乙烯裝置汽油分餾塔結焦原因分析及應對措施

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能力為20 萬t/年(8 000 h)，汽油分餾塔(以下簡稱DA101塔)進料為來自裂解爐的經過急冷鍋爐、油冷器后約210 ℃的裂解氣。汽液混合物從DA101塔底部進入，在塔中由循環急冷油和由急冷水塔來的汽油把裂解氣進一步冷卻到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年裝置擴能改造時，DA101塔的改造采用了天大天久系列技術散裝填料/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號矩鞍環組合散堆填料。

1 DA101塔結焦原因

1.1 DA101結焦情況描述

從2012年10月檢修后開車至2015年5月，DA101塔運行基本穩定，未出現明顯異常，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塔出現多次波動。工藝參數方面體現在頂溫迅速升高至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%、塔頂汽油終餾點升高至290 ℃等。經一系列的調整，在持續外補調質油的情況下，DA101也只能勉強在低負荷下維持運行，但是塔頂汽油終餾點嚴重偏離指標。經分析及DA101塔分段壓力檢測，判斷DA101塔上部分餾段結焦嚴重。

1.2 結焦原因分析

1.2.1 原料品質

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16.0%，單月最高為30.4%，BMCI全年均值為17.2，最高達26.9；同時全餾分石腦油品質也逐漸劣化，芳烴含量全年均值為12.6%，最高達14.8%。芳烴在高溫下發生縮聚反應，形成高分子量的聚合物，并隨裂解氣進入DA101塔。因此長期加工品質劣的裂化柴油和全餾分石腦油導致DA101內部結焦加劇，傳質傳熱效果大幅下降。

1.2.2 原料輕質化工藝調整

隨著原料結構調整，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。

原料輕質化后，裂解汽油和裂解渣油收率下降。裂解氣中重質餾分減少，氣相組分增加，導致DA101塔熱量上移，嚴重影響了塔的熱平衡，設計DA101塔頂溫在111～115 ℃，實際操作值往往超過120 ℃。較高的頂溫易導致粗汽油終餾點不合格，影響后系統運行。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塔結構

DA101塔為兩段式結構，上部分餾段，下部急冷油循環段。由于工藝自身特點，在該區間及整個分餾段固有液相負荷低的弱勢，造成聚合物不易被液相洗刷下來，進而使分餾段溫度升高。當堵塞達到一定程度時，大量聚合物被憋壓氣相夾帶上行，嚴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，局部出現過熱點，增加物料結焦可能性。

DA101塔經γ射線掃描檢測分析發現：塔頂回流槽盤式分布器下方，填料層上方900 mm的空間內檢測到的氣液相分布情況異常，存在霧沫夾帶或積液現象；塔上部填料段標高22.1～21.3 m之間800 mm的高度區間內西側、南側、北側三個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重的結焦或結垢。

1.2.3 塔內結焦情況

2016年8月裝置停工檢修拆除塔內件時發現，DA101分餾段汽油回流分布器結焦嚴重，大部分回流分布器已經堵塞(圖2)；散裝填料頂部聚合物已經粉末化結塊，失去了填料層傳質傳熱的基本條件(圖3)。

2 DA101長周期運行應對措施

2.1 DA101塔內件改造方案

1)塔頂汽油回流分布器、中部急冷油循環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。實現汽油回流泵通過噴嘴強制回流，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焦、堵塞的可能性。

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

3)急冷油循環段的規整填料全部更換成填料下邊緣帶“翻邊”結構的新型格柵填料，高度較之前增高600 mm?！胺叀苯Y構增加了急冷油循環段的理論塔板數，提高格柵填料的熱交換，將大部分熱量在急冷油循環段撤走，熱量分布下移，能夠提高DA101塔塔釜溫度，同時減輕了散裝填料的熱負荷，溫度相應降低。

4)柴油槽在之前半圓形儲液槽的基礎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。當塔頂溫度較高時，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。減緩金屬腐蝕速度，防止金屬離子對聚合反應的催化作用;同時穿流篩板表面清潔也可以更加高效的進行傳質傳熱。

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。輕質工況下，裂解汽油收率較低，為保證足夠回流量需補入大量自產裂解氣汽油，但是由于自產裂解汽油中苯乙烯含量較高，對目前補汽油線進行流程改造，增加補入裂解汽油加氫裝置產品加氫混合苯流程，在滿足回流量的同時，盡可能減低苯乙烯濃度。

2.3 優化裂解爐操作

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，燒焦時確保裂解爐燒焦徹底，防止裂解爐內結焦母體進入DA101塔。多臺裂解爐集中燒焦時，嚴格控制DA101塔頂溫、釜溫，禁止大的波動。燒焦過程中，對多產裂解汽油的重油裂解爐進行提負荷，輕質原料的裂解爐降低負荷或降低其COT，調整穩定后再安排燒焦，保證塔內熱量較高時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、分散劑的加注設施。藥劑通過新增設施注入到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、茚類等有機物的在高溫下聚合、結焦。

2.5 優化減黏塔的運行

適當提高減黏塔的頂溫，控制頂溫不低于235 ℃，實現減黏塔內旋風分離的作用，將組成穩定的餾分返回急冷油系統，較重的燃料油及時送出；為了平衡DA101塔和減黏塔的液位，減黏塔塔釜出口設一條返回線至DA101塔，操作時應保證在塔釜液相最小量返回DA101塔的前提下，盡量將塔釜重質燃料油采出。

2.6 把控裂解原料品質

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裂解原料的投用比例。根據原料結構及品質的變化，確保裂解產物組成穩定，避免DA101的大幅度波動。

3 采取措施后效果

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

2)全塔壓差保持在3.5 kPa以內。壓差小，對于同樣的裂解氣壓縮機一段吸入壓力而言，大大降低了裂解爐輻射段出口壓力，原料在爐管內停留時間減小，提高雙烯收率，減緩了輻射段爐管結焦速度，延長了裂解爐的運行周期及使用壽命。

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生器的有效加熱，最大限度的發生稀釋蒸汽，減少中壓蒸汽的補入；同時降低了循環急冷油管道堵塞的風險。

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

表2 措施采取前、后DA101塔的主要平均運行參數

4 結 論

DA101塔處在乙烯裝置的咽喉部位，在確保長周期、高效穩定的運行以及增加對裂解原料的適應性上會遇到各種困難，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、急冷油黏度等超標問題，目前DA101塔可穩定乙烯產量在620～630 t/d，超出600 t/d的設計能力。