焦化分餾塔頂結鹽問題的分析及處理

潘春生，陳 金，王良龍，劉遠航，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公司洛陽石油化工工程公司設計，設計加工能力為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的減壓渣油及催化裂化車間的油漿為原料進行二次加工，生產干氣、液化石油氣、汽油、柴油、輕蠟油、重蠟油以及焦炭產品。裝置設計循環比為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工藝。裝置工藝主體包括焦化、分餾、吸收穩定、氣體脫硫4大部分。

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

1 結鹽問題的出現

分餾塔頂部結鹽問題主要出現在2008年和2009年。2008年3月按照工廠要求柴油凝固點由≤-5 ℃提高至≤0 ℃，分餾塔頂部氣相負荷隨之增大。由于分餾塔頂部塔盤結鹽，塔盤上的部分升氣孔結鹽堵塞，塔內氣液兩相接觸面積減少，無法滿足物質之間的熱交換，氣相通過塔盤上液層的阻力增大[1]，導致分餾塔頂部壓差增大，頂循集油箱液面波動較大，1～3層塔盤經常出現淹塔現象。延遲焦化車間根據實際情況，采取降低分餾塔頂溫度，控制頂循氣相溫度≤130 ℃，減輕分餾塔頂負荷，淹塔現象得到初步緩解。4月降低分餾塔頂溫至95 ℃，部分酸性水進入頂循系統中，沖洗分餾塔1～3層塔盤，溶解塔盤上的鹽類，進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次數減少。8月裝置執行高負荷生產方案，分餾塔頂循集油箱液面再次出現不穩的情況，判斷是上層塔盤發生輕微的結鹽現象，8月13日起降低分餾塔頂溫，控制在90～95 ℃，結鹽現象得以緩解。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日對分餾塔進行了3次塔盤在線水洗操作。2009年1月因塔盤結鹽，導致分餾塔頂部壓差增大，頂循集油箱液面波動頻繁，1～3層塔盤經常出現淹塔現象，頂循泵也出現了抽空現象，2次采取在線水洗分餾塔頂操作，使操作波動得以緩解。2月在采取水洗沒有效果的情況下，被迫停運頂循系統，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，試運行頂循系統沒有成功，分餾塔頂結鹽狀況見圖1。

圖1 分餾塔頂塔盤結鹽堵塞

2 結鹽問題的分析

延遲焦化裝置原料攜帶的氮化合物在反應過程中，會生成NH3。NH3與HCl反應生成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阻礙塔內液相的流動，堵塞塔盤上的升氣孔，導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)堆積銨鹽導致升氣孔不暢，進而發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，一部分水以液態形式存在于頂循系統中，導致上層塔盤結鹽；

(2) 經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一起堆積，堵塞塔板的升氣孔，降低塔板的工作效率。

3 結鹽問題的處理

3.1 分餾塔降頂溫脫鹽

通過低溫控制分餾塔頂溫(90～95 ℃)，塔內大部分水未從塔頂拔出，以液態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，從而達到清除分餾塔頂部塔盤結鹽的目的，即通過調節頂循水冷器E1117冷卻水，控制分餾塔頂溫在90～95 ℃，對分餾塔上層塔盤進行在線降頂溫脫鹽清洗。經2008年3月24日、30日兩日采水樣分析，水中銨離子質量濃度由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行平穩，頂循集油箱液面控制平穩，分餾塔頂部壓差0.08 MPa，達到預期的清洗效果。

3.2 在線水洗塔盤

清除分餾塔頂結鹽最有效的方法是進行分餾塔在線水洗。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分餾塔進行在線水洗塔盤。即將除氧水注入E1117B入口排凝，經E1117AB，通過正流程進入分餾塔頂，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，車間對分餾塔上層塔盤進行在線水洗。水洗期間分餾塔頂溫(TIC1180)控制在80 ℃，關閉頂循下返塔調節閥(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，至集油箱發生溢流現象，輕質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于清除塔盤表面鹽類非常有效。但是由于塔頂結垢的特殊形式限制了水洗效果只能在表面進行，不能從更深層次解決塔盤堵塞問題。如何利用裝置內部現有資源對塔頂結垢物進行溶解或剝離是問題的關鍵。經研究發現分餾塔頂結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、柴油對結垢物進行了溶解、分散實驗。結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日分餾塔進行在線柴油洗塔操作，低溫柴油(50 ℃)從柴油出裝置調節閥排凝經新加管線引至冷回流調節閥排凝，經冷回流正流程進入頂循上返塔(FIC1153)調節閥后，進入分餾塔。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。從脫水樣中發現固體含量在上升，說明在柴油的作用下，塔頂垢物已經部分剝離。但由于分餾塔頂結垢較多，效果不是很好，沒有使分餾塔塔盤恢復到原狀，但在一定程度上緩解了分餾塔頂部與中部壓差。洗塔后分餾塔繼續維持在頂循泵停運，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

由于裝置原設計分餾塔頂溫控制較低，分餾塔中尚有少量的液態水無法從塔頂拔走，竄入頂循系統中，造成頂部塔盤結鹽，嚴重影響氣、液兩相在此進行熱交換，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，塔內的酸性水全部汽化，酸性水中溶解的鹽類同時離開分餾塔，減少塔盤上結鹽現象的發生[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鹽的物質會離開分餾塔，在塔頂空冷器或水冷器結鹽，因此監控分餾塔頂部各換熱器的運行狀態，是日常工作的重點。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鹽現象?？梢岳醚b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分餾塔頂空冷器進行改造，每臺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。以便在空冷出現結鹽、堵塞時，能夠在線進行清理，

3.5 其它措施

(1) 嚴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]，減少分餾塔塔底進料中焦粉的含量；

(4) 嚴格控制焦炭高度，防止泡沫焦竄入分餾塔中；

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

(6) 適當調節柴油上、下返塔量、中段回流量，均勻分配塔內的液相負荷。

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鹽現象， 保證裝置長周期平穩運行。

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，均實現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、傳熱效果。分餾塔頂部塔盤經過上述處理后的典型圖片見圖4。

圖4 分餾塔頂塔盤結鹽堵塞處理后

5 結 論

通過實際操作證明，采取分餾塔降頂溫、水洗、柴油洗塔盤能夠臨時緩解分餾塔頂部結鹽問題，但不能從根本上徹底解決塔盤結鹽、堵塞問題。通過近幾年的實踐摸索，總結出提高分餾塔頂溫是最好的解決分餾塔頂部結鹽、塔盤堵塞方法。從2009年6月分餾塔頂提溫控制在≥130 ℃以來，分餾頂部運行正常，沒有出現分餾塔頂部結鹽、堵塞塔盤問題，分餾塔操作平穩，產品各項指標合格，保證了裝置連續長周期運行。

參 考 文 獻：

[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.腐蝕與防護全書[M].北京：化學工業出版社，2001：59-97.

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

[4] 林世雄.石油煉制工程[M].北京：石油工業出版社，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[M].北京：中國石化出版社，2009：88-103.