＊劉志豪 宋之林 江方舟 高強(qiáng) 許連杰 梁景玉

（正和集團(tuán)股份有限公司 山東 257342）

正和集團(tuán)延遲焦化裝置2007年12月投產(chǎn)，兩爐四塔，生產(chǎn)能力為120萬噸/年，生焦周期24h，現(xiàn)已運(yùn)行15年。

分餾塔是裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀況較難控制。近年來，受安全及環(huán)保限產(chǎn)影響，裝置加工負(fù)荷持續(xù)偏低，部分時段運(yùn)行負(fù)荷不到設(shè)計負(fù)荷的50%。此外，由于公司采購原油多樣性，有時摻煉高硫原油、重質(zhì)原油，使得減壓渣油性質(zhì)波動較大，裝置同時摻煉催化裂化油漿，造成輕油收率不穩(wěn)定，也在一定程度上影響到焦化分餾塔的操作[1]。

分餾塔負(fù)荷大幅度降低，導(dǎo)致塔內(nèi)氣速降低，液相回流量減少，易出現(xiàn)分餾塔結(jié)焦問題，這縮短了裝置的運(yùn)行周期。針對運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，本文詳細(xì)分析了分餾塔易結(jié)焦部位的結(jié)焦原因，并提出了優(yōu)化改進(jìn)控制措施，對裝置的長周期安全運(yùn)行乃至確保全廠的物料平衡都具有重要意義。

1.延遲焦化分餾塔易結(jié)焦部位及結(jié)焦表象和后果

本裝置的主要原料為減壓渣油和油漿（摻煉量約5%）。渣油與油漿的混合物進(jìn)裝經(jīng)換熱升溫至300℃，從0層、5層進(jìn)入分餾塔；焦炭塔頂415℃的高溫油氣從4層進(jìn)入分餾塔，170℃的下返蠟油從8層進(jìn)入分餾塔。根據(jù)油品結(jié)焦特性[2]和分餾塔各層溫度，結(jié)焦部位易出現(xiàn)在分餾塔塔底、蒸發(fā)段（分餾塔6～8層塔盤）兩個部位。

圖1 延遲焦化裝置分餾塔流程圖

(1)分餾塔塔底結(jié)焦后果

分餾塔塔底是常見的結(jié)焦部位之一。

分餾塔塔底結(jié)焦會導(dǎo)致如下后果：一是輻射過濾器堵塞，輻射泵入口壓力降低，進(jìn)而造成輻射泵抽空、加熱爐進(jìn)料不足，影響加熱爐運(yùn)行，甚至造成爐管結(jié)焦，縮短了裝置運(yùn)行周期；二是輻射抽出管線、底循環(huán)管線因填充了焦塊、焦粉，造成有效管徑變細(xì)，出現(xiàn)管線堵塞結(jié)焦的情況。

(2)分餾塔蒸發(fā)段結(jié)焦的表象和后果

分餾塔蒸發(fā)段也是易結(jié)焦部位，但在實際生產(chǎn)中，因其出現(xiàn)的頻次較少，往往忽視了對其的管控。

分餾塔蒸發(fā)段結(jié)焦易導(dǎo)致如下后果：一是塔內(nèi)氣相運(yùn)行不暢，焦炭塔頂、分餾塔下部壓力升高，逐步超出正常指標(biāo)控制范圍，存在較大的安全運(yùn)行隱患，容易造成裝置非計劃停工；二是分餾塔蒸發(fā)段換熱效率降低，造成蒸發(fā)段溫度上移至蠟油集油箱，集油箱結(jié)焦風(fēng)險增大；三是氣相攜帶焦粉進(jìn)入蠟油集油箱，集油箱內(nèi)焦粉逐漸堆積，造成集油箱液位、溫度失靈，影響蠟油系統(tǒng)的運(yùn)行；四是因塔底壓差增大，沖擊塔盤，有引發(fā)運(yùn)行事故的潛在危險。

2.分餾塔結(jié)焦因素的分析

(1)原料性質(zhì)的影響

本裝置的主要原料是減壓渣油。近年來，隨著常減壓裝置輕質(zhì)油深拔技術(shù)的發(fā)展，減壓渣油殘?zhí)恐瞪?，瀝青質(zhì)含量增多，油品性質(zhì)較差，且根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，除加工減壓渣油外，還要摻煉部分催化油漿，使得進(jìn)裝置原料更加復(fù)雜。

裝置原料性質(zhì)的劣化，摻煉油漿且油漿中攜帶的催化劑顆粒，增加了縮合反應(yīng)的不確定性，一定程度上降低了油品的生焦條件，造成分餾塔易出現(xiàn)結(jié)焦。

(2)分餾塔塔底循環(huán)運(yùn)行的影響

分餾塔塔底循環(huán)主要起到旁濾作用，其目的是過濾塔底液相，縮短油品在塔底停留靜止時間，及時脫離出液相中存在的焦粉顆粒，防止因焦粉過多、停留時間過長出現(xiàn)焦粉集聚板結(jié)形成焦塊，進(jìn)而堵塞了分餾塔塔底和抽出管線。

在實際生產(chǎn)過程中，如果塔底循環(huán)運(yùn)行不暢，出現(xiàn)泵抽空或底循過濾器前后壓差增大，需要及時清理過濾器，否則易造成分餾塔結(jié)焦。

(3)裝置低負(fù)荷運(yùn)行的影響

裝置加工負(fù)荷會在一定程度上影響分餾塔的操作，使分餾塔更容易結(jié)焦。裝置負(fù)荷過低，塔底抽出量降低，油品在塔內(nèi)停留時間延長，少量處于臨界狀態(tài)的油品還來不及抽出就已發(fā)生焦化反應(yīng)，造成塔底逐步結(jié)焦。同時，裝置低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，回流量降低，造成塔盤液相量下降，易造成因偏流或分布不均出現(xiàn)局部干板的現(xiàn)象；氣相量降低，塔盤浮閥不能全部彈起，部分浮閥處于半開或不開的狀態(tài)，隨著時間延長，沉降的焦粉逐步覆蓋結(jié)焦，造成浮閥打不開，造成分餾塔氣阻憋壓。

焦炭塔高溫油氣進(jìn)入分餾塔后，塔內(nèi)氣、液相換熱不均勻，造成蒸發(fā)段局部溫度過高，且氣相攜帶部分渣油液滴進(jìn)入蒸發(fā)段，較長的滯留時間、較高的塔盤溫度，易造成蒸發(fā)段結(jié)焦。

(4)分餾塔底控制溫度的影響

高分餾塔塔底溫度，可以降低加熱爐的熱負(fù)荷，一定程度上有利于提高裝置加工負(fù)荷和加熱爐的運(yùn)行。但增加了分餾塔塔底結(jié)焦的風(fēng)險，一旦超過油品中易結(jié)焦物質(zhì)的結(jié)焦臨界溫度，則該部分油品可能在塔內(nèi)反應(yīng)，液相中顆粒物增多，易造成分餾塔結(jié)焦。

(5)焦炭塔焦高及泡沫層的影響

焦炭塔焦層的上部有泡沫層，隨著生焦時間的推進(jìn)，焦層高度增長，泡沫層高度也隨著升高。泡沫中的液相油較重，且泡沫中包含有大量的焦粉，極容易結(jié)焦。在實際生產(chǎn)中，尤其是在生焦的后期，如果泡沫層高度與塔頂?shù)陌踩崭卟蛔?m，塔內(nèi)高溫油氣容易攜帶泡沫層進(jìn)入油氣線和分餾塔，造成油氣線、分餾塔底及蒸發(fā)段結(jié)焦。

(6)加熱爐的影響

黃祥宇[3]在分析武漢石化2#焦化裝置分餾塔結(jié)焦原因時提到了加熱爐對結(jié)焦的影響。本裝置也受到同樣的影響。主要表現(xiàn)在兩個方面：一是加熱爐注汽過程中，導(dǎo)致焦炭塔內(nèi)汽提增大；二是加熱爐輻射出口溫度的高低，影響渣油的反應(yīng)效果，繼而影響進(jìn)分餾塔的油氣量。

(7)摻煉催化裂化外甩油漿的影響

摻煉油漿會對分餾塔的結(jié)焦產(chǎn)生一定的影響[4]。油漿為催化裂化反應(yīng)分餾后的分餾塔底油。與減壓渣油相比，其密度大，殘?zhí)恐?、芳烴、瀝青質(zhì)的含量較高，且內(nèi)部含有一定量的催化劑粉末。

催化裂化裝置為防止油漿中重質(zhì)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及一定數(shù)量的催化劑顆粒在高溫下結(jié)焦，在循環(huán)油漿泵人口加注油漿阻垢劑，同時控制分餾塔底溫度不超過360℃。而進(jìn)焦化裝置摻煉的油漿通常在循環(huán)泵之前引出，未添加阻垢劑，焦化分餾塔底溫度≯385℃、蒸發(fā)段實際溫度高達(dá)380℃，遠(yuǎn)高于催化裂化裝置的控制溫度；且催化劑顆粒通常較重，在分餾塔內(nèi)流動較慢，容易沉降附著在塔壁、塔盤上，這極易出現(xiàn)催化劑吸附液相中的微小焦粉形成小的焦核，小的焦核集聚形成大的焦粒，進(jìn)而沉降、堆積、板結(jié)形成大的焦塊，造成分餾塔底、塔盤結(jié)焦，底循環(huán)過濾器、管線堵塞。

我裝置在2020年開始摻煉油漿，油漿摻煉比例在5%～10%，經(jīng)過1個周期的運(yùn)行，檢修發(fā)現(xiàn)分餾塔塔底結(jié)焦較之前增多，底循抽出管線內(nèi)堆積了大量的焦粉，造成吹掃放空困難，對焦粉進(jìn)行取樣燒結(jié)，發(fā)現(xiàn)其灰分高達(dá)44.67%，經(jīng)檢測主要為三氧化二鋁，與催化裂化裝置催化劑的載體成分一致。

3.優(yōu)化控制措施和方案

為防止生產(chǎn)加工負(fù)荷低時分餾塔出現(xiàn)結(jié)焦等問題，我公司根據(jù)裝置實際運(yùn)行情況和結(jié)焦原因分析，制定了適合本裝置生產(chǎn)的優(yōu)化控制措施。

(1)加強(qiáng)工藝指標(biāo)管控

寬松的工藝指標(biāo)有利于班組操作，減少了DCS報警，但不利于生產(chǎn)，會減少操作人員的警惕性，忽略了生產(chǎn)波動中出現(xiàn)的實際問題，極有可能出現(xiàn)指標(biāo)都在控制范圍內(nèi)，生產(chǎn)無報警，但實際上部分指標(biāo)的上下邊界值已超出了當(dāng)前工況下的安全管控范圍，生產(chǎn)已出現(xiàn)了問題。

嚴(yán)苛而適合的指標(biāo)控制范圍，可為安全生產(chǎn)提供保證，有效避免設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)問題。裝置負(fù)荷出現(xiàn)較大變化時，應(yīng)對工藝卡片重新進(jìn)行梳理，調(diào)整縮減關(guān)鍵指標(biāo)的控制范圍。

常見的優(yōu)化工藝操作措施有：一是控制好分餾塔塔底溫度和加熱爐熱負(fù)荷之間的平衡，加熱爐出口溫度控制在490～495℃；二是增設(shè)循環(huán)有填料格柵洗滌段，增加循環(huán)重蠟油下回流量，減小分餾塔底人字擋板的結(jié)焦傾向，從而更好地控制蒸發(fā)段溫度[5]。

(2)適當(dāng)調(diào)整產(chǎn)品指標(biāo)

產(chǎn)品質(zhì)量的管控，不能以犧牲分餾塔下部的溫度為代價。技術(shù)人員要根據(jù)實際生產(chǎn)條件，對產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，如適當(dāng)降低柴油95%點(diǎn)回收溫度、汽油終餾點(diǎn)。低負(fù)荷下，分餾塔氣相量和回流量都減少，分餾塔的中上部熱負(fù)荷低，會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。繼續(xù)執(zhí)行柴油高產(chǎn)出的方案，會促使班組減少分餾塔下部回流量，如蠟油下返量、原料5層進(jìn)塔量，來提高分餾塔中上部的溫度，進(jìn)而確保產(chǎn)品質(zhì)量。

實際生產(chǎn)過程中，人為減少中下部的回流量，相當(dāng)于減少了對氣相的洗滌，極易使得氣相攜帶焦粉進(jìn)入蒸發(fā)段、蠟油集油箱，也在一定程度上提高了蒸發(fā)段溫度，造成蒸發(fā)段結(jié)焦、蠟油集油箱焦粉堆積。

(3)提高裝置循環(huán)比

中石化袁強(qiáng)等人[6]對循環(huán)油、輻射油、減壓渣油進(jìn)行了結(jié)焦傾向?qū)嶒?，實驗表?60℃條件下，循環(huán)油最不易結(jié)焦，減壓渣油和輻射油達(dá)到一定時間后，會出現(xiàn)明顯的結(jié)焦傾向。

調(diào)整提高裝置循環(huán)比，提高分餾塔蠟油的回流量，加大原料5層進(jìn)料量，既可以提高對氣相的洗滌效果，補(bǔ)充塔盤液相不足的問題，也可以提高塔底循環(huán)油的占比，有效減緩塔底結(jié)焦。

(4)調(diào)整降低小吹汽量和吹汽時間

平穩(wěn)控制焦炭塔系統(tǒng)運(yùn)行，降低焦炭塔小吹汽量和吹汽時間，能夠減少焦炭塔冷焦塔頂焦粉攜帶。實際生產(chǎn)過程中，小吹汽量一般控制在1～1.5t/h，小吹汽時間控制在1～1.5h。切塔初期，老塔的泡沫層還未降低，小吹汽過大、時間過長會導(dǎo)致油氣攜帶焦粉。此外，在塔頂注入一定量的消泡劑，可以達(dá)到降低泡沫層的效果，從而避免生焦過高而引起的焦粉攜帶。

(5)延遲關(guān)停急冷油操作和停消泡劑操作

切換焦炭塔后，延遲10min再進(jìn)行切換急冷油操作和停消泡劑操作。切換焦炭塔后，老塔溫度會延續(xù)一段時間，老塔泡沫層回降也會有延遲，并且新塔剛剛進(jìn)入生產(chǎn)，整個塔的溫度偏低，加熱爐來的輻射油進(jìn)入塔后短時間內(nèi)還不能發(fā)生生焦反應(yīng)，工況上允許適當(dāng)延遲注入急冷油。操作人員切換焦炭塔后，等待10min再進(jìn)行切換消泡劑閥門和關(guān)閉急冷油閥門操作，以達(dá)到延長老塔注急冷油和消泡劑時間、防止塔頂溫度超溫、減少小吹汽焦粉攜帶量、減緩分餾塔結(jié)焦的目的。

(6)分餾塔底增設(shè)壓力遠(yuǎn)傳

分餾塔底增設(shè)壓力遠(yuǎn)傳，可實時監(jiān)控分餾塔頂、底壓差。低負(fù)荷運(yùn)行時壓差過低，說明分餾塔油氣氣速不足，需盡快調(diào)整針對低負(fù)荷運(yùn)行的方案。如果加工量不變的情況下分餾塔頂、底壓差持續(xù)變大，說明分餾塔有出現(xiàn)結(jié)焦或堵塞的傾向。

(7)調(diào)整優(yōu)化油漿摻煉比例

延遲焦化摻煉油漿，可以在一定程度上緩解煉廠處理油漿的壓力，也可為焦化低負(fù)荷生產(chǎn)補(bǔ)充一部分原料，但摻煉油漿會對分餾塔結(jié)焦產(chǎn)生影響。

在實際生產(chǎn)中，要從產(chǎn)品分布、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備磨損、分餾塔結(jié)焦等多方面分析研討摻煉油漿的經(jīng)濟(jì)性。小比例摻煉油漿，油漿與渣油、循環(huán)油混合后，油質(zhì)一定程度上會得到稀釋和改善，結(jié)焦風(fēng)險降低。在生產(chǎn)中要嚴(yán)格控制油漿摻煉比例，否則得不償失。根據(jù)實際生產(chǎn)和底循過濾器清焦情況，目前我裝置控制油漿摻煉量5%～7%。

4.結(jié)束語

通過對分餾塔易結(jié)焦部位的分析和總結(jié)，我們從工藝指標(biāo)的管控、分餾塔回流量、循環(huán)比、關(guān)停急冷油和消泡劑注入的時間等方面提出了優(yōu)化控制方案，有效減緩了分餾塔的結(jié)焦問題，目前裝置已低負(fù)荷運(yùn)行1年多時間，分餾塔各指標(biāo)未見異常，運(yùn)行平穩(wěn)。

在生產(chǎn)中，我們需要從實際出發(fā)，做好各指標(biāo)的監(jiān)控，對運(yùn)行情況和參數(shù)的變化進(jìn)行階段性總結(jié)，不斷優(yōu)化提高控制方案，制定適合的控制措施，減緩分餾塔底和蒸發(fā)段的結(jié)焦，確保裝置長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。