焦化分馏塔顶结盐问题的分析及处理

潘春生，陈 金，王良龙，刘远航，刘 伟

(中国石油吉林石化公司 炼油厂，吉林 吉林 132022)

中国石油吉林石化公司炼油厂延迟焦化装置由中国石化集团公司洛阳石油化工工程公司设计，设计加工能力为100万t/a，装置于2003年5月10日建成，2003年6月1日装置一次开车成功，装置以炼油厂常减压装置生产的减压渣油及催化裂化车间的油浆为原料进行二次加工，生产干气、液化石油气、汽油、柴油、轻蜡油、重蜡油以及焦炭产品。装置设计循环比为0.6，生焦周期24 h。工艺上采用一炉二塔、有井架水力除焦、无堵焦阀密闭放空的先进工艺。装置工艺主体包括焦化、分馏、吸收稳定、气体脱硫4大部分。

在装置运行过程中，曾经出现过分馏塔顶部结盐，堵塞塔盘的问题，针对此情况采取一些临时处理措施缓解了塔顶塔盘结盐问题，最后，通过操作摸索逐渐形成了提高分馏塔顶温、使塔顶结盐部位后移等技术，已基本解决了分馏塔顶结盐问题。分馏塔自2009年6月检修后一直正常运行。

1 结盐问题的出现

分馏塔顶部结盐问题主要出现在2008年和2009年。2008年3月按照工厂要求柴油凝固点由≤-5 ℃提高至≤0 ℃，分馏塔顶部气相负荷随之增大。由于分馏塔顶部塔盘结盐，塔盘上的部分升气孔结盐堵塞，塔内气液两相接触面积减少，无法满足物质之间的热交换，气相通过塔盘上液层的阻力增大[1]，导致分馏塔顶部压差增大，顶循集油箱液面波动较大，1～3层塔盘经常出现淹塔现象。延迟焦化车间根据实际情况，采取降低分馏塔顶温度，控制顶循气相温度≤130 ℃，减轻分馏塔顶负荷，淹塔现象得到初步缓解。4月降低分馏塔顶温至95 ℃，部分酸性水进入顶循系统中，冲洗分馏塔1～3层塔盘，溶解塔盘上的盐类，进行分馏顶塔盘水洗操作，取得一定的清洗效果，分馏塔顶循集油箱液面波动次数减少。8月装置执行高负荷生产方案，分馏塔顶循集油箱液面再次出现不稳的情况，判断是上层塔盘发生轻微的结盐现象，8月13日起降低分馏塔顶温，控制在90～95 ℃，结盐现象得以缓解。9月分馏塔顶温由95 ℃提至102 ℃，分馏塔顶部维持气液相平衡[2]。12月3日、19日、24日对分馏塔进行了3次塔盘在线水洗操作。2009年1月因塔盘结盐，导致分馏塔顶部压差增大，顶循集油箱液面波动频繁，1～3层塔盘经常出现淹塔现象，顶循泵也出现了抽空现象，2次采取在线水洗分馏塔顶操作，使操作波动得以缓解。2月在采取水洗没有效果的情况下，被迫停运顶循系统，将冷回流引入顶循下返塔，防止下部塔盘干板。后又采取在线柴油清洗分馏塔顶塔盘操作，效果不是很好。2月末分馏塔顶采取提温操作，塔顶温度控制在120～130 ℃。3～5月在保持分馏塔顶提温操作的情况下，试运行顶循系统没有成功，分馏塔顶结盐状况见图1。

图1 分馏塔顶塔盘结盐堵塞

2 结盐问题的分析

延迟焦化装置原料携带的氮化合物在反应过程中，会生成NH3。NH3与HCl反应生成NH4Cl。氯化铵极易溶于水，在分馏塔的下部，NH4Cl分解为NH3和HCl，遇冷后则重新生成NH4Cl颗粒[3]。细小的NH4Cl颗粒在分馏塔的顶部，可溶解在局部低温水相中，在随内回流下降的过程中，温度逐步升高，NH4Cl逐步失水而浓缩成为一种黏度很大的半流体。这种半流体与铁锈、焦炭粉末等混合在一起沉积于塔盘、塔顶回流线、降液管、受液盘处，积累到一定程度就会阻碍塔内液相的流动，堵塞塔盘上的升气孔，导致分馏塔压降逐渐增大，破坏了分馏塔的正常操作。

分馏塔顶塔盘(1～3层)堆积铵盐导致升气孔不畅，进而发生塔盘堵塞的原因如下。

(1) 塔顶温度低(<104 ℃)，铵盐无法随污水自塔顶拔出，一部分水以液态形式存在于顶循系统中，导致上层塔盘结盐；

(2) 经常使用冷回流控制塔顶温度及液面，冷回流及少量的酸性水在塔盘上汽化，酸性水中的盐类附着在塔盘上；

(3) 分馏塔进料中含有焦粉，随气相上升至分馏塔顶与塔板上的盐类物质一起堆积，堵塞塔板的升气孔，降低塔板的工作效率。

3 结盐问题的处理

3.1 分馏塔降顶温脱盐

通过低温控制分馏塔顶温(90～95 ℃)，塔内大部分水未从塔顶拔出，以液态水的形式溶解塔盘上的盐类，塔顶存积的含盐污水自分馏塔顶循备用泵排凝定期脱水，从而达到清除分馏塔顶部塔盘结盐的目的，即通过调节顶循水冷器E1117冷却水，控制分馏塔顶温在90～95 ℃，对分馏塔上层塔盘进行在线降顶温脱盐清洗。经2008年3月24日、30日两日采水样分析，水中铵离子质量浓度由7 700 mg/L降至1 368 mg/L，清洗效果明显。降温脱盐后分馏塔运行平稳，顶循集油箱液面控制平稳，分馏塔顶部压差0.08 MPa，达到预期的清洗效果。

3.2 在线水洗塔盘

清除分馏塔顶结盐最有效的方法是进行分馏塔在线水洗。装置采取在分馏塔顶循水冷器E1117处注入除氧水的方法来对分馏塔进行在线水洗塔盘。即将除氧水注入E1117B入口排凝，经E1117AB，通过正流程进入分馏塔顶，通过分析顶循备用泵(P1104)排出的酸性水氨离子变化，检查水洗效果。在线水洗塔盘流程见图2。

图2 在线水洗塔盘流程图

2008年12月因分馏塔顶塔盘上铵盐堆积过多，车间对分馏塔上层塔盘进行在线水洗。水洗期间分馏塔顶温(TIC1180)控制在80 ℃，关闭顶循下返塔调节阀(FIC1154)，在分馏塔顶循换热器E1117B入口注入除氧水2 t/h，再根据分馏塔顶压力变化情况，逐渐提高至4 t/h，后提至7 t/h。分馏塔顶部1-3层塔盘上的液相逐渐积聚在顶循集油箱中，至集油箱发生溢流现象，轻质油从顶循集油箱溢流至下层塔盘，集油箱底层的含盐污水从顶循备用泵排出，达到清洗塔盘的目的。分析顶循备泵排出的酸性水水样中铵离子浓度为1 400 mg/L，其它时间水样中铵离子浓度为0 mg/L，清洗效果明显。

3.3 柴油洗塔盘

从塔顶脱出的污水分析中可以明显的看出，利用在线水洗的方法对于清除塔盘表面盐类非常有效。但是由于塔顶结垢的特殊形式限制了水洗效果只能在表面进行，不能从更深层次解决塔盘堵塞问题。如何利用装置内部现有资源对塔顶结垢物进行溶解或剥离是问题的关键。经研究发现分馏塔顶结垢样多为焦炭以及少量盐和一些固体粉末。因此选择了水、汽油、柴油对结垢物进行了溶解、分散实验。结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，而水溶解较少。尝试将分馏塔顶引入柴油，利用柴油的溶解性，解决分馏塔盘堵塞的问题[4]。2009年2月4日分馏塔进行在线柴油洗塔操作，低温柴油(50 ℃)从柴油出装置调节阀排凝经新加管线引至冷回流调节阀排凝，经冷回流正流程进入顶循上返塔(FIC1153)调节阀后，进入分馏塔。柴油洗塔盘流程见图3。

图3 柴油洗塔盘流程图

控制柴油注入量3～5 t/h，经过5 d的分馏塔在线柴油洗塔操作，2月9日停止柴油注入。从脱水样中发现固体含量在上升，说明在柴油的作用下，塔顶垢物已经部分剥离。但由于分馏塔顶结垢较多，效果不是很好，没有使分馏塔塔盘恢复到原状，但在一定程度上缓解了分馏塔顶部与中部压差。洗塔后分馏塔继续维持在顶循泵停运，用冷回流控制分馏塔顶温度在120～130 ℃的条件下操作。

3.4 提高分馏塔顶温

由于装置原设计分馏塔顶温控制较低，分馏塔中尚有少量的液态水无法从塔顶拔走，窜入顶循系统中，造成顶部塔盘结盐，严重影响气、液两相在此进行热交换，削弱分馏塔的分离效果[5]。车间通过降低分馏塔顶温、强制注水洗塔盘、柴油洗塔盘等方式，减少塔盘的铵盐堆积量，维持了分馏塔的运行。

2009年6月装置停工检修开车后，车间控制分馏塔顶温，塔内的酸性水全部汽化，酸性水中溶解的盐类同时离开分馏塔，减少塔盘上结盐现象的发生[3]。由于分馏塔目前的顶温控制在约130 ℃，原来在分馏塔顶部塔盘结盐的物质会离开分馏塔，在塔顶空冷器或水冷器结盐，因此监控分馏塔顶部各换热器的运行状态，是日常工作的重点。一旦分馏塔顶与分馏塔顶油气分离器压差逐渐增大，说明在分馏塔顶空冷器、水冷器的管束中有结盐现象。可以利用装置停工检修或日常检修，清理分馏塔顶空冷器和水冷器，解决这一问题。2011年装置大检修检修车间将对分馏塔顶空冷器进行改造，每台空冷器增加了退油阀门和扫线阀门，并更换空冷器出、入口阀门。以便在空冷出现结盐、堵塞时，能够在线进行清理，

3.5 其它措施

(1) 严格控制顶循下返塔量≥40 t/h，加大顶循集油箱下部塔盘的洗涤效果；

(2) 控制底循上返塔量≥100 t/h，改善分馏塔进料中焦粉的洗涤效果，减少分馏塔气相中焦粉的携带量，改善分馏塔顶部操作；

(3) 控制焦炭塔线速[6]，减少分馏塔塔底进料中焦粉的含量；

(4) 严格控制焦炭高度，防止泡沫焦窜入分馏塔中；

(5) 尽量不使用冷回流，冬季必须使用时要严格控制冷回流使用量，即降低分馏塔顶部气相负荷，同时有助于减少塔盘上铵盐的堆积；

(6) 适当调节柴油上、下返塔量、中段回流量，均匀分配塔内的液相负荷。

装置采取以上措施后既提高了轻油收率，又消除了分馏塔顶部结盐现象， 保证装置长周期平稳运行。

4 取得的效果

通过采取降低分馏塔顶温、在线水洗塔盘、柴油洗塔盘等方法，均实现了脱除分馏塔顶塔盘部分盐垢的目的，取得了一定的除盐效果，维持了分馏塔顶部的气、液相平衡，保证了传质、传热效果。分馏塔顶部塔盘经过上述处理后的典型图片见图4。

图4 分馏塔顶塔盘结盐堵塞处理后

5 结 论

通过实际操作证明，采取分馏塔降顶温、水洗、柴油洗塔盘能够临时缓解分馏塔顶部结盐问题，但不能从根本上彻底解决塔盘结盐、堵塞问题。通过近几年的实践摸索，总结出提高分馏塔顶温是最好的解决分馏塔顶部结盐、塔盘堵塞方法。从2009年6月分馏塔顶提温控制在≥130 ℃以来，分馏顶部运行正常，没有出现分馏塔顶部结盐、堵塞塔盘问题，分馏塔操作平稳，产品各项指标合格，保证了装置连续长周期运行。

参 考 文 献：

[1] 翟国华.延迟焦化工艺与过程[M].北京：中国石化出版社，2008：111-142.

[2] 卢绮敏.腐蚀与防护全书[M].北京：化学工业出版社，2001：59-97.

[3] 侯芙生.炼油工程师手册[M].北京：石油工业出版社，1995：138-198.

[4] 林世雄.石油炼制工程[M].北京：石油工业出版社，2000：154-175.

[5] 林玉珍，杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理[M].北京：中国石化出版社，2007：1-34.

[6] 侯祥麟.中国炼油技术[M].北京：中国石化出版社，2009：88-103.