催化液化氣在脫戊烷塔塔底結焦原因分析及應對策略

劉天棟

中國石化海南煉油化工有限公司 海南 洋浦 578101

中國石化海南煉油化工有限公司（簡稱海南煉化）60萬噸/年氣體分餾裝置原料為脫硫脫硫醇后的催化裂化液化氣，產(chǎn)品為丙烷、丙烯、碳四等，為下游聚丙烯裝置、MTBE裝置提供原料，原料催化液化氣脫硫脫硫醇裝置采用MDEA胺洗技術，液化氣脫硫醇采用美國Merichem纖維膜接觸脫硫醇技術。但近年受新冠肺炎的疫情影響，國內乃至世界成品油消費大幅下滑，煉油企業(yè)汽、煤和柴油出廠困難，庫存大幅上漲，醫(yī)用聚丙烯材料價格飆升，中國丙烯行業(yè)已連續(xù)多年產(chǎn)量、當量消費全球第一[1]。

本文介紹了海南煉化氣體分餾裝置脫戊烷塔結焦情況介紹，結焦物的組成分析，結焦原因分析、采取調整手段及改造措施，從而保證氣體分餾裝置的安全平穩(wěn)運行，達到增加效益的目的。

1 氣分脫戊烷塔底結焦情況

如圖1所示.本裝置按四塔流程設計，即脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯塔和脫戊烷塔，其中，由于丙烯塔塔板數(shù)較多，分為兩個塔串聯(lián)操作。經(jīng)過脫丙烷塔塔頂為碳二碳三餾分，塔底為碳四碳五餾分；脫乙烷塔塔頂為碳二餾分，塔底為碳三餾分；丙烯塔進一步分離丙烯、丙烷；脫戊烷塔塔頂為碳四餾分，塔底為碳五餾分。

圖1 氣分流程簡圖

近期，氣分裝置脫戊烷塔底冷卻器負荷降低、重沸器換熱效率下降、戊烷產(chǎn)品泵不上量，導致脫戊烷塔液位上升，影響MTBE原料碳四質量，如圖2所示，氣分裝置脫戊烷塔底重沸器換熱水前后溫差的變化趨勢，判斷氣分脫戊烷塔塔底結焦，被迫切除塔底冷卻器清焦，嚴重影響氣分裝置、MTBE裝置的長周期運行。

圖2 脫戊烷塔底重沸器冷后溫度趨勢

2 氣分脫戊烷塔底結焦物組成分析

2.1 結焦物非金屬分析

從氣分裝置采出結焦物靜置一段時間后，取出固體樣品放置烘箱內，在70℃的溫度下進行干燥，對干燥后的樣品進行C、H、O、N、S等非金屬的含量分析。結焦物中含N、O元素，且C含量達63.53%，H含量僅有7.1%，S含量達到20.76%?？沙醪脚袛嘟Y焦物中含有液化氣脫硫過程中降解貧胺液的聚酰胺類物質、液化氣脫硫醇過程中的部分二硫化物、不飽和聚合烴類物質的混合物。

所結焦物質溶于甲苯溶液，且成粘稠狀液體，聚酰胺類物質具有一定的粘稠性。進一步對結焦物組分進行分析，聚合烴類物質占比89.09%，二硫化物占比10.71%，從而相互證明上述非金屬分析結果。

2.2 結焦物金屬分析

結焦物干燥后取3.0g樣品，在550℃溫度下焙燒4小時，焙燒后的樣品成紅褐色，焙燒后余下的樣品質量為0.0098g，對該樣品進行Fe、Cu、Ca、Mg、Al等金屬含量分析。金屬Fe含量高達1049.33×10-6，判斷為管道腐蝕產(chǎn)物，但焙燒后樣品質量下降較多，因此判斷腐蝕并不嚴重。

3 氣分脫戊烷塔結焦原因分析

3.1 催化裂化熱裂化反應加劇影響二烯烴含量

Mauleon等認為衡量催化裂化熱裂化程度的一個指標為丁二烯，他與熱裂化指數(shù)（＜C2/i-C4）比值有很好的對應性，隨著提升管頂部溫度的提高，丁二烯含量會急劇上升[2]。

因此熱裂化指數(shù)越高，說明發(fā)生的反應中熱裂化程度越高。熱裂化指數(shù)與提升管反應出口溫度有很好的對應關系，且從2020年3月份開始因增產(chǎn)液化氣丙烯需要，催化裂化裝置回煉粗氣油且提升管出口的提高，裝置熱裂化指數(shù)升高，一定程度上加劇脫戊烷塔進料丁二烯的含量。

貧胺液濃度設計范圍為25%～30%，從2020年至今平均值為24.08%且呈下降趨勢。貧胺液濃度過低為胺液降解所致，那么降解后產(chǎn)物中含有部分二酸、二胺物質。聚酰亞胺類物質一般由二胺和二酸反應生成[3]，為氣分脫戊烷塔底結焦物的前身物。該列催化液化氣脫硫后富胺液的熱穩(wěn)態(tài)鹽達5.1w%，遠大于控制指標≯2w%，且消泡時間高達54s，說明胺液熱穩(wěn)鹽含量高，會導致胺液發(fā)泡，腐蝕性增強，雜質含量增加，胺液損失增大，影響后路精制液化氣的質量，進一步影響脫戊烷塔操作。

3.2 抽提效果不理想

堿液氧化再生過程中，氣、液兩相反應易造成部分二硫化物返回被液化氣之中，抽提溶劑硫含量過低，而C4，C5 餾分中的硫化物主要是甲硫醇、乙硫醇、二硫化物和甲硫醚［4］如圖6所示，抽提效果查導致液化氣中二硫化物增多，進入氣體分餾裝置后附著于換熱器殼體及機泵入口過濾網(wǎng)，造成換熱效果下降，機泵入口堵塞[5]

4 應對措施

4.1 適當降低催化裂化反應苛刻度

降低催化裂化提升管出口溫度，提高原料預熱溫度，提高再生燒焦溫度，進一步降低劑油比，從而降低熱裂化反應產(chǎn)生，降低液化氣中二烯烴的生成。熱裂化指數(shù)從0.29下降至0.23。

4.2 改善胺液品質

做好胺液加注、使用、儲存方面的質量控制，建立標準化加注胺液、儲存胺液操作規(guī)程，胺液加注過程中避免抽空，減少系統(tǒng)內氧含量，從而提高貧胺液濃度，保證濃度在25%以上，試用新型高效負荷脫硫溶劑，減少液化氣中二硫化物，減少胺液降解發(fā)泡。

4.3 定期清洗塔底冷卻器及增上過濾器

聚合物在脫戊烷塔底數(shù)量及停留時間長短是結焦周期不可忽略的因素，塔底結焦物多，造成停留時間過長，則更易積聚，不利于長周期運行[6]。根據(jù)脫戊烷塔的操作工況，利用戊烷返塔線倒引，保證塔底組分正常外送情況，定期置換、清洗脫戊烷塔底冷卻器，增加塔底的擾動效果，減輕聚合物的生成。塔底清焦周期由15天延長至40天，塔底結焦現(xiàn)象得到緩解。與此同時，在脫戊烷塔底冷卻器前，增設可切除過濾器，進一步保證塔底長周期運行。

5 結論

通過對結焦物的分析，判斷其組成為降解貧胺液的聚酰胺類物質、液化氣脫硫醇過程中的部分二硫化物、不飽和聚合烴類物質的混合物，通過降低催化裂化反應苛刻度，提高胺液濃度同時試用高效脫硫劑，并在定期清洗脫戊烷塔底冷卻器，增上塔底過濾設施等一系列設施，戊烷出裝泵入口堵塞減緩，換熱水用量下降，MTBE質量改善，氣分裝置脫戊烷塔裝置運行周期顯著增長。