乙烯裝置汽油分餾塔結(jié)焦原因分析及應(yīng)對措施

高文清

(中國石化股份有限公司天津分公司，天津 300271)

天津石化乙烯裝置生產(chǎn)能力為20 萬t/年(8 000 h)，汽油分餾塔(以下簡稱DA101塔)進(jìn)料為來自裂解爐的經(jīng)過急冷鍋爐、油冷器后約210 ℃的裂解氣。汽液混合物從DA101塔底部進(jìn)入，在塔中由循環(huán)急冷油和由急冷水塔來的汽油把裂解氣進(jìn)一步冷卻到105 ℃左右后去急冷水塔。在DA101塔中分離出裂解燃料油和裂解柴油，裂解汽油及更輕組分由塔頂分出。2005年裝置擴(kuò)能改造時(shí)，DA101塔的改造采用了天大天久系列技術(shù)散裝填料/塔盤，塔徑4 900 mm、塔高23 000 mm(切線高度)。塔頂汽油回流及中部急冷油回流采用分布管和槽盤式分布器，下部急冷油冷卻段采用天大天久格柵64#規(guī)整填料，中部柴油采出段采用三層大孔穿流篩板，上部分餾段采用兩段50號、60號、70號矩鞍環(huán)組合散堆填料。

1 DA101塔結(jié)焦原因

1.1 DA101結(jié)焦情況描述

從2012年10月檢修后開車至2015年5月，DA101塔運(yùn)行基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯異常，但存在頂溫高、釜溫低的問題，為控制頂溫，塔頂回流量控制較大。

2015年6月至2016年2月，DA101塔出現(xiàn)多次波動(dòng)。工藝參數(shù)方面體現(xiàn)在頂溫迅速升高至125 ℃、急冷油黏度快速上漲至24 756 mm2/s、全塔壓差升高至9 kPa、液位下降至35%、塔頂汽油終餾點(diǎn)升高至290 ℃等。經(jīng)一系列的調(diào)整，在持續(xù)外補(bǔ)調(diào)質(zhì)油的情況下，DA101也只能勉強(qiáng)在低負(fù)荷下維持運(yùn)行，但是塔頂汽油終餾點(diǎn)嚴(yán)重偏離指標(biāo)。經(jīng)分析及DA101塔分段壓力檢測，判斷DA101塔上部分餾段結(jié)焦嚴(yán)重。

1.2 結(jié)焦原因分析

1.2.1 原料品質(zhì)

由于天津石化原料平衡問題，從2015年3月開始加工裂化柴油，投裂化柴油比例全年累計(jì)16.0%，單月最高為30.4%，BMCI全年均值為17.2，最高達(dá)26.9；同時(shí)全餾分石腦油品質(zhì)也逐漸劣化，芳烴含量全年均值為12.6%，最高達(dá)14.8%。芳烴在高溫下發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成高分子量的聚合物，并隨裂解氣進(jìn)入DA101塔。因此長期加工品質(zhì)劣的裂化柴油和全餾分石腦油導(dǎo)致DA101內(nèi)部結(jié)焦加劇，傳質(zhì)傳熱效果大幅下降。

1.2.2 原料輕質(zhì)化工藝調(diào)整

隨著原料結(jié)構(gòu)調(diào)整，全餾分石腦油原料的使用量大幅度縮減甚至停用，其間乙烯裝置裂解原料逐漸增加了輕石腦油、富乙烷氣、丙烷以及歧化尾氣等氣相裂解原料。

原料輕質(zhì)化后，裂解汽油和裂解渣油收率下降。裂解氣中重質(zhì)餾分減少，氣相組分增加，導(dǎo)致DA101塔熱量上移，嚴(yán)重影響了塔的熱平衡，設(shè)計(jì)DA101塔頂溫在111～115 ℃，實(shí)際操作值往往超過120 ℃。較高的頂溫易導(dǎo)致粗汽油終餾點(diǎn)不合格，影響后系統(tǒng)運(yùn)行。加大塔頂回流量雖然可以一定程度緩解頂溫高，但是解決不了DA101汽油柴油分離段溫度分析梯度大的問題，過多的熱量引起填料層溫度升高，進(jìn)而引起裂解氣及回流汽油中苯乙烯、茚類等不飽和烴類的聚合，堵塞填料層。

1.2.2 DA101塔結(jié)構(gòu)

DA101塔為兩段式結(jié)構(gòu)，上部分餾段，下部急冷油循環(huán)段。由于工藝自身特點(diǎn)，在該區(qū)間及整個(gè)分餾段固有液相負(fù)荷低的弱勢，造成聚合物不易被液相洗刷下來，進(jìn)而使分餾段溫度升高。當(dāng)堵塞達(dá)到一定程度時(shí)，大量聚合物被憋壓氣相夾帶上行，嚴(yán)重者造成分布器和填料層失效。塔頂回流采用槽盤式分布器，該分布器主要依靠回流液體的重力溢流到填料上部，回流物料分布均勻性相對較差，容易引起回流汽油在填料上分布不均，局部出現(xiàn)過熱點(diǎn)，增加物料結(jié)焦可能性。

DA101塔經(jīng)γ射線掃描檢測分析發(fā)現(xiàn)：塔頂回流槽盤式分布器下方，填料層上方900 mm的空間內(nèi)檢測到的氣液相分布情況異常，存在霧沫夾帶或積液現(xiàn)象；塔上部填料段標(biāo)高22.1～21.3 m之間800 mm的高度區(qū)間內(nèi)西側(cè)、南側(cè)、北側(cè)三個(gè)方位上檢測到的密度相對偏大，推測此位置可能存在較為嚴(yán)重的結(jié)焦或結(jié)垢。

1.2.3 塔內(nèi)結(jié)焦情況

2016年8月裝置停工檢修拆除塔內(nèi)件時(shí)發(fā)現(xiàn)，DA101分餾段汽油回流分布器結(jié)焦嚴(yán)重，大部分回流分布器已經(jīng)堵塞(圖2)；散裝填料頂部聚合物已經(jīng)粉末化結(jié)塊，失去了填料層傳質(zhì)傳熱的基本條件(圖3)。

2 DA101長周期運(yùn)行應(yīng)對措施

2.1 DA101塔內(nèi)件改造方案

1)塔頂汽油回流分布器、中部急冷油循環(huán)分布器由之前的回流分布管和槽盤式分布器組合更換為噴嘴式液體分布器。實(shí)現(xiàn)汽油回流泵通過噴嘴強(qiáng)制回流，填料層上端的液位初始分布更均勻，大大降低了汽油回流段結(jié)焦、堵塞的可能性。

2)散裝填料的規(guī)格由之前的50號、60號、70號矩鞍環(huán)組合更換成全部的60號增強(qiáng)矩鞍環(huán)，高度相比檢修前增高了700 mm，增加理論板數(shù)。填料剛度提高，裝置生產(chǎn)過程中被壓扁、凹陷、空隙率不均勻的現(xiàn)象基本克服。

3)急冷油循環(huán)段的規(guī)整填料全部更換成填料下邊緣帶“翻邊”結(jié)構(gòu)的新型格柵填料，高度較之前增高600 mm。“翻邊”結(jié)構(gòu)增加了急冷油循環(huán)段的理論塔板數(shù)，提高格柵填料的熱交換，將大部分熱量在急冷油循環(huán)段撤走，熱量分布下移，能夠提高DA101塔塔釜溫度，同時(shí)減輕了散裝填料的熱負(fù)荷，溫度相應(yīng)降低。

4)柴油槽在之前半圓形儲液槽的基礎(chǔ)上增加了兩條長度略小于DA101塔直徑且平行分布的長方形儲液槽。柴油槽容積增大接近5倍，這樣可以更多、更均勻的接受落下的柴油。當(dāng)塔頂溫度較高時(shí)，可以通過增加柴油的采出量來降低散堆填料的溫度，降低頂溫，控制結(jié)焦速度及急冷油黏度，操作手段多樣化。

圖2 DA101汽油回流分布器堵塞情況

圖3 DA101上部填料堵塞情況

5)塔釜角鋼塔盤、塔中部大孔穿流篩板全部更換成等尺寸的不銹鋼材質(zhì)。減緩金屬腐蝕速度，防止金屬離子對聚合反應(yīng)的催化作用;同時(shí)穿流篩板表面清潔也可以更加高效的進(jìn)行傳質(zhì)傳熱。

2.2 控制塔頂汽油回流量

在重油工況下，裂解汽油收率較高，盡可能開大塔頂回流閥，提高回流量。輕質(zhì)工況下，裂解汽油收率較低，為保證足夠回流量需補(bǔ)入大量自產(chǎn)裂解氣汽油，但是由于自產(chǎn)裂解汽油中苯乙烯含量較高，對目前補(bǔ)汽油線進(jìn)行流程改造，增加補(bǔ)入裂解汽油加氫裝置產(chǎn)品加氫混合苯流程，在滿足回流量的同時(shí)，盡可能減低苯乙烯濃度。

2.3 優(yōu)化裂解爐操作

在裂解爐切換料及退料燒焦過程中，尤其是在蒸汽吹掃管線階段，避免DA101塔釜溫、液位及壓差大幅度變化，燒焦時(shí)確保裂解爐燒焦徹底，防止裂解爐內(nèi)結(jié)焦母體進(jìn)入DA101塔。多臺裂解爐集中燒焦時(shí)，嚴(yán)格控制DA101塔頂溫、釜溫，禁止大的波動(dòng)。燒焦過程中，對多產(chǎn)裂解汽油的重油裂解爐進(jìn)行提負(fù)荷，輕質(zhì)原料的裂解爐降低負(fù)荷或降低其COT，調(diào)整穩(wěn)定后再安排燒焦，保證塔內(nèi)熱量較高時(shí)有足夠多的回流汽油。

2.4 注入阻聚劑、分散劑

2016年通過技改增加了阻聚劑、分散劑的加注設(shè)施。藥劑通過新增設(shè)施注入到DA101塔塔頂裂解汽油回流線，通過塔頂回流分布器均勻分散在填料層。防止苯乙烯、茚類等有機(jī)物的在高溫下聚合、結(jié)焦。

2.5 優(yōu)化減黏塔的運(yùn)行

適當(dāng)提高減黏塔的頂溫，控制頂溫不低于235 ℃，實(shí)現(xiàn)減黏塔內(nèi)旋風(fēng)分離的作用，將組成穩(wěn)定的餾分返回急冷油系統(tǒng)，較重的燃料油及時(shí)送出；為了平衡DA101塔和減黏塔的液位，減黏塔塔釜出口設(shè)一條返回線至DA101塔，操作時(shí)應(yīng)保證在塔釜液相最小量返回DA101塔的前提下，盡量將塔釜重質(zhì)燃料油采出。

2.6 把控裂解原料品質(zhì)

確保裂化柴油BMCI值<15，全餾分石腦油芳烴含量<10%；控制裂化柴油以及輕質(zhì)裂解原料的投用比例。根據(jù)原料結(jié)構(gòu)及品質(zhì)的變化，確保裂解產(chǎn)物組成穩(wěn)定，避免DA101的大幅度波動(dòng)。

3 采取措施后效果

1)塔頂采出汽油干點(diǎn)(EP)平均在200 ℃以下，大大減少了裂解柴油餾分進(jìn)入后系統(tǒng)急冷水塔，降低了急冷水乳化的可能性，減少新鮮水的補(bǔ)入以及污水排放量，并且有助于循環(huán)急冷水溫度穩(wěn)定在85 ℃以上，保證了丙烯精餾塔、脫乙烷塔等塔釜加熱，真正做到了節(jié)能減排的優(yōu)化操作。

2)全塔壓差保持在3.5 kPa以內(nèi)。壓差小，對于同樣的裂解氣壓縮機(jī)一段吸入壓力而言，大大降低了裂解爐輻射段出口壓力，原料在爐管內(nèi)停留時(shí)間減小，提高雙烯收率，減緩了輻射段爐管結(jié)焦速度，延長了裂解爐的運(yùn)行周期及使用壽命。

3)急冷油黏度維持在小于2 000 mm2/s，既保證了循環(huán)急冷油對裂解氣的良好撤熱，也確保了急冷油對稀釋蒸汽發(fā)生器的有效加熱，最大限度的發(fā)生稀釋蒸汽，減少中壓蒸汽的補(bǔ)入；同時(shí)降低了循環(huán)急冷油管道堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

4)DA101改造后自2016年9月底開車運(yùn)行至今，工藝參數(shù)指標(biāo)較改造前大有改善，全塔溫差大幅提升，保證了該塔的生產(chǎn)能力。同時(shí)當(dāng)輕質(zhì)裂解原料投入比例增加時(shí)，DA101的運(yùn)行參數(shù)基本不發(fā)生改變，操作彈性加大。目前，DA101塔運(yùn)行良好(見表2)。

表2 措施采取前、后DA101塔的主要平均運(yùn)行參數(shù)

4 結(jié) 論

DA101塔處在乙烯裝置的咽喉部位，在確保長周期、高效穩(wěn)定的運(yùn)行以及增加對裂解原料的適應(yīng)性上會(huì)遇到各種困難，天津乙烯裝置通過采取上述措施后，DA101塔的傳熱溫差得到了改善，消除了塔頂汽油干點(diǎn)、急冷油黏度等超標(biāo)問題，目前DA101塔可穩(wěn)定乙烯產(chǎn)量在620～630 t/d，超出600 t/d的設(shè)計(jì)能力。