低負荷下延遲焦化裝置分餾系統結焦分析與優化措施

＊劉志豪 宋之林 江方舟 高強 許連杰 梁景玉

（正和集團股份有限公司 山東 257342）

正和集團延遲焦化裝置2007年12月投產，兩爐四塔，生產能力為120萬噸/年，生焦周期24h，現已運行15年。

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

分餾塔負荷大幅度降低，導致塔內氣速降低，液相回流量減少，易出現分餾塔結焦問題，這縮短了裝置的運行周期。針對運行中出現的問題，本文詳細分析了分餾塔易結焦部位的結焦原因，并提出了優化改進控制措施，對裝置的長周期安全運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焦部位及結焦表象和后果

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裝經換熱升溫至300℃，從0層、5層進入分餾塔；焦炭塔頂415℃的高溫油氣從4層進入分餾塔，170℃的下返蠟油從8層進入分餾塔。根據油品結焦特性[2]和分餾塔各層溫度，結焦部位易出現在分餾塔塔底、蒸發段（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)分餾塔塔底結焦后果

分餾塔塔底是常見的結焦部位之一。

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

(2)分餾塔蒸發段結焦的表象和后果

分餾塔蒸發段也是易結焦部位，但在實際生產中，因其出現的頻次較少，往往忽視了對其的管控。

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

2.分餾塔結焦因素的分析

(1)原料性質的影響

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油深拔技術的發展，減壓渣油殘炭值升高，瀝青質含量增多，油品性質較差，且根據生產任務，除加工減壓渣油外，還要摻煉部分催化油漿，使得進裝置原料更加復雜。

裝置原料性質的劣化，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，造成分餾塔易出現結焦。

(2)分餾塔塔底循環運行的影響

分餾塔塔底循環主要起到旁濾作用，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、停留時間過長出現焦粉集聚板結形成焦塊，進而堵塞了分餾塔塔底和抽出管線。

在實際生產過程中，如果塔底循環運行不暢，出現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焦。

(3)裝置低負荷運行的影響

裝置加工負荷會在一定程度上影響分餾塔的操作，使分餾塔更容易結焦。裝置負荷過低，塔底抽出量降低，油品在塔內停留時間延長，少量處于臨界狀態的油品還來不及抽出就已發生焦化反應，造成塔底逐步結焦。同時，裝置低負荷運轉狀態下，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局部干板的現象；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，隨著時間延長，沉降的焦粉逐步覆蓋結焦，造成浮閥打不開，造成分餾塔氣阻憋壓。

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

(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荷，一定程度上有利于提高裝置加工負荷和加熱爐的運行。但增加了分餾塔塔底結焦的風險，一旦超過油品中易結焦物質的結焦臨界溫度，則該部分油品可能在塔內反應，液相中顆粒物增多，易造成分餾塔結焦。

(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，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，極容易結焦。在實際生產中，尤其是在生焦的后期，如果泡沫層高度與塔頂的安全空高不足5m，塔內高溫油氣容易攜帶泡沫層進入油氣線和分餾塔，造成油氣線、分餾塔底及蒸發段結焦。

(6)加熱爐的影響

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

(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焦產生一定的影響[4]。油漿為催化裂化反應分餾后的分餾塔底油。與減壓渣油相比，其密度大，殘炭值、芳烴、瀝青質的含量較高，且內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芳烴、膠質、瀝青質及一定數量的催化劑顆粒在高溫下結焦，在循環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℃。而進焦化裝置摻煉的油漿通常在循環泵之前引出，未添加阻垢劑，焦化分餾塔底溫度≯385℃、蒸發段實際溫度高達380℃，遠高于催化裂化裝置的控制溫度；且催化劑顆粒通常較重，在分餾塔內流動較慢，容易沉降附著在塔壁、塔盤上，這極易出現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，進而沉降、堆積、板結形成大的焦塊，造成分餾塔底、塔盤結焦，底循環過濾器、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%，經過1個周期的運行，檢修發現分餾塔塔底結焦較之前增多，底循抽出管線內堆積了大量的焦粉，造成吹掃放空困難，對焦粉進行取樣燒結，發現其灰分高達44.67%，經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.優化控制措施和方案

為防止生產加工負荷低時分餾塔出現結焦等問題，我公司根據裝置實際運行情況和結焦原因分析，制定了適合本裝置生產的優化控制措施。

(1)加強工藝指標管控

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

嚴苛而適合的指標控制范圍，可為安全生產提供保證，有效避免設備運行中出現問題。裝置負荷出現較大變化時，應對工藝卡片重新進行梳理，調整縮減關鍵指標的控制范圍。

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

(2)適當調整產品指標

產品質量的管控，不能以犧牲分餾塔下部的溫度為代價。技術人員要根據實際生產條件，對產品指標進行調整，如適當降低柴油95%點回收溫度、汽油終餾點。低負荷下，分餾塔氣相量和回流量都減少，分餾塔的中上部熱負荷低，會對產品質量產生一定影響。繼續執行柴油高產出的方案，會促使班組減少分餾塔下部回流量，如蠟油下返量、原料5層進塔量，來提高分餾塔中上部的溫度，進而確保產品質量。

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

(3)提高裝置循環比

中石化袁強等人[6]對循環油、輻射油、減壓渣油進行了結焦傾向實驗，實驗表明360℃條件下，循環油最不易結焦，減壓渣油和輻射油達到一定時間后，會出現明顯的結焦傾向。

調整提高裝置循環比，提高分餾塔蠟油的回流量，加大原料5層進料量，既可以提高對氣相的洗滌效果，補充塔盤液相不足的問題，也可以提高塔底循環油的占比，有效減緩塔底結焦。

(4)調整降低小吹汽量和吹汽時間

平穩控制焦炭塔系統運行，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、時間過長會導致油氣攜帶焦粉。此外，在塔頂注入一定量的消泡劑，可以達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)延遲關停急冷油操作和停消泡劑操作

切換焦炭塔后，延遲10min再進行切換急冷油操作和停消泡劑操作。切換焦炭塔后，老塔溫度會延續一段時間，老塔泡沫層回降也會有延遲，并且新塔剛剛進入生產，整個塔的溫度偏低，加熱爐來的輻射油進入塔后短時間內還不能發生生焦反應，工況上允許適當延遲注入急冷油。操作人員切換焦炭塔后，等待10min再進行切換消泡劑閥門和關閉急冷油閥門操作，以達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、減緩分餾塔結焦的目的。

(6)分餾塔底增設壓力遠傳

分餾塔底增設壓力遠傳，可實時監控分餾塔頂、底壓差。低負荷運行時壓差過低，說明分餾塔油氣氣速不足，需盡快調整針對低負荷運行的方案。如果加工量不變的情況下分餾塔頂、底壓差持續變大，說明分餾塔有出現結焦或堵塞的傾向。

(7)調整優化油漿摻煉比例

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，也可為焦化低負荷生產補充一部分原料，但摻煉油漿會對分餾塔結焦產生影響。

在實際生產中，要從產品分布、產品質量、設備磨損、分餾塔結焦等多方面分析研討摻煉油漿的經濟性。小比例摻煉油漿，油漿與渣油、循環油混合后，油質一定程度上會得到稀釋和改善，結焦風險降低。在生產中要嚴格控制油漿摻煉比例，否則得不償失。根據實際生產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.結束語

通過對分餾塔易結焦部位的分析和總結，我們從工藝指標的管控、分餾塔回流量、循環比、關停急冷油和消泡劑注入的時間等方面提出了優化控制方案，有效減緩了分餾塔的結焦問題，目前裝置已低負荷運行1年多時間，分餾塔各指標未見異常，運行平穩。

在生產中，我們需要從實際出發，做好各指標的監控，對運行情況和參數的變化進行階段性總結，不斷優化提高控制方案，制定適合的控制措施，減緩分餾塔底和蒸發段的結焦，確保裝置長周期安全平穩運行。