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

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(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司， 新疆 庫(kù)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(lái)威脅，經(jīng)過(guò)分析沖塔原因，并采取措施保證脫硫塔穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。通過(guò)分析，認(rèn)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(guò)高都是影響沖塔的原因。利用裝置低負(fù)荷運(yùn)行期間，創(chuàng)造性的采用除鹽水對(duì)脫硫塔進(jìn)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(guò)加氫精制改善油品質(zhì)量，生產(chǎn)穩(wěn)定汽油和國(guó)VI車用柴油。該裝置所用的氫氣來(lái)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(guò)加氫脫硫反應(yīng)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(zhì)量，本裝置設(shè)計(jì)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(jiàn)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(lái)自硫磺裝置，進(jìn)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(jī)入口分液罐V105富液匯合送入硫磺裝置進(jìn)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(jìn)入V105，給壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)隱患，給裝置穩(wěn)、滿、優(yōu)生產(chǎn)帶來(lái)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(dòng)關(guān)小，進(jìn)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(nèi)富液從T101頂部的循環(huán)氫氣體管線進(jìn)入V105，V105液位由0%迅速上漲至27%，V105內(nèi)循環(huán)氫氣體夾帶著塔內(nèi)微量的富液進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)入口，導(dǎo)致入口流量計(jì)顯示上漲。為避免循環(huán)氫壓縮機(jī)帶液，打開(kāi)HV1001，讓大量的循環(huán)氫不脫硫直接進(jìn)入V105，富液恢復(fù)進(jìn)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(jìn)入帶病運(yùn)行階段，V105頻繁帶液，給循環(huán)氫壓縮機(jī)的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。為防止脫硫塔沖塔，頻繁開(kāi)關(guān)T101跨線閥門(mén)，使得循環(huán)氫無(wú)法有效脫硫，產(chǎn)品質(zhì)量只能靠降低處理量來(lái)滿足，分析原因，找到解決辦法迫在眉睫。

2 原因分析

對(duì)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(diǎn)［1-3］：（1）貧液中溶解了烴類及無(wú)機(jī)化合物組分使胺液發(fā)泡；（2）溶液中有大量分散的細(xì)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(dòng)過(guò)分劇烈導(dǎo)致；（4）貧胺液溫度控制過(guò)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(guò)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(yīng)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(guò)溫度變化在再生塔中解析出來(lái)，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(zhì)量分?jǐn)?shù)大于行業(yè)內(nèi)控制指標(biāo)（不大于1.0%），2020年2月至3月，熱穩(wěn)定性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，甚至超過(guò)4%達(dá)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(shí)引發(fā)設(shè)備腐蝕、換熱器結(jié)垢阻塞、再生塔和脫硫塔沖塔積液的問(wèn)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(duì)設(shè)備的腐蝕性越強(qiáng)。

2.2 貧液中含有大量焦粉

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

T101為浮閥塔，塔板的開(kāi)孔率8%～15%，正常操作中，T101內(nèi)氣液兩相充分接觸，氣相和液相相對(duì)速度達(dá)到一定平衡，循環(huán)氫通過(guò)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(pán)上聚集，部分浮閥閥片與塔板粘結(jié)，塔的開(kāi)孔率會(huì)相應(yīng)降低，液相無(wú)法順利從降液管流下，塔盤(pán)上液層厚度增加，氣體就無(wú)法順暢通過(guò)，導(dǎo)致氣體在塔內(nèi)聚集，塔壓增加，高速氣流夾帶富液從氣相進(jìn)入下游，最終導(dǎo)致沖塔。

2.3 貧胺液溫度控制過(guò)高

裝置使用的胺液型號(hào)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(duì)比行業(yè)內(nèi)，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(dāng)天的貧液實(shí)際進(jìn)入加氫裝置的溫度為56 ℃，不僅遠(yuǎn)高于廠家建議的操作溫度，比行業(yè)內(nèi)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(guò)高均為此次T101沖塔的原因。

3 解決措施

3.1 貧液質(zhì)量控制

硫磺裝置通過(guò)更換貧液，調(diào)整胺液凈化過(guò)濾系統(tǒng)來(lái)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(wèn)題, 熱穩(wěn)鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在3%左右。

因?yàn)榻够蓺?、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(guò)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(guò)濾器，在貧液進(jìn)裝置前過(guò)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(guò)多次摸索，初步找到解決問(wèn)題的方案：在裝置正常生產(chǎn)中，通過(guò)減少進(jìn)入T101循環(huán)氫量，控制T101壓差相對(duì)穩(wěn)定，再將T101內(nèi)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(wèn)題，沖塔問(wèn)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(nèi)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(shí)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(shì)，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(fù)進(jìn)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?jiàn)，此方法無(wú)法有效將塔盤(pán)上的焦粉帶出塔外，沖塔現(xiàn)象無(wú)明顯改善。這可能是因?yàn)椋贺氁豪锉旧砗薪狗郏煤薪狗鄣呢氁簛?lái)沖洗無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。考慮長(zhǎng)期用貧液沖洗塔盤(pán)，循環(huán)氫中酸性氣會(huì)逐漸增多，不僅會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，且會(huì)增加設(shè)備腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，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(yīng)器催化劑撇頭，利用裝置低負(fù)荷運(yùn)行期間，創(chuàng)造性的采用除鹽水對(duì)脫硫塔進(jìn)行水洗，經(jīng)過(guò)4天時(shí)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(guò)程

車間技術(shù)人員經(jīng)過(guò)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(pán)，將塔內(nèi)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(kāi)T101跨線閥HV1001，停貧液進(jìn)裝置關(guān)閉邊界閥，將V110、T101、V307液位控制到最低，關(guān)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(kāi)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(kāi)至30 t·h-1水洗，如此水洗3次。結(jié)束水洗后調(diào)整流程，引貧液22 t·h-1進(jìn)入脫硫塔，HV1001開(kāi)度關(guān)至50%，T101壓差為12 kPa左右，且維持12 h平穩(wěn)，水洗塔板初見(jiàn)效果。3月18日～3月22日，間歇水洗，恢復(fù)流程后，T101恢復(fù)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(guò)程中，V307多次采樣觀察變化情況。樣品剛采出時(shí)，呈黑色混合狀態(tài)，見(jiàn)圖5，過(guò)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(zhì)。樣品靜置24 h后，上部水質(zhì)呈黃綠色，底部有黑色雜質(zhì)，緩慢搖動(dòng)后，雜質(zhì)上浮，見(jiàn)圖6。

圖5 剛采出的樣品

圖6 沉淀后樣品

可見(jiàn)，除鹽水已將塔板上的焦粉帶出，水洗后塔壓差降低至開(kāi)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(jié)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(guò)高。貧液被焦粉污染，焦粉在塔盤(pán)上聚集，使浮閥閥片與塔板粘連，氣體無(wú)法順暢穿過(guò)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(dǎo)致沖塔發(fā)生。塔板上的焦粉無(wú)法從塔內(nèi)排除，以至于T101反復(fù)沖塔，給平穩(wěn)生產(chǎn)帶來(lái)隱患。

2）從源頭著手，加強(qiáng)對(duì)貧液的過(guò)濾和凈化，減少貧液里面的雜質(zhì)含量；更換貧液，提高濃度，控制MDEA濃度在指標(biāo)范圍內(nèi)。通過(guò)增加貧溶劑過(guò)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(lái)沖洗無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。除鹽水沖洗塔盤(pán)不僅可降低T101的壓差，還能將塔內(nèi)焦粉帶出，讓塔恢復(fù)操作，收到良好的效果。

［1］楊敬一，顧榮，徐心茹. 固體顆粒對(duì)脫硫劑溶液泡沫性能的影響[J]. 華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，28 ( 4) : 351-356.

［2］徐仁飛. 循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)胺液發(fā)泡原因分析及措施［J］. 齊魯石油化工，2015，43（3）：205-206.

［3］．劉健，孫克文. 胺液凈化系統(tǒng)在胺液再生裝置的應(yīng)用［J］. 遼寧化工，2021，50（7）：1019-1022.

［4］王仕偉. 淺析熱穩(wěn)定鹽對(duì)胺液脫硫裝置的影響[J]. 石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2016 , 32 (04) : 46-49 .

［5］葉慶國(guó)，李寧，楊維孝，等. 脫硫工藝中氧對(duì)N-甲基二乙醇胺的降解影響及對(duì)策研究［J］. 化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，1999，15（2）：219-223．

［6］薦保志．胺液再生塔重沸器泄漏原因分析及處理[J]. 硫酸工業(yè)，2020 (06)：54-56．

［7］劉疆萍，李敏，陳志剛. MDEA 溶劑發(fā)泡原因及控制措施[J].化肥設(shè)計(jì)，2016, 54 (2): 43-46.

［8］朱自新, 孫寧飛. 溶劑再生裝置操作異常波動(dòng)分析及對(duì)策[J]. 石油煉制與化工，2020 , 51 (04) : 50-53 .

［9］曹文磊，黃晨. 蠟油加氫裝置循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)問(wèn)題分析及對(duì)策［J］.齊魯石油化工，2013，41 ( 2 ) : 113-115.

［10］崔同祥．胺液再生系統(tǒng)存在的問(wèn)題及解決辦法[J]. 硫酸工業(yè)，2019 (04)：20-22．

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(jí)經(jīng)濟(jì)師，工學(xué)碩士，2006年畢業(yè)于北京石油化工學(xué)院過(guò)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(xiàng)目管理等工作。

TE624.4+31

A

1004-0935（2021）10-1576-04