论尿素脱蜡装置长周期运行和发展的生产工艺优化及对策

宋琦

摘要：尿素脱蜡工艺曾被誉为石油工业的“五朵金花”之一，已有五十多年的历史。装置以大庆常二线馏分油为原料，生产300#重液体石蜡和-35#柴油，二者均为高附加值产品。每年至少需要向部队提供4-5万吨-35#军备柴油，高纯度的重液体石蜡更是国内市场的紧缺产品。

最近两年尿素脱蜡产品质量不合格次数较多，不合格项目主要为液体石蜡芳烃含量和-35#柴油凝固点。2019年液体石蜡芳烃不合格140次，-35#柴油凝点不合格65次;2020年车间控制指标液体石蜡芳烃不合格（以大于0.8%计）227次，-35#柴油凝点不合格 221次;2021年1-10月份车间控制指标液体石蜡芳烃不合格（以大于0.9%计）420次，-35#柴油凝点不合格 224次;对产品效益有一定影响。

因此有必要对尿素脱蜡生产数据进行分析，找到产品不合格原因，并优化工艺条件。

一、影响液蜡收率和液蜡质量的因素

1.1温度

尿素脱蜡的优点之一就是脱蜡过程可以在不高的温度下进行，提高温度会提高反应产物的互溶性，降低其混合物的粘度，有利于输送，但是由于过程平衡常数增大，络合物发生了分解，使液蜡收率降低，因此为达一定的脱蜡深度，必须降低反应温度。

1.2异丙醇

异丙醇能很好地溶解油品，使尿素与正构烷烃在反应混合物中形成很好的分子接触，便于分子重新排列，加快传质、传热，加快反应速度，有利于输送。异丙醇能减少络合物固体表面被水覆盖的面积，使络合物呈良好的分散状态，有利于络合物与脱蜡液的分离;异丙醇能阻抑反应的杂质吸附在络合物表面，有利于反应进行，防止尿液老化;异丙醇还可以降低尿液饱和度，减少尿素分解损失。控制好尿液中异丙醇浓度有助于发挥其上述作用。异丙醇量过低时，则不能很好发挥其上述作用，容易使脱蜡油凝固点不合格;过高时会使液蜡芳烃不合格，并且使蜡液和脱蜡液中所夹带的尿素和异丙醇量增加，也会造成尿素损失增大，异丙醇回收系统负荷增加，能耗升高。当异丙醇量超过一定程度时，尿液中尿素与异丙醇会分层，异丙醇不但起不到上述作用，还会抑制络合反应进行，同时使柴油和液蜡质量不合格。因此，控制好异丙醇的含量是相当重要的，当尿液中尿素和异丙醇的浓度低时，应按下面公式进行补浓，来保证尿素和异丙醇的浓度。

1.3尿油比

尿油比是尿液和原料的重量比，它是装置参考的一个重要指标，合适的尿油比既能保证一定的脱蜡深度，又能降低能耗。尿油比过大时，由于尿液中提供的尿素分子多，脱蜡深度深，容易造成液蜡芳烃不合格，而且增加了反应器的热负荷，不利于反应终温的降低，尿素损失大，且不利于操作;尿油比过小时，由于尿液中提供的尿素分子少，脱蜡深度浅，容易造成脱蜡油凝固点不合格。选择合适的尿油比要根据原料中的正构烷烃的含量和尿液中的尿素浓度而定。

1.4原料

原料中胶质、含硫化合物、环烷酸和原料被空气氧化的产物和尿素分解产物，都是络合反应的阻化剂，特别是胶质，阻化作用特别明显。因此必须从原料中脱除或降低其含量。另外，决定液蜡收率最主要的指标就是正构烷烃含量，表1为不同正构烷烃含量下的液蜡收率。

1.5洗油

在实际脱蜡过程中，冷分离条件下，络合物中含一定的脱蜡油（含芳烃），同时尿液中也溶解着一定的脱蜡油。络合物的热分解使较多的脱蜡油进入蜡液中，降低了液蜡质量。因此必须用洗油对络合物进行洗涤，除去脱蜡油，提高液蜡质量。洗油量的调节要根据原料量调节，洗油量大，根据质量作用定律，从而在不高的温度下就能使络合物分解，有时甚至使脱蜡油、尿液和络合物三者形成稳定的乳化液，使络合物难以分离。洗油量小，接触机会少，有的络合物表面洗不到，洗涤效果变坏，而且对饱和尿液中醇的抽提量减少，液蜡芳烃含量增大。最佳的的洗油比为1：1。但目前我装置加工量增大，相应柴油产量也大，若按洗油比1：1的比例进行洗涤，则油蒸馏塔（未进行改造）根本不能满足这么大的负荷，根据目前的实际情况洗油比控制在1：0.7--0.8。洗油的质量对洗涤效果也有很大影响，洗涤馏分的初馏点越低，则洗涤的质量越好，但这时夹带的异丙醇量会增加，尿素损失大，因此初馏点也不能过低;洗涤馏分的终馏点越高，则络合物洗涤越好，因而液蜡质量也越高，但是洗涤馏分的终馏点受液蜡的初馏点限制，不能过高。合适的洗油应该是HK≮125℃，KK≮165℃。

1.6-35#柴油凝固点不合格原因分析

-35号柴油凝点不合格一般是因为蜡含量高，脱蜡深度不够;脱蜡深度与尿油比、反应终温、尿液组成中异丙醇和尿素浓度有关。尿液组成中尿素和异丙醇含量越高，尿油比值越大，反应终温越低，络合反应越深，柴油凝点越低。

每年反应终温变化趋势一致，表4数据表明，尿油比变化不大。2014-2018年脱蜡深度大致相同，柴油凝点不合格项次少。2019-2021年尿液组成中尿素和异丙醇含量降低，脱蜡深度明显变浅，柴油凝固点和液蜡芳烃不合格项次同时增多。

二、对策探讨

2.1原料优化

（1）尿素脱蜡装置效益主要取决于原料正构烷烃含量，原料正构烷烃越高，生产液蜡质量越好收率越高，尿素脱蜡装置最好的生产原料为大庆原油。随着分公司代炼外油逐年增加，大庆原油组分逐渐降低，原料中含蜡量下降，造成车间液蜡产量下降，效益降低;装置优化方向选择含蜡量多的原油生产，或者对处理原料进行加氢精制，提高原料中正构烷烃含量，不仅可以提高液蜡收率，还可以降低液蜡中易被氧化的不饱和烃类的组分，提高液蜡质量。

（2）根据原料性质、生产状况及时调整尿液组成，抓住生产的主要环节，尽量减少生产波动。

（3）在保证产品质量的前提下，适尽量加大脱蜡深度，提高液蜡收率。

2.2络合物逆流洗涤优化

低比例掺炼外油即原料中芳烃含量不太高时，车间调整尿液组成，降低脱蜡深度，在-35#柴油凝固点合格基础上少产液体石蜡为代价，可以实现液体石蜡芳烃合格。

但原料油中芳烃含量超过装置能力范围，如2020年1月-2月15日，大庆油混输俄油比例增加至20%，掺炼萨-马原油比例36%时，现有装置设备和工艺条件下，液蜡芳烃合格和柴油凝固点都不合格，芳烃洗涤工艺成为制约生产的关键因素。

三、结论

通过以上的讨论，在新的生产条件、新的原料下，应采取以下措施来提高液蜡质量和收率：（1）优化原料，提高原料中正构烷烃含量，最好的方法是原料加氢精制方法，它不仅能有效地提高液蜡收率，而且由于降低了液蜡中易被氧化的不饱和烃类的组分，提高了液蜡质量。

（2）柴油凝固点与脱蜡深度正相关;液体石蜡中芳烃含量与原料油中芳烃含量正相关性最强，即与掺炼原油品种及比例相关联。原油品种变化后分罐储存，做好掺炼原油品种和比例台帐;并增加原料油芳烃和正构烷烃含量分析，及时指导生產;（3）合适的洗油比和洗油质量是在现有工艺条件下保证洗油质量的主要手段，合适的洗油应该是HK≮125℃，KK≮165℃。（4）锦西石化尿素脱蜡装置瓶颈问题为芳烃洗涤过程，借鉴沈阳蜡化厂经验，提高洗涤段数，增加络合物在沉降洗涤系统中的停留时间，是锦西石化尿素脱蜡装置面临原料变化，保证产品质量稳定最有效的手段之一。同时改造后车间提高处理量，能持续生产出高质量的产品，一定会为企业带来显著的经济效益。