侯欣岐

汽柴油加氫裝置循環(huán)氫脫硫塔沖塔原因分析及措施

侯欣岐

（中國石化塔河煉化有限責任公司， 新疆 庫車 842000）

加氫裝置循環(huán)氫脫硫塔頻繁沖塔給穩(wěn)、滿、優(yōu)生產(chǎn)帶來威脅，經(jīng)過分析沖塔原因，并采取措施保證脫硫塔穩(wěn)定長周期運行。通過分析，認為貧液含有固體焦粉顆粒和較高含量熱穩(wěn)鹽組分，并且氣液接觸速度太高和貧胺液溫度控制過高都是影響沖塔的原因。利用裝置低負荷運行期間，創(chuàng)造性的采用除鹽水對脫硫塔進行水洗，取得良好效果。

循環(huán)氫脫硫沖塔； 貧液； 措施

某煉化廠汽柴油加氫裝置主要加工常二線柴油和焦化汽柴油，通過加氫精制改善油品質量，生產(chǎn)穩(wěn)定汽油和國VI車用柴油。該裝置所用的氫氣來自制氫和重整產(chǎn)氫，氫氣純度在95%以上，由于受塔河原油高含硫的制約，經(jīng)過加氫脫硫反應后的循環(huán)氫中含有較高的硫化氫和硫醇硫，為了保證汽柴油產(chǎn)品質量，本裝置設計有循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)，用N-甲基二乙醇胺（MDEA）溶液吸收循環(huán)氫中部分硫化氫，滿足氫純度要求。脫硫系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)的流程

脫硫系統(tǒng)的貧液來自硫磺裝置，進入V110后用高壓泵P103輸送至循環(huán)氫脫硫塔T101頂，與塔底循環(huán)氫逆向接觸并脫出硫化氫，脫后循環(huán)氫經(jīng)壓縮后供裝置用氫，富液從T101塔底排至V307與循環(huán)氣壓縮機入口分液罐V105富液匯合送入硫磺裝置進行富液解析、貧液凈化。2020年2月T101頻繁沖塔，貧液從塔頂氣相線進入V105，給壓縮機平穩(wěn)運行帶來隱患，給裝置穩(wěn)、滿、優(yōu)生產(chǎn)帶來威脅。

1 脫硫塔沖塔現(xiàn)象

脫硫塔沖塔現(xiàn)象：塔底富液至V307控制閥自動關小，進入V307富液減少；T101壓差逐漸增大，液位異常上漲（由49%瞬間上漲至75%），塔內富液從T101頂部的循環(huán)氫氣體管線進入V105，V105液位由0%迅速上漲至27%，V105內循環(huán)氫氣體夾帶著塔內微量的富液進入循環(huán)氫壓縮機入口，導致入口流量計顯示上漲。為避免循環(huán)氫壓縮機帶液，打開HV1001，讓大量的循環(huán)氫不脫硫直接進入V105，富液恢復進入V307，沖塔現(xiàn)象得以緩解。但將循環(huán)氫再次送入T101，沖塔現(xiàn)象又出現(xiàn)。

脫硫塔進入帶病運行階段，V105頻繁帶液，給循環(huán)氫壓縮機的安全運行帶來隱患。為防止脫硫塔沖塔，頻繁開關T101跨線閥門，使得循環(huán)氫無法有效脫硫，產(chǎn)品質量只能靠降低處理量來滿足，分析原因，找到解決辦法迫在眉睫。

2 原因分析

對比其他煉廠出現(xiàn)的類似情況，胺液發(fā)泡的原因可歸納為以下四點［1-3］：（1）貧液中溶解了烴類及無機化合物組分使胺液發(fā)泡；（2）溶液中有大量分散的細微固體懸浮物( 主要是裝置本身的腐蝕產(chǎn)物鐵銹、催化劑等微粒，這些腐蝕物的存在加重了胺液的發(fā)泡程度)；（3）氣液接觸速度太高和胺液攪動過分劇烈導致；（4）貧胺液溫度控制過高溶劑發(fā)泡。

2.1 貧液中有較高含量熱穩(wěn)鹽組分

熱穩(wěn)鹽是指胺液在脫硫過程中與原料氣中的酸性成分（甲酸、草酸、乙酸等）以及氧氣發(fā)生反應生成甲酸鹽、草酸鹽、乙酸鹽、硫酸鹽、氯化物等，通常這些鹽類不能通過溫度變化在再生塔中解析出來，因此被稱之為熱穩(wěn)態(tài)鹽。圖2是2019年10月至2020年10月貧液中熱穩(wěn)鹽和鐵含量的含量情況。

圖2 貧液中熱穩(wěn)鹽含量

從圖中可以看到，貧液中熱穩(wěn)鹽質量分數(shù)大于行業(yè)內控制指標（不大于1.0%），2020年2月至3月，熱穩(wěn)定性鹽質量分數(shù)增加，甚至超過4%達到4.8%，大量熱穩(wěn)定鹽使胺液降解速率加快，易造成胺液發(fā)泡，使脫硫和再生效果變差、能耗升高，同時引發(fā)設備腐蝕、換熱器結垢阻塞、再生塔和脫硫塔沖塔積液的問題[4-8], 從圖中鐵含量隨著熱穩(wěn)鹽含量的變化而變化，也證明溶劑中熱穩(wěn)鹽含量越大溶劑對設備的腐蝕性越強。

2.2 貧液中含有大量焦粉

日常操作中，硫磺裝置供貧液無雜質，呈黃色透明狀。發(fā)生沖塔時貧液呈黑色不透明狀，使用濾紙過濾后，明顯見濾紙上有黑色殘渣。硫磺裝置反饋：發(fā)現(xiàn)貧液發(fā)黑，貧液過濾器過濾流量由10 t·h-1下降至4 t·h-1，且過濾器濾袋濾芯更換頻次增加，更換的過濾器濾芯發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末物質，疑是焦粉。

T101為浮閥塔，塔板的開孔率8%～15%，正常操作中，T101內氣液兩相充分接觸，氣相和液相相對速度達到一定平衡，循環(huán)氫通過貧液后脫出H2S，貧液吸收循環(huán)氫中的H2S后飽和變成富液送出裝置。但貧液中大量焦粉若在塔盤上聚集，部分浮閥閥片與塔板粘結，塔的開孔率會相應降低，液相無法順利從降液管流下，塔盤上液層厚度增加，氣體就無法順暢通過，導致氣體在塔內聚集，塔壓增加，高速氣流夾帶富液從氣相進入下游，最終導致沖塔。

2.3 貧胺液溫度控制過高

裝置使用的胺液型號是JCS-93高效脫硫劑，其主要成分是98%的MDEA，廠家給出的貧胺液最佳操作溫度20～30 ℃。對比行業(yè)內，一般將冷高分循環(huán)氫溫度控制在45 ℃左右，貧液溫度控制比循環(huán)氫溫度高5～6 ℃為正常［9-10］。而沖塔當天的貧液實際進入加氫裝置的溫度為56 ℃，不僅遠高于廠家建議的操作溫度，比行業(yè)內部的平均溫度還高5～6 ℃。

綜上所述，貧液中有較高含量熱穩(wěn)鹽組分、大量焦粉和貧胺液溫度控制過高均為此次T101沖塔的原因。

3 解決措施

3.1 貧液質量控制

硫磺裝置通過更換貧液，調整胺液凈化過濾系統(tǒng)來控制貧液中的熱穩(wěn)鹽，從圖1中可以看出, 2020年3月以后, 熱穩(wěn)鹽含量有所下降, 但由于硫磺裝置生產(chǎn)瓶頸問題, 熱穩(wěn)鹽質量分數(shù)控制在3%左右。

因為焦化干氣、液化氣脫硫后的富液和加氫脫硫后富液共用同一解析塔，可通過解決焦化干氣、液化氣中的焦粉降低貧液中的焦粉量。目前，裝置正增加貧溶劑過濾器，在貧液進裝置前過濾掉貧液中的焦粉。

3.2 在線沖洗塔板上焦粉

但目前必須解決T101塔板上的焦粉，車間通過多次摸索，初步找到解決問題的方案：在裝置正常生產(chǎn)中，通過減少進入T101循環(huán)氫量，控制T101壓差相對穩(wěn)定，再將T101內附著的黑色粉末沖洗干凈，并要求貧液供給裝置處理貧液污染問題，沖塔問題就可以徹底解決。

3.2.1 貧溶劑沖洗

用大量的貧溶液自上而下沖洗塔板，將塔板上的焦粉帶到富液里送出T101，焦粉一旦從塔內排除，T101的壓差就能下降。3月2日，將貧液量由正常生產(chǎn)狀態(tài)下的22 t·h-1提至35 t·h-1，用較平時多60%的貧液沖洗塔板。3月3日，用30 t·h-1貧液沖洗塔板。圖3是貧溶劑沖洗前后T101壓降變化趨勢，從圖中可以看出沖洗期間循環(huán)氫脫硫塔壓降較低。但停止沖洗，恢復進塔循環(huán)氫量后，塔壓降又快速上漲，3月8日，塔壓降上漲至20 kPa左右?？梢姡朔椒o法有效將塔盤上的焦粉帶出塔外，沖塔現(xiàn)象無明顯改善。這可能是因為：貧液里本身含有焦粉，用含有焦粉的貧液來沖洗無法達到預期效果。考慮長期用貧液沖洗塔盤，循環(huán)氫中酸性氣會逐漸增多，不僅會影響產(chǎn)品質量，且會增加設備腐蝕風險，決定放棄用貧液沖洗T101。

圖3 貧溶液沖洗T101期間塔壓差的變化情況

3.2.2 除鹽水沖洗

2020年3月18日～22日，加氫裝置反應器催化劑撇頭，利用裝置低負荷運行期間，創(chuàng)造性的采用除鹽水對脫硫塔進行水洗，經(jīng)過4天時間的水洗，循環(huán)氫脫硫塔壓差由20 kPa降至4 kPa。

3.2.3 水沖洗過程

車間技術人員經(jīng)過分析，利用P103A/B入口原有除鹽水線將除鹽水注入V110，用除鹽水自上而下沖洗塔盤，將塔內的焦粉帶出，水洗后的混合液改至低分含硫污水出裝置管線，并送入硫磺。

3月18日15:30，打開T101跨線閥HV1001，停貧液進裝置關閉邊界閥，將V110、T101、V307液位控制到最低，關閉富液出裝置控制閥前截止閥，將除鹽水由P103B入口改至V110，再用P103泵入T101頂部開始水洗。初期除鹽水用量為30 t·h-1，受后路影響，緩慢降低至0 t·h-1，待T101、V307、V301液位降至最低后，P103B出口繼續(xù)開至30 t·h-1水洗，如此水洗3次。結束水洗后調整流程，引貧液22 t·h-1進入脫硫塔，HV1001開度關至50%，T101壓差為12 kPa左右，且維持12 h平穩(wěn)，水洗塔板初見效果。3月18日～3月22日，間歇水洗，恢復流程后，T101恢復正常操作，從壓差上看：（1）水洗效果良好；（2）持續(xù)水洗效果較大流量沖洗效果更佳。圖4是除鹽水沖洗T101期間塔壓差的變化情況。

圖4 除鹽水沖洗T101期間塔壓差的變化情況

3.2.4 采樣分析

T101水沖洗過程中，V307多次采樣觀察變化情況。樣品剛采出時，呈黑色混合狀態(tài)，見圖5，過濾后水呈黃綠色，與裝置酸性水顏色相近，濾紙上有黑色雜質。樣品靜置24 h后，上部水質呈黃綠色，底部有黑色雜質，緩慢搖動后，雜質上浮，見圖6。

圖5 剛采出的樣品

圖6 沉淀后樣品

可見，除鹽水已將塔板上的焦粉帶出，水洗后塔壓差降低至開工初期，水洗效果良好。

3.3 控制貧液溫度

自2020年初脫硫塔沖塔后，貧溶液緊裝置溫度控制在50 ℃左右。

4 結論和思考

1）引起加氫裝置本次T101沖塔的原因有：貧液中含有大量焦粉；貧液中有較高含量熱穩(wěn)鹽組分；貧胺液溫度控制過高。貧液被焦粉污染，焦粉在塔盤上聚集，使浮閥閥片與塔板粘連，氣體無法順暢穿過塔板，又因溫度較高、熱穩(wěn)鹽含量較高的貧液容易發(fā)泡，最終導致沖塔發(fā)生。塔板上的焦粉無法從塔內排除，以至于T101反復沖塔，給平穩(wěn)生產(chǎn)帶來隱患。

2）從源頭著手，加強對貧液的過濾和凈化，減少貧液里面的雜質含量；更換貧液，提高濃度，控制MDEA濃度在指標范圍內。通過增加貧溶劑過濾器除去貧液中的焦粉。

3）沖洗脫硫塔塔板上附著的焦粉：貧液里本身含有焦粉，用含有焦粉的貧液來沖洗無法達到預期效果。除鹽水沖洗塔盤不僅可降低T101的壓差，還能將塔內焦粉帶出，讓塔恢復操作，收到良好的效果。

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Cause Analysis and Measures for Flushing of Circulating Hydrogen Desulfurization Tower in Gasoline and Diesel Hydrogenation Unit

（Sinopec Tahe Petrochemical Co., Ltd., Kuche Xinjiang 842000, China）

Frequent tower flushing of circulating hydrogen desulfurization tower in hydrogenation unit threatens stable, full and excellent production. After analyzing the causes of tower flushing, measures were taken to ensure stable and long-term operation of desulfurization tower. Through the analysis, it was considered that the lean solution contained solid coke powder particles and high content of heat stable salt components, and the high gas-liquid contact speed and the high temperature control of lean amine solution were the reasons to cause the tower flushing. During the low load operation of the unit, desalted water was creatively used to wash the desulfurization tower, and good results were achieved.

Circulating hydrogen desulfurization; Flushing tower; Lean liquid; Measures

2021-07-27

侯欣岐（1982-），男，四川省廣元市人，高級經(jīng)濟師，工學碩士，2006年畢業(yè)于北京石油化工學院過程裝備與控制工程專業(yè)，研究方向：從事石油煉制發(fā)展規(guī)劃、項目管理等工作。

TE624.4+31

A

1004-0935（2021）10-1576-04