿固含量的控制失調(diào)，導(dǎo)致分餾塔頂部塔盤結(jié)鹽、結(jié)垢從而阻塞孔道，同時(shí)也存在抽出斗因腐蝕出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，導(dǎo)致集油箱存油量少，以往檢修時(shí)該處抽出斗底部層發(fā)現(xiàn)有一直徑4cm的孔洞。

2.1 降低原油含鹽和水對(duì)后續(xù)的加工工序帶來不利影響。原油中的鹽類一般溶解在水中，這些鹽類的存在對(duì)加工過程危害很大。主要表現(xiàn)在： 原油中的鹽類經(jīng)常減壓裝置蒸餾后，大多會(huì)殘留在渣油和重餾分蠟油中，而這兩種餾分恰恰是重油催化裝置的原料。因此，目前國內(nèi)外煉油廠要求在進(jìn)入煉油裝置前,要將原料中的鹽含量脫除至小于6 mg/L,水含量小于0.2%。由于目前原料電脫鹽效率低，自常減壓來的蠟油直接進(jìn)入蠟油罐區(qū)，然后經(jīng)機(jī)泵加壓進(jìn)入反應(yīng)提升管中；后經(jīng)化驗(yàn)分析，原油的脫后含鹽量卻在50～60mg/L，該項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。原料中含鹽量偏高，導(dǎo)致分餾塔頂部出現(xiàn)結(jié)鹽現(xiàn)象。有資料表明，如果原料中含鹽量高，在分餾塔的中上部就會(huì)產(chǎn)生NH4Cl鹽溶液，這部分溶液向下流動(dòng)時(shí)會(huì)與塔內(nèi)上升的氣相逆向接觸，由于部分液態(tài)水會(huì)吸熱氣化，加上分餾塔頂部線速低，因此會(huì)有NH4Cl析出，并集結(jié)在塔盤上，這樣便形成了分餾塔頂部結(jié)鹽，久而久之塔盤的通透性就會(huì)越來越差，最終出現(xiàn)上面的現(xiàn)象。

2.2 分餾塔結(jié)鹽的主要成分是NH4Cl。催化裂化反應(yīng)中，進(jìn)料中的有機(jī)氮化物可發(fā)生分解反應(yīng)生成NH3，原料中有機(jī)氯和無機(jī)氯可發(fā)生分解反應(yīng)生成HCl、NaCl、CaCl2、MgCl2等，遇到環(huán)境中的水或結(jié)晶水發(fā)生水解反應(yīng)生成具有強(qiáng)腐蝕性的HCl，NH3和HCl相遇則生成NH4Cl。分餾塔頂部溫度較低，塔頂循環(huán)回流返塔溫度約90℃，低于水蒸氣的露點(diǎn)溫度，出現(xiàn)液相水，水迅速溶解氣相中的NH4Cl顆粒而成為NH4Cl水溶液。NH4Cl水溶液隨內(nèi)回流沿分餾塔向下流動(dòng)，隨著溫度升高NH4Cl水溶液失水濃縮而沉積附著在塔板即降液管處，堵塞降液管。由于2006年延遲焦化的開工，年產(chǎn)焦化蠟油6.4～8萬t/a，這部分焦化蠟油要進(jìn)催化裝置消耗掉，由于焦化蠟油的進(jìn)料會(huì)攜帶2%～2.6%的焦粉，而這部分焦粉在旋分器回收后還有一部分隨反應(yīng)油氣進(jìn)入分餾系統(tǒng)，由于控制汽油干點(diǎn)較低（為了降硫），同時(shí)為了提高輕油收率，油漿的返塔量控制較低，由于循環(huán)量下降，使反應(yīng)油氣中的催化劑未充分洗滌就被帶到塔盤上，同時(shí)，由于塔下部回流減少，部分重組分（膠質(zhì)、瀝青質(zhì)）被帶到塔盤上，在帶上來后，催化劑粉末、焦粉形成油污，逐步在塔盤上沉積，最終導(dǎo)致塔盤堵塞，我們水洗過程中從柴油氣提塔底出來的水中，漂浮著一層黑色的粉末，經(jīng)分析是焦粉。

2.3 在以往的停工檢修過程中，每次都會(huì)發(fā)現(xiàn)分餾塔頂部及上部3～5層塔盤特別的臟，經(jīng)分析是鐵銹，在分餾塔盤上 HCl、NaCl、CaCl2、MgCl2遇到環(huán)境中的水或結(jié)晶水發(fā)生水解反應(yīng)生成具有強(qiáng)腐蝕性的HCl，如果系統(tǒng)又有硫化物存在，則腐蝕會(huì)更加嚴(yán)重。隨著原料的重質(zhì)化，腐蝕現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，裝置在近幾年的運(yùn)行過程中，曾多次發(fā)現(xiàn)頂循線的泄漏現(xiàn)象，僅這一條管線上就有20多處打上了卡子，為此不得不在日后的檢修中將頂循系統(tǒng)的全部管線換掉。

化學(xué)反應(yīng)方程式為 MgCl2+2H2O=Mg（OH）2+2HCl

Fe+H2S=FeS+H2

FeS+2HCl=FeCl2+H2S

2.4 催化劑的沉積加劇了結(jié)垢的產(chǎn)生。由于裝置在開工過程中，油漿固含量一直在4～5g/L之間，油漿洗滌效果差，有時(shí)為了提高中段抽出溫度，降低油漿上返塔的循環(huán)量，這就不可避免在上升的油氣中含有一定數(shù)量的催化劑，從而導(dǎo)致結(jié)垢。

3 解決方案

3.1 為解決這一問題，經(jīng)研究決定對(duì)分餾塔進(jìn)行水洗操作，首先調(diào)整反應(yīng)進(jìn)料量至正常加工量的50%～60%左右，在能夠維持操作的前提下，以降低分餾塔負(fù)荷，同時(shí)增加冷回流量，逐步停止塔頂回流，控制塔頂溫度90～95℃，停富氣水洗，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)三塔循環(huán)，停再吸收塔。粗汽油泵引入新鮮水經(jīng)冷回流線入分餾塔，在水洗過成中，頂溫由110℃下降到100℃，頂循抽出溫度也下降10℃左右，但必須確保回?zé)捰统槌鰷囟炔荒艹霈F(xiàn)明顯的下降，這是為防止水洗過程中水進(jìn)入回?zé)捰凸拗?，造成沸塔。該控制手段可通過控制注水量的大小來實(shí)現(xiàn)。正常的水洗過程應(yīng)是洗塔至柴油抽出口附近，水會(huì)通過柴油抽出口流入氣提塔中，因此應(yīng)通過對(duì)柴油分液罐的切水情況來判斷觀察水洗質(zhì)量。

通過分析水中的氯離子含量，到氯離子含量基本穩(wěn)定不變，水質(zhì)變清時(shí)表明水洗操作完成，應(yīng)停止水洗，洗塔時(shí)間一般為2～5h。洗塔過程中控制塔頂循環(huán)回流抽出溫度為105～115℃,防止水進(jìn)入下部塔板。同時(shí)檢測輕柴油含水情況，若帶水嚴(yán)重時(shí)應(yīng)及時(shí)減小給水量。

3.2 控制塔頂溫度的原則是使水在塔內(nèi)不蒸發(fā)，塔內(nèi)水蒸氣在洗滌段內(nèi)冷凝下來，以增加洗滌效果。塔頂溫度過高，大量的水蒸發(fā)，達(dá)不到洗滌目的，嚴(yán)重時(shí)造成塔內(nèi)壓力過高，導(dǎo)致安全閥起跳。因此，洗塔水量控制非常重要：一是要保證水洗效果，二要防止水量過大引起事故。一般在粗汽油泵入口水洗線上增加限流孔板；另一方面要嚴(yán)格控制頂回流抽出溫度和輕柴油抽出溫度。輕柴油抽出溫度一般不小于150～160℃，原則上控制輕柴油抽出不帶水。

待水洗完畢后，調(diào)整加工量以提高分餾塔負(fù)荷，避免因負(fù)荷過小造成的頂循抽空現(xiàn)象。當(dāng)頂循流量提至42t/h后，停止冷回流，溫度完全可以控制在質(zhì)量指標(biāo)范圍內(nèi)，水洗達(dá)到了預(yù)期效果。

通過以上分析，我們不難看出造成頂循泵抽空、循環(huán)量波動(dòng)主要原因就是分餾塔上部結(jié)垢、結(jié)鹽從而阻塞孔道。

針對(duì)以上情況將提出以下幾點(diǎn)預(yù)防措施及對(duì)策：

1）嚴(yán)格控制原料中的含鹽量＜20mg/L；

2）頂循抽出斗的材質(zhì)升級(jí)，由20#鋼改為0Cr18Ni9Ti；

3）嚴(yán)格控制油漿固含量；

4）加大油漿上返塔循環(huán)量，增加頂循回流量，提高返塔溫度；

5）加大防腐蝕措施，可在頂循系統(tǒng)中加入緩蝕劑；

6）頂循泵定期切換，可防止在泵入口及泵體內(nèi)結(jié)鹽；

7）嚴(yán)格控制焦化蠟油摻渣比≯10%。

分餾塔水洗完成后重新投用，嚴(yán)格執(zhí)行上述預(yù)防措施，結(jié)果頂循泵周期性抽空現(xiàn)象消失，裝置在連續(xù)運(yùn)行一個(gè)周期后按計(jì)劃停工檢修，用實(shí)踐證明了預(yù)防措施的有效性。實(shí)現(xiàn)了裝置安全、長期、有效、平穩(wěn)的運(yùn)行，為集團(tuán)公司的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。