茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策

化工活动家

2021年6月24日 14:26

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编辑 | 化工活动家

来源 | 乙烯工业茂名石化

作者 | 刘茂等

关键词 | 乙烯装置脱丁烷塔堵塞

共 3345 字 | 建议阅读时间 13 分钟

流程简介

2号乙烯装置脱丁烷塔流程

裂解气经裂解气压缩机四段压缩后，依次进入高/低压双塔脱丙烷系统，分离出的碳四及以上重组分物料进入脱丁烷塔，经过脱丁烷塔分离后，塔顶物料进入冷凝器液化后，一部分作为回流返回至塔顶，其余作为产品采出。塔底分离出粗裂解汽油作为2号裂解汽油加氢装置进料。脱丁烷塔流程如图1所示。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图1

2号裂解汽油加氢装置流程

2号裂解汽油加氢装置采用四塔两反流程，即前脱碳五塔系统、脱碳九塔系统、一段加氢反应系统、二段加氢反应系统和稳定塔系统。因碳五、碳九加氢后经济效益较低，所以现在普遍采用中心馏分加氢的方法，即碳六至碳八组分加氢。装置脱丁烷塔塔釜来的粗裂解汽油分别经前脱碳五塔和脱碳九塔脱除碳五和碳九，剩余碳六至碳八中心馏分经过两段加氢反应后进入稳定塔脱硫脱氮，得到稳定产品混合芳烃。在碳五不加氢的工况下，物料不进入后脱戊烷塔，因此将后脱戊烷塔作为前脱戊烷塔的备用塔，一般情况下不进行生产投用。2号裂解汽油加氢流程如图2所示。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图2

脱丁烷塔运行情况

2号乙烯装置脱丁烷塔在2015年5月大修后投入运行至2017年11月，在进料量48t/h(设计值55t/h)和回流量23t/h工况下，塔压差从17kPa左右开始逐渐上升，最高达到58kPa，塔顶碳四产品质量不合格，塔釜碳四损失增加。

塔盘堵塞原因分析

脱丁烷塔塔顶物料主要为含有丁烯、丁烷和丁二烯等不饱和烃，塔釜物料主要为含有戊烯、戊烷和戊二烯的不饱和烃。化学性质活泼，极易发生聚合反应。其中丁二烯在系统中与氧发生反应产生油状过氧化自聚物，密度大，极易沉积在设备中造成堵塞。且该过氧化自聚物极不稳定，受热可断裂产生活性自由基，活性自由基与丁二烯分子反应，在线性方向形成爆米花状端基聚合物，该反应为放热反应且反应速度快，导致聚合物体积快速增加，局部温度急剧上升，产生的热量又会加剧聚合反应，造成恶性循环。

脱丁烷塔降温操作

因脱丁烷塔塔盘堵塞，塔顶和塔釜间压差过大。若塔底再沸器通入正常工况所需的低压蒸汽，气相的碳四轻组分由于塔盘堵塞无法上升至塔顶而进入冷凝器分离;塔的液相进料由于底部压力过高无法进入塔釜，进料反串至冷凝器，导致碳四产品不合格，无法保证装置正常运行。为确保碳四产品合格，只能采取降温操作，见图3和图4。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图3

通过减少低压蒸汽流量，进而减少分离出的碳四来保证产品合格，但同时也导致大量碳四进入塔釜粗裂解汽油中，造成物料损失，也对后续分离系统造成影响。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图4

由图3、图4可看出：采取降温操作后，碳四收率下降，由48%降至35%，塔釜裂解汽油碳四含量(质量分数)明显上升，远超控制指标0.5%。由于较多碳四轻组分进入粗裂解汽油，导致2号裂解汽油加氢装置前脱戊烷塔压力由108kPa上升至125kPa，碳五产品质量波动，只能全开塔顶泄压阀将碳四轻组分排放火炬，排放量由100kg/h增加至530kg/h，造成碳四物料损失。

脱丁烷塔再沸器清焦

2018年5月26日脱丁烷塔灵敏板温度过低，经分析认为再沸器(EB-530B)堵塞，及时切换至EB-530A运行。

塔釜再沸器EB-530A在2017年11月26日投入运行，该系统的塔顶温度、塔压、压差、灵敏板温度、药剂使用量和单耗均正常，至2018年2月27日开始，塔釜温度出现明显升高，27日该温度点报警8次，28日报警10次，3月1日装置降负荷后，该温度才缓慢降至正常值(见图5)。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图5

脱丁烷塔配置新药剂及冲塔操作

2号乙烯装置脱丁烷塔使用某公司的新型分散型抗垢剂HK-17D进行在线除垢，2018年8月14日、9月5日、10月8日配合塔冲洗操作，脱丁烷塔系统相关工艺参数逐渐趋于正常，目前塔压差保持在19~20kPa，塔釜温度控制114~118℃，塔釜的碳四损失(体积分数)由2.7%降至1.0%，脱丁烷塔运行平稳，取得了比较好的效果，趋势见图6。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图6

8月14日-9月14日为药剂注入系统的第1个月，对塔内已形成的垢物具有渗透、剥离、分散的作用，并对系统内的自由基具有阻聚作用，达到在线除垢和阻聚效果，再配合对脱丁烷塔的冲洗操作，使垢物能够分散并冲落，从而使塔压差下降;在使用分散剂3周后，在9月5日对塔进行冲洗操作，塔的压差在20~45kPa波动，后降至20kPa的平稳状态。10月8日对塔进行冲洗操作，脱丁烷塔运行处于较平稳的状态，目前塔的压差控制在20kPa，釜温也逐渐趋于正常。

8月14日注HK-17D后至9月5日冲塔前，见图7。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图7

塔釜温度由90~105℃逐渐升至98~110℃。9月5日冲塔后，塔釜温度升至110~116℃，10月8日再次对塔进行冲洗操作，塔釜温度基本恢复正常值，塔釜温度控制在114~119℃;目前塔釜再沸量是自动控制，塔的灵敏板温度与塔釜再沸量暂时没有投串级控制，塔釜温度在114~119℃波动，期间塔釜温度偶尔降至小于114℃，但通过及时加大塔釜再沸量，塔釜温度能恢复正常值。

9月5日在冲洗前，塔釜再沸器蒸汽流量大于4.9t/h时，塔的压差容易上升，为了确保脱丁烷塔的平稳运行，在冲洗前塔釜再沸量一直控制在小于4.9t/h，致使塔釜温度无法达到设计值(117℃)，碳四产品损失(体积分数)较大，最高值到达7.75%，见图8。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图8

在9月5日和10月8日冲洗后，塔釜的再沸量增逐渐提至5.3t/h，脱丁烷塔釜的碳四损失趋于下降的趋势，10月份塔釜损失(体积分数)平均值为1.0%，比2017年平均值0.55%高0.45%。

塔顶碳四产品碳五含量(体积分数)指标值为0.5%，塔盘出现堵塞后，塔顶的碳四含量最高值达到4.8%，见图9。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图9

在注分散剂HK-17D后，通过对塔进行冲洗操作，塔逐渐恢复正常状态，保持塔的分离效果，确保塔顶的碳四产品合格。

存在问题

脱丁烷塔的高负荷运行时，虽然使用HK-17D有一定的效果，但塔的进料大于52t/h运行时和塔釜的再沸器蒸汽量波动时，塔的压差还是容易上升，塔内的聚合物还没有彻底清除干净。脱丁烷塔在装置长周期运行后期，容易出现塔盘聚合堵塞，分离效率下降，造成裂解碳四产品进入塔釜，随着后系统排火炬。

2号裂解汽油加氢装置脱戊烷塔替代乙烯装置脱丁烷塔技改

2号裂解汽油加氢装置在碳五不加氢的工况下，物料不进入后脱戊烷塔，因此将后脱戊烷塔作为前脱戊烷塔的备用塔，一般情况下不进行生产投用。拟考虑作为脱丁烷塔的临时替代塔，将带有大量碳四的原料再分离，回收碳四，提高经济效益。

后脱戊烷塔可作为前脱戊烷塔故障检修时的备用塔;当二段催化剂末期加热炉或高压蒸汽加热器能力不足时，也可作为二段反应进料的加热器，目前该塔处于闲置状态。2号乙烯汽油加氢装置因节能技改具备接收2号乙烯装置脱丁烷塔釜裂解汽油，流程可改造利用。

设计参数对比

脱丁烷塔和脱戊烷塔设计对比见表1。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图10

后脱戊烷塔改脱丁烷进料，设备设计温度和压力能满足脱丁烷操作要求，分离效果仍需原塔内件商进一步核算确定。

后脱戊烷塔再沸器如采用中压蒸汽(1.5MPa，203℃)加热，可能存在聚合反应，若采用低压蒸汽(0.43MPa，155℃)加热方案时，因本装置没有低压冷凝水管道，产生的低压冷凝水回收送至2号乙烯装置低压凝结水罐。

脱丁烷塔异常时，塔底物料难以收集，不具备采样分析条件。进2号裂解汽油加氢装置后脱戊烷塔的进料以裂解脱丁烷塔原设计参数人为调整C4组成为基准进行计算的，计算结果与实际情况可能存在一定的偏差，见表2。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图11

经初步核算，当进料为30t/h时，进料中的C4以下轻组分的含量(质量分数)要维持在13%以上，塔盘上的汽液相负荷才能满足原设计塔盘的最低负荷要求;当进料为60t/h时，进料中的C4以下轻组分的含量(质量分数)要维持在9.8%以上，塔盘上的汽液相负荷才能满足原设计塔盘的最低负荷要求。

改造后工艺流程

2号乙烯装置脱丁烷塔塔釜物料利用已有流程(见图10)，送至2号裂解汽油加氢装置。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图12

连通前脱戊烷塔进料泵出口管与后脱碳五塔进料管，送物料至后脱戊烷塔分离。后脱戊烷塔塔顶碳四利用已有流程冷凝后一路回流，一路通过接通后脱戊烷塔回流泵出口管与回收火炬气管，送碳四至碳四罐。后脱戊烷塔塔釜物料通过新增管道送至粗汽油冷却器冷却，冷却后一路送裂解汽油原料罐，一路通过新增管与前脱戊烷塔进料线连通。改造后的流程见图10的红色标记。

加氢装置脱戊烷塔改造后投用效果

由于脱戊烷塔与脱丁烷塔在设计上存在差异，因此投用时不能完全按照脱丁烷塔的工况进行操作，通过不断的调整与化验分析，摸索出一套适合脱戊烷塔分离碳四的操作方法。脱戊烷塔与脱丁烷塔操作参数见表3。

茂名石化乙烯装置脱丁烷塔堵塞原因分析及对策的图13