不同的消泡剂加注方式对焦炭塔的消泡效果及对焦粉携带的影响

不同的消泡剂加注方式对焦炭塔的消泡效果及对焦粉携带的影响

彭昌会

山东汇丰石化集团有限公司，生产技术部

摘要：延迟焦化装置焦炭塔起泡及焦粉携带对装置的安全运行带来很大影响，本文详细论述了焦炭塔生焦期间起泡原因及影响因素，以及消泡剂加注方案和消泡剂的消泡效果考验，从而很好的控制焦粉携带，满足装置正常运行。

关键词：焦炭塔；消泡剂；起泡；消泡

1 引言

随着原料性质的劣质化，焦化装置焦炭塔内生焦期间会产生较高的泡沫层，而泡沫层高度直接影响焦炭塔顶油气携带焦粉量，导致油气管线和分馏塔底结焦，从而影响分馏塔底的安全运行，影响汽柴油携带焦粉量。油气携带焦粉含量多导致分馏塔底循过滤器堵塞，影响分馏塔底循系统正常运行。使用消泡剂能够很好的降低焦炭塔泡沫层高度，而采用不同的消泡剂加注方案及不同的消泡效果的验证方法对焦粉携带量带来不同的影响，从而可以优化消泡剂加注操作，在焦炭塔不同的生焦阶段采用不同的助剂单耗加注方式，降低装置焦粉携带，满足装置的长周期运行。

2 焦炭塔泡沫层的形成：

延迟焦化工艺中，原料在加热炉中被快速升温到近495℃左右后，立即进入焦炭塔，在塔内发生剧烈的热裂化及缩合反应。裂化反应生成油气，缩合反应生成焦炭。生焦过程中，许多中间产物都是高黏度的树脂状物质，这些物质在油气的鼓动下，会形成暂时稳定的气液分散体系，即泡沫层。随着原料的持续输入，热反应不断进行，新生成的油气不断进入中间产物进行“鼓泡”，而在泡沫层顶端则不断发生“破泡”。在一定条件下两者达到动态平衡，从而使泡沫层维持在稳定的高度。同时，中间产物继续发生深度缩合，最终生成焦炭沉积在塔的下部，所以泡沫层会始终位于焦炭层的上方。从进料开始到进料停止后的一段时间内，焦炭塔内都会存在一定厚度的泡沫层。[1]

3、降低泡沫层的方法：

3.1、提高反应温度：

加热炉出口温度即反应温度对泡沫层有重要影响，提高反应温度能够提高焦化反应深度，可以使泡沫层在高温下充分反应并生成焦炭，从而使泡沫层降低。提高加热炉温度虽然能够降低泡沫层高度，但是受原料性质和加热炉负荷影响较大，太高的反应温度容易导致焦炭过硬不容易除焦，同时原料性质差时容易生成弹丸焦。在装置末期，由于炉管结焦，加热炉负荷上涨，在加热炉满负荷情况下，提高反应温度造成装置降量。

3.2 提高反应压力：

焦炭塔顶压力对焦炭塔内泡沫层的影响首先是一个物理破泡的过程。塔顶压力增加，气泡形成的难度增大，同时已形成泡沫层中的气泡受外压影响，也变得容易破碎，从而使得泡沫层高度降低。其次，增大塔顶压力会使得塔内焦炭中滞留的重质烃类增多，气体产物在塔内停留时间延长，增加了二次反应的机会，从而使焦炭的产率增加，气体产率也略有增加，以上液体产品收率下降，即相对油气量下降，也会使得泡沫层降低。[1]

3.3 循环比：

循环比对泡沫层的影响相对显著。循环比增大，相当于稀释了焦化原料，降低了焦化进料的黏度，致使泡沫层高度降低。但是过高的循环比，会降低液体收率，提高焦炭收率，降低整体效益，同时过高的循环比又造成加热炉负荷增加，降低装置整体加工负荷，提高了装置能耗。

3.4 加注消泡剂

为有效的抑制泡沫层，目前焦化装置采用注消泡剂的方法。合理的注入消泡剂，能降低泡沫层高度2～6m，大大提高了焦炭塔的容积利用率，减少焦粉携带。消泡剂是一种表面活性物质，具有分散性好、性质稳定和不溶于起泡介质等特点，其作用机理是消泡剂以液滴形式进入泡沫膜后，降低局部界面张力，引起膜表面张力不均匀，从而促使泡沫层的破裂。[1]通常有无硅消泡剂和低硅消泡剂，而低硅消泡剂效果优于无硅消泡剂。

由于焦炭塔内泡沫层高度和焦炭高度无法直观体现，只能依据种子料位计显示数值大体判断焦炭高度和泡沫层高度，因此，加注消泡剂后的实际效果不容易标定。目前消泡剂加注量根据进料量来确定，正常加注量在15-30PPm，采用焦炭塔顶加注，正常加注方式有两种：

一是：采用连续加注形式，在整个生焦周期内都进行加注消泡剂，即从焦炭塔进料开始，在塔顶注入消泡剂，在生焦结束，切换至另一个焦炭塔生焦后，停止本塔消泡剂加注，改到另一个生焦塔加注。以加注量20ppm、每小时进料量150吨、24小时生焦周期计算，此种方法消泡剂加注量为3kg/h。此种方式平均加注量小，而且无法通过料位情况查看消泡剂的实际使用效果，只能通过后路柴油、汽油焦粉携带以及分馏塔带焦粉情况判断消泡剂效果，比较滞后，且无直观的指标。

二是：采用间断加注形式，即在焦炭塔起中料位后开始加注消泡剂，待本塔生焦结束后停止加注。正常情况下，焦炭塔中料位在生焦18小时左右起料位。以加注量20ppm、每小时进料量150吨、24小时生焦周期计算，此种方法消泡剂加注量在12kg/时，相较于连续加注，平均每小时加注量大，消泡效果更佳。

间断加注方式可以采用以下方式判断消泡效果：

第一种方式：中料位由8%以下起到25%时开始加注消泡剂并记录时间，消泡剂加注后，中料位降至

8%以下，直到中料位再次上涨至25%时计算时间，从加注到再次起料位至25%的时间为消泡时间，消泡时间长，则消泡效果好；消泡时间短则消泡效果差，正常确定消泡时间为2小时。

此种方式虽然能够起到监控消泡效果的情况，但存在的问题是：为了满足消泡时间2个小时的要求，厂家指导消泡剂加注量在加注前两个小时最大量加注，两个小时后逐渐关小消泡剂加注量，以满足消泡时间2个小时且总加注量不超20ppm的要求。此种方式有两个问题，一是随着生焦周期延长，焦炭塔内焦层及泡沫层高度都上涨，导致生焦后期消泡剂加注量小，消泡效果差，焦粉携带至分馏塔，影响长周期运行。二是原料性质变化及操作参数变化对泡沫层高度都有影响，同种消泡剂在不同原料性质下的消泡时间不同，最终影响消泡时间2小时的判定。

第二种方式：考核加注消泡剂时的消泡效果和分馏塔底循过滤器清理频次（清理频次代表油气焦粉携带量的多少）。消泡效果考核方式为：焦炭塔中料位上涨至25%时，加注消泡剂，加注后中料位能够下降至8%以下，则说明消泡剂消泡效果良好。然后车间根据生焦时间逐渐提高消泡剂加注量，直至生焦结束切换至另一台焦炭塔。消泡剂的总加注量控制在20ppm以下。分馏塔清理频次高低直接反应了焦炭塔油气携带焦粉量，清理频次高，则携带焦粉量大，说明消泡效果差，清理频次低，则携带焦粉量小，说明消泡效果好。某公司控制分馏塔底循过滤器清理频次不低于15天/次，且清理时焦粉不满，管线中无焦粉为标准。

通过两种方式对比，第二种方式明显优于第一种方式，且减少了减分携带。通过此种方式优化，某公司150万吨/年延迟焦化装置由控制消泡时间两小时改为控制分馏塔底循过滤器清理频次的方式，最终分馏塔底循过滤器清理频次由10天/次下降至15天/次，减少了焦粉携带。

4 结束语

延迟焦化装置在生焦期间形成泡沫层对装置的长周期运行有较大影响，而加注消泡剂能够有效控制泡沫层的高低。通过对比发现采用“中料位上涨至25%时加注消泡剂，加注后中料位能够下降至8%以下，则说明消泡剂消泡效果良好；分馏塔底循过滤器清理频次不低于15天/次，且清理时焦粉不满，管线中无焦粉为标准”能够较好的考核消泡剂的加注效果，同时能够优化装置消泡剂加注操作，减少焦炭塔油气焦粉携带。

参考文献

[1] 孙汉华、叶虹、郭凯黎、王宗贤、郭爱军 延迟焦化工艺中泡沫层形成与抑制的研究进展 炼油技术与工程 01卷 第11期