焦化分餾塔頂結(jié)鹽問題的分析及處理

潘春生，陳 金，王良龍，劉遠(yuǎn)航，劉 偉

(中國石油吉林石化公司 煉油廠，吉林 吉林 132022)

中國石油吉林石化公司煉油廠延遲焦化裝置由中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)加工能力為100萬t/a，裝置于2003年5月10日建成，2003年6月1日裝置一次開車成功，裝置以煉油廠常減壓裝置生產(chǎn)的減壓渣油及催化裂化車間的油漿為原料進(jìn)行二次加工，生產(chǎn)干氣、液化石油氣、汽油、柴油、輕蠟油、重蠟油以及焦炭產(chǎn)品。裝置設(shè)計(jì)循環(huán)比為0.6，生焦周期24 h。工藝上采用一爐二塔、有井架水力除焦、無堵焦閥密閉放空的先進(jìn)工藝。裝置工藝主體包括焦化、分餾、吸收穩(wěn)定、氣體脫硫4大部分。

在裝置運(yùn)行過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)過分餾塔頂部結(jié)鹽，堵塞塔盤的問題，針對(duì)此情況采取一些臨時(shí)處理措施緩解了塔頂塔盤結(jié)鹽問題，最后，通過操作摸索逐漸形成了提高分餾塔頂溫、使塔頂結(jié)鹽部位后移等技術(shù)，已基本解決了分餾塔頂結(jié)鹽問題。分餾塔自2009年6月檢修后一直正常運(yùn)行。

1 結(jié)鹽問題的出現(xiàn)

分餾塔頂部結(jié)鹽問題主要出現(xiàn)在2008年和2009年。2008年3月按照工廠要求柴油凝固點(diǎn)由≤-5 ℃提高至≤0 ℃，分餾塔頂部氣相負(fù)荷隨之增大。由于分餾塔頂部塔盤結(jié)鹽，塔盤上的部分升氣孔結(jié)鹽堵塞，塔內(nèi)氣液兩相接觸面積減少，無法滿足物質(zhì)之間的熱交換，氣相通過塔盤上液層的阻力增大[1]，導(dǎo)致分餾塔頂部壓差增大，頂循集油箱液面波動(dòng)較大，1～3層塔盤經(jīng)常出現(xiàn)淹塔現(xiàn)象。延遲焦化車間根據(jù)實(shí)際情況，采取降低分餾塔頂溫度，控制頂循氣相溫度≤130 ℃，減輕分餾塔頂負(fù)荷，淹塔現(xiàn)象得到初步緩解。4月降低分餾塔頂溫至95 ℃，部分酸性水進(jìn)入頂循系統(tǒng)中，沖洗分餾塔1～3層塔盤，溶解塔盤上的鹽類，進(jìn)行分餾頂塔盤水洗操作，取得一定的清洗效果，分餾塔頂循集油箱液面波動(dòng)次數(shù)減少。8月裝置執(zhí)行高負(fù)荷生產(chǎn)方案，分餾塔頂循集油箱液面再次出現(xiàn)不穩(wěn)的情況，判斷是上層塔盤發(fā)生輕微的結(jié)鹽現(xiàn)象，8月13日起降低分餾塔頂溫，控制在90～95 ℃，結(jié)鹽現(xiàn)象得以緩解。9月分餾塔頂溫由95 ℃提至102 ℃，分餾塔頂部維持氣液相平衡[2]。12月3日、19日、24日對(duì)分餾塔進(jìn)行了3次塔盤在線水洗操作。2009年1月因塔盤結(jié)鹽，導(dǎo)致分餾塔頂部壓差增大，頂循集油箱液面波動(dòng)頻繁，1～3層塔盤經(jīng)常出現(xiàn)淹塔現(xiàn)象，頂循泵也出現(xiàn)了抽空現(xiàn)象，2次采取在線水洗分餾塔頂操作，使操作波動(dòng)得以緩解。2月在采取水洗沒有效果的情況下，被迫停運(yùn)頂循系統(tǒng)，將冷回流引入頂循下返塔，防止下部塔盤干板。后又采取在線柴油清洗分餾塔頂塔盤操作，效果不是很好。2月末分餾塔頂采取提溫操作，塔頂溫度控制在120～130 ℃。3～5月在保持分餾塔頂提溫操作的情況下，試運(yùn)行頂循系統(tǒng)沒有成功，分餾塔頂結(jié)鹽狀況見圖1。

圖1 分餾塔頂塔盤結(jié)鹽堵塞

2 結(jié)鹽問題的分析

延遲焦化裝置原料攜帶的氮化合物在反應(yīng)過程中，會(huì)生成NH3。NH3與HCl反應(yīng)生成NH4Cl。氯化銨極易溶于水，在分餾塔的下部，NH4Cl分解為NH3和HCl，遇冷后則重新生成NH4Cl顆粒[3]。細(xì)小的NH4Cl顆粒在分餾塔的頂部，可溶解在局部低溫水相中，在隨內(nèi)回流下降的過程中，溫度逐步升高，NH4Cl逐步失水而濃縮成為一種黏度很大的半流體。這種半流體與鐵銹、焦炭粉末等混合在一起沉積于塔盤、塔頂回流線、降液管、受液盤處，積累到一定程度就會(huì)阻礙塔內(nèi)液相的流動(dòng)，堵塞塔盤上的升氣孔，導(dǎo)致分餾塔壓降逐漸增大，破壞了分餾塔的正常操作。

分餾塔頂塔盤(1～3層)堆積銨鹽導(dǎo)致升氣孔不暢，進(jìn)而發(fā)生塔盤堵塞的原因如下。

(1) 塔頂溫度低(<104 ℃)，銨鹽無法隨污水自塔頂拔出，一部分水以液態(tài)形式存在于頂循系統(tǒng)中，導(dǎo)致上層塔盤結(jié)鹽；

(2) 經(jīng)常使用冷回流控制塔頂溫度及液面，冷回流及少量的酸性水在塔盤上汽化，酸性水中的鹽類附著在塔盤上；

(3) 分餾塔進(jìn)料中含有焦粉，隨氣相上升至分餾塔頂與塔板上的鹽類物質(zhì)一起堆積，堵塞塔板的升氣孔，降低塔板的工作效率。

3 結(jié)鹽問題的處理

3.1 分餾塔降頂溫脫鹽

通過低溫控制分餾塔頂溫(90～95 ℃)，塔內(nèi)大部分水未從塔頂拔出，以液態(tài)水的形式溶解塔盤上的鹽類，塔頂存積的含鹽污水自分餾塔頂循備用泵排凝定期脫水，從而達(dá)到清除分餾塔頂部塔盤結(jié)鹽的目的，即通過調(diào)節(jié)頂循水冷器E1117冷卻水，控制分餾塔頂溫在90～95 ℃，對(duì)分餾塔上層塔盤進(jìn)行在線降頂溫脫鹽清洗。經(jīng)2008年3月24日、30日兩日采水樣分析，水中銨離子質(zhì)量濃度由7 700 mg/L降至1 368 mg/L，清洗效果明顯。降溫脫鹽后分餾塔運(yùn)行平穩(wěn)，頂循集油箱液面控制平穩(wěn)，分餾塔頂部壓差0.08 MPa，達(dá)到預(yù)期的清洗效果。

3.2 在線水洗塔盤

清除分餾塔頂結(jié)鹽最有效的方法是進(jìn)行分餾塔在線水洗。裝置采取在分餾塔頂循水冷器E1117處注入除氧水的方法來對(duì)分餾塔進(jìn)行在線水洗塔盤。即將除氧水注入E1117B入口排凝，經(jīng)E1117AB，通過正流程進(jìn)入分餾塔頂，通過分析頂循備用泵(P1104)排出的酸性水氨離子變化，檢查水洗效果。在線水洗塔盤流程見圖2。

圖2 在線水洗塔盤流程圖

2008年12月因分餾塔頂塔盤上銨鹽堆積過多，車間對(duì)分餾塔上層塔盤進(jìn)行在線水洗。水洗期間分餾塔頂溫(TIC1180)控制在80 ℃，關(guān)閉頂循下返塔調(diào)節(jié)閥(FIC1154)，在分餾塔頂循換熱器E1117B入口注入除氧水2 t/h，再根據(jù)分餾塔頂壓力變化情況，逐漸提高至4 t/h，后提至7 t/h。分餾塔頂部1-3層塔盤上的液相逐漸積聚在頂循集油箱中，至集油箱發(fā)生溢流現(xiàn)象，輕質(zhì)油從頂循集油箱溢流至下層塔盤，集油箱底層的含鹽污水從頂循備用泵排出，達(dá)到清洗塔盤的目的。分析頂循備泵排出的酸性水水樣中銨離子濃度為1 400 mg/L，其它時(shí)間水樣中銨離子濃度為0 mg/L，清洗效果明顯。

3.3 柴油洗塔盤

從塔頂脫出的污水分析中可以明顯的看出，利用在線水洗的方法對(duì)于清除塔盤表面鹽類非常有效。但是由于塔頂結(jié)垢的特殊形式限制了水洗效果只能在表面進(jìn)行，不能從更深層次解決塔盤堵塞問題。如何利用裝置內(nèi)部現(xiàn)有資源對(duì)塔頂結(jié)垢物進(jìn)行溶解或剝離是問題的關(guān)鍵。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)分餾塔頂結(jié)垢樣多為焦炭以及少量鹽和一些固體粉末。因此選擇了水、汽油、柴油對(duì)結(jié)垢物進(jìn)行了溶解、分散實(shí)驗(yàn)。結(jié)果只有柴油能溶解其中的三分之二以上，汽油只能溶解不到二分之一，而水溶解較少。嘗試將分餾塔頂引入柴油，利用柴油的溶解性，解決分餾塔盤堵塞的問題[4]。2009年2月4日分餾塔進(jìn)行在線柴油洗塔操作，低溫柴油(50 ℃)從柴油出裝置調(diào)節(jié)閥排凝經(jīng)新加管線引至冷回流調(diào)節(jié)閥排凝，經(jīng)冷回流正流程進(jìn)入頂循上返塔(FIC1153)調(diào)節(jié)閥后，進(jìn)入分餾塔。柴油洗塔盤流程見圖3。

圖3 柴油洗塔盤流程圖

控制柴油注入量3～5 t/h，經(jīng)過5 d的分餾塔在線柴油洗塔操作，2月9日停止柴油注入。從脫水樣中發(fā)現(xiàn)固體含量在上升，說明在柴油的作用下，塔頂垢物已經(jīng)部分剝離。但由于分餾塔頂結(jié)垢較多，效果不是很好，沒有使分餾塔塔盤恢復(fù)到原狀，但在一定程度上緩解了分餾塔頂部與中部壓差。洗塔后分餾塔繼續(xù)維持在頂循泵停運(yùn)，用冷回流控制分餾塔頂溫度在120～130 ℃的條件下操作。

3.4 提高分餾塔頂溫

由于裝置原設(shè)計(jì)分餾塔頂溫控制較低，分餾塔中尚有少量的液態(tài)水無法從塔頂拔走，竄入頂循系統(tǒng)中，造成頂部塔盤結(jié)鹽，嚴(yán)重影響氣、液兩相在此進(jìn)行熱交換，削弱分餾塔的分離效果[5]。車間通過降低分餾塔頂溫、強(qiáng)制注水洗塔盤、柴油洗塔盤等方式，減少塔盤的銨鹽堆積量，維持了分餾塔的運(yùn)行。

2009年6月裝置停工檢修開車后，車間控制分餾塔頂溫，塔內(nèi)的酸性水全部汽化，酸性水中溶解的鹽類同時(shí)離開分餾塔，減少塔盤上結(jié)鹽現(xiàn)象的發(fā)生[3]。由于分餾塔目前的頂溫控制在約130 ℃，原來在分餾塔頂部塔盤結(jié)鹽的物質(zhì)會(huì)離開分餾塔，在塔頂空冷器或水冷器結(jié)鹽，因此監(jiān)控分餾塔頂部各換熱器的運(yùn)行狀態(tài)，是日常工作的重點(diǎn)。一旦分餾塔頂與分餾塔頂油氣分離器壓差逐漸增大，說明在分餾塔頂空冷器、水冷器的管束中有結(jié)鹽現(xiàn)象。可以利用裝置停工檢修或日常檢修，清理分餾塔頂空冷器和水冷器，解決這一問題。2011年裝置大檢修檢修車間將對(duì)分餾塔頂空冷器進(jìn)行改造，每臺(tái)空冷器增加了退油閥門和掃線閥門，并更換空冷器出、入口閥門。以便在空冷出現(xiàn)結(jié)鹽、堵塞時(shí)，能夠在線進(jìn)行清理，

3.5 其它措施

(1) 嚴(yán)格控制頂循下返塔量≥40 t/h，加大頂循集油箱下部塔盤的洗滌效果；

(2) 控制底循上返塔量≥100 t/h，改善分餾塔進(jìn)料中焦粉的洗滌效果，減少分餾塔氣相中焦粉的攜帶量，改善分餾塔頂部操作；

(3) 控制焦炭塔線速[6]，減少分餾塔塔底進(jìn)料中焦粉的含量；

(4) 嚴(yán)格控制焦炭高度，防止泡沫焦竄入分餾塔中；

(5) 盡量不使用冷回流，冬季必須使用時(shí)要嚴(yán)格控制冷回流使用量，即降低分餾塔頂部氣相負(fù)荷，同時(shí)有助于減少塔盤上銨鹽的堆積；

(6) 適當(dāng)調(diào)節(jié)柴油上、下返塔量、中段回流量，均勻分配塔內(nèi)的液相負(fù)荷。

裝置采取以上措施后既提高了輕油收率，又消除了分餾塔頂部結(jié)鹽現(xiàn)象， 保證裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。

4 取得的效果

通過采取降低分餾塔頂溫、在線水洗塔盤、柴油洗塔盤等方法，均實(shí)現(xiàn)了脫除分餾塔頂塔盤部分鹽垢的目的，取得了一定的除鹽效果，維持了分餾塔頂部的氣、液相平衡，保證了傳質(zhì)、傳熱效果。分餾塔頂部塔盤經(jīng)過上述處理后的典型圖片見圖4。

圖4 分餾塔頂塔盤結(jié)鹽堵塞處理后

5 結(jié) 論

通過實(shí)際操作證明，采取分餾塔降頂溫、水洗、柴油洗塔盤能夠臨時(shí)緩解分餾塔頂部結(jié)鹽問題，但不能從根本上徹底解決塔盤結(jié)鹽、堵塞問題。通過近幾年的實(shí)踐摸索，總結(jié)出提高分餾塔頂溫是最好的解決分餾塔頂部結(jié)鹽、塔盤堵塞方法。從2009年6月分餾塔頂提溫控制在≥130 ℃以來，分餾頂部運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)分餾塔頂部結(jié)鹽、堵塞塔盤問題，分餾塔操作平穩(wěn)，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)合格，保證了裝置連續(xù)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 翟國華.延遲焦化工藝與過程[M].北京：中國石化出版社，2008：111-142.

[2] 盧綺敏.腐蝕與防護(hù)全書[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：59-97.

[3] 侯芙生.煉油工程師手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1995：138-198.

[4] 林世雄.石油煉制工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000：154-175.

[5] 林玉珍，楊德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理[M].北京：中國石化出版社，2007：1-34.

[6] 侯祥麟.中國煉油技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2009：88-103.