范思廷

（中國(guó)石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

某公司350萬(wàn)t·a-1重油催化裂化裝置中，反應(yīng)器至氣壓機(jī)的流程大致如下：由沉降器來(lái)的反應(yīng)油氣經(jīng)分餾塔分離后，塔頂油氣與吸收穩(wěn)定來(lái)的洗滌水混合后，經(jīng)過(guò)分餾塔頂?shù)挠蜌飧墒娇绽淦骷胺逐s塔頂?shù)挠蜌饫淠鋮s器，冷卻至40℃，進(jìn)入分餾塔頂?shù)挠蜌夥蛛x器進(jìn)行氣、液相分離，富氣經(jīng)氣壓機(jī)加壓后，送至吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 催化裂化裝置反應(yīng)器至氣壓機(jī)流程壓降示意圖

1 分餾塔頂空冷結(jié)鹽的現(xiàn)象及原因分析

1.1 分餾塔頂空冷的結(jié)鹽現(xiàn)象

分餾塔頂?shù)目绽涔?0臺(tái)，塔頂?shù)挠蜌夤芫€分60路進(jìn)入空冷?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量各空冷的入口溫度（圖2），發(fā)現(xiàn)溫度偏差較大，判斷是空冷結(jié)鹽導(dǎo)致了偏流。空冷管束內(nèi)表面的鹽層越厚，空冷的傳熱效果越差，從而導(dǎo)致壓降增加，氣壓機(jī)的耗汽量增加。各路空冷入口的注水線均配置有直徑為2mm的限流孔板，因此孔板處最易發(fā)生堵塞。

圖2 各空冷的入口溫度

1.2 原因分析

1.2.1 結(jié)鹽機(jī)理

催化原料中的有機(jī)氮化物、有機(jī)氯和無(wú)機(jī)氯等，會(huì)在提升管反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，生成NH3和HCl，NH3又會(huì)與HCl反應(yīng)生成NH4Cl。具體反應(yīng)如下：

催化裂化反應(yīng)生成的反應(yīng)油氣，將NH3和HCl從提升管反應(yīng)器攜帶進(jìn)入分餾塔。NH4Cl被加熱到100℃，開(kāi)始大量揮發(fā)，NH4Cl則在337.8℃時(shí)才完全分解，只要低于337.8℃就有NH4Cl生成。在分餾塔內(nèi)，NH3、HCl及混有少量蒸汽的油氣，在上升過(guò)程中溫度逐漸降低。當(dāng)溫度低于此環(huán)境下水蒸氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì)有冷凝水產(chǎn)生，這時(shí)NH3和HCl溶于水，形成NH4Cl溶液[1-3]。

1.2.2 結(jié)鹽原因

催化裝置分餾塔頂?shù)臏囟仁冀K控制在108℃以上，高于水蒸氣的露點(diǎn)溫度，結(jié)鹽一般發(fā)生在分餾塔頂?shù)目绽洳课?。本裝置的空冷入口管線嚴(yán)格按照UOP的設(shè)計(jì)指標(biāo)，連續(xù)在線注水，注水量為進(jìn)料量的6%～7%（體積分?jǐn)?shù)）。在原料的氮含量符合設(shè)計(jì)值（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.13%）要求的情況下，塔頂空冷的結(jié)鹽問(wèn)題能夠較好地解決。然而，隨著催化原料的氮含量升高（波峰時(shí)達(dá)0.16%），空冷管束內(nèi)表面的結(jié)鹽速度加快了。

2 分餾塔空冷結(jié)鹽對(duì)裝置的影響

2.1 分餾塔頂空冷結(jié)鹽前后操作參數(shù)的變化

在相同的工況下，分餾塔頂?shù)目绽湓诎l(fā)生結(jié)鹽前后，操作參數(shù)的變化如下：

1）結(jié)鹽前，分餾塔頂?shù)目绽鋬H需啟動(dòng)20臺(tái)，結(jié)鹽后空冷全開(kāi)，冷后溫度仍難以控制；

2）空冷結(jié)鹽前后，氣壓機(jī)的入口壓力分別為0.032MPa和0.024MPa，氣壓機(jī)的入口壓力差為8kPa；

3）空冷結(jié)鹽前后，氣壓機(jī)入口的富氣量分別為76920Nm3·h-1和86802Nm3·h-1，入口的富氣量相差1000Nm3·h-1；

4）空冷結(jié)鹽前后，空冷壓降分別為0.058MPa和0.073MPa，空冷壓降增加了15kPa；

5）空冷結(jié)鹽前后，氣壓機(jī)組的蒸汽用量分別為133.66t·h-1和146.24t·h-1，蒸汽消耗量增加了12.58t·h-1。

表1 分餾塔頂空冷發(fā)生結(jié)鹽前后操作參數(shù)的對(duì)比

2.2 對(duì)裝置運(yùn)行的影響

1）催化分餾塔頂?shù)目绽浼八錇闈M負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)入夏季后，環(huán)境溫度持續(xù)升高，塔頂油氣分離器的溫度難以控制，氣壓機(jī)入口的富氣量嚴(yán)重超負(fù)荷，汽輪機(jī)入口的蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度高達(dá)75%，汽輪機(jī)已無(wú)調(diào)節(jié)余地，反應(yīng)壓力不能正常調(diào)節(jié)，兩器的差壓發(fā)生波動(dòng)，甚至導(dǎo)致催化切斷進(jìn)料，嚴(yán)重影響了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

2）汽輪機(jī)的蒸汽消耗量大幅增加，提高了裝置能耗。

3 分餾塔頂空冷的沖洗處置方案及效果

3.1 空冷連續(xù)在線注水流程

催化裂化裝置分餾塔頂?shù)目绽涔灿?0臺(tái)，每臺(tái)空冷前都設(shè)計(jì)有注水點(diǎn)，并安裝了限流孔板。分餾塔頂?shù)目绽湓谡＿\(yùn)行時(shí)，通過(guò)限流孔板控制注水量，以確保注水能均勻分布?？绽浒l(fā)生結(jié)鹽時(shí)，可以采用單臺(tái)空冷在線沖洗的方法，溶解空冷管束內(nèi)表面的結(jié)鹽，以降低空冷壓降，提高空冷的冷卻效果。

3.2 單臺(tái)空冷在線沖洗過(guò)程

1）現(xiàn)場(chǎng)用測(cè)溫槍測(cè)量所有空冷的出入口溫度，根據(jù)出入口溫差，判斷空冷的冷卻效果；

2）空冷沖洗前，要根據(jù)富氣量及汽輪機(jī)蒸汽入口調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，適當(dāng)降低催化處理量及反應(yīng)溫度，以確保氣壓機(jī)組有一定的調(diào)節(jié)余地；

3）根據(jù)空冷的冷卻效果，先將冷卻效果最差的空冷切除系統(tǒng)，逐臺(tái)進(jìn)行沖洗。關(guān)閉空冷入口閥2、閥3及出口閥4，緩慢打開(kāi)空冷注水點(diǎn)的副線手閥，提高單臺(tái)空冷的注水量，對(duì)單臺(tái)空冷其中的一路管束進(jìn)行沖洗，沖洗時(shí)間為1h；

4）沖洗完成后，打開(kāi)空冷出口閥5，關(guān)閉閥4，對(duì)另外一路進(jìn)行沖洗，沖洗時(shí)間為1h。沖洗示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 空冷沖洗示意圖

5）空冷沖洗完成后，立即投用空冷。

6）重復(fù)沖洗步驟3～5，對(duì)所有空冷進(jìn)行沖洗。

3.3 空冷在線沖洗的注意事項(xiàng)

1）空冷沖洗期間，若富氣量過(guò)高，要適當(dāng)降低催化處理量、反應(yīng)溫度及富氣量，以確保氣壓機(jī)有一定的調(diào)節(jié)余地，避免反應(yīng)壓力波動(dòng)。當(dāng)反應(yīng)壓力及分餾塔頂?shù)膲毫Τ霈F(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，要立即停止操作，以避免催化放火炬。

2）沖洗空冷時(shí)，應(yīng)緩慢打開(kāi)注水點(diǎn)孔板的副線手閥，避免因注水量過(guò)大而導(dǎo)致酸性水泵電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行。若發(fā)生酸性水泵超電流報(bào)警，要立即啟動(dòng)雙泵運(yùn)行。

3.4 空冷的沖洗效果

分析對(duì)比了分餾塔頂?shù)目绽湓跊_洗前后操作參數(shù)的變化。油氣分離器壓力從0.031MPa升高至0.045MPa，空冷壓降從0.073MPa降至0.058MPa，氣壓機(jī)的蒸汽用量從146.24t·h-1降至138.23t·h-1，汽輪機(jī)入口的蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度降至正常范圍，反應(yīng)壓力能夠正常調(diào)節(jié)。從化驗(yàn)分析結(jié)果可以看出，空冷沖洗后，分餾塔的油氣分離器洗后酸性水的氨氮含量，從900 mg·L-1升高至1200mg·L-1。

從操作參數(shù)的變化及化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)可知，采用單臺(tái)空冷在線沖洗的方法，可以有效解決分餾塔頂空冷結(jié)鹽后壓降增大的問(wèn)題。分餾塔頂?shù)目绽湓跊_洗前后的壓降及氣壓機(jī)的用汽量變化情況見(jiàn)圖4，分餾塔的油氣分離器洗后酸性水的氨氮含量變化見(jiàn)圖5。

圖4 空冷沖洗前后壓差及蒸汽用量的變化

圖5 油氣分離器酸性水氨氮含量變化

4 結(jié)論

1）針對(duì)分餾塔頂空冷結(jié)鹽的情況，采取在線單臺(tái)空冷沖洗的處理方法，解決了制約裝置滿負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題，同時(shí)降低了氣壓機(jī)的蒸汽消耗和裝置能耗。

2）要重點(diǎn)關(guān)注原料氮含量的變化情況。當(dāng)原料的氮含量高于0.15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，分餾塔頂空冷會(huì)出現(xiàn)結(jié)鹽加快的情況。

3）在對(duì)分餾塔頂?shù)目绽溥M(jìn)行在線連續(xù)注水時(shí)，要嚴(yán)格按照UOP的設(shè)計(jì)指標(biāo)，注水量為原料的6%～7%（體積分?jǐn)?shù)）。若注水管的限流孔板發(fā)生堵塞，會(huì)導(dǎo)致空冷結(jié)鹽加快。

4）利用流程模擬軟件模擬各參數(shù)對(duì)富氣量的影響，發(fā)現(xiàn)塔頂?shù)挠蜌夥蛛x器的壓力對(duì)富氣量的影響最大，因此要重點(diǎn)關(guān)注空冷的壓降。若壓降升高過(guò)快，說(shuō)明分餾塔頂?shù)目绽浒l(fā)生了結(jié)鹽，此時(shí)可采取在線單臺(tái)空冷沖洗的方法進(jìn)行處理。