催化裂化裝置的抑焦阻垢運行優化

李　群，王春柱

(1.中國石化武漢分公司武漢石化廠聯合二車間，武漢430082；2.金浦新材料股份有限公司，南京210047)

武漢石化分公司Ⅰ催化裂化裝置(簡稱Ⅰ催化裝置)始建于1975年，原為加工能力60×104t/a的蠟油催化裂化;1987年引進Stone & Webster公司的技術，改造為加工能力100×104t/a高低并列兩段再生的重油催化裂化裝置，此后，對下游各系統進行了相應的擴能改造。裝置主要由反應再生器、分餾、吸收穩定、脫硫、脫硫醇和兩機單元組成，以減壓蠟油、焦化蠟油和減壓渣油為原料，生產出液化氣、汽油、柴油和油漿等產品。

隨著原油質量的變重變差,石油加工條件也變得更為苛刻,石油加工設備和管道的結垢問題日益突出。作為主要二次加工裝置的催化所用原料也變得越來越復雜,油漿中芳烴、稠環芳烴含量增加,致使摻煉重油的FCC裝置結焦和積垢現象嚴重,催化裂化設備表面上沉積的由碳氫組分構成的垢物,不僅增加熱阻，降低傳熱效率,而且粘附在管道、容器表面,粘阻濾網、旋塞和擋板,引起流道變窄,導致動力消耗增加,甚至造成非計劃停車,使生產造成嚴重損失。換熱器清洗頻繁,裝置運行周期明顯縮短,能耗增加,處理量降低,輕油收率減少,經濟效益明顯下降,因此,FCC裝置油漿系統結焦和積垢問題已成為制約FCC裝置長周期運行的主要問題。為此,國內外進行了廣泛的研究,提出了一系列減少結垢的方法,如改變操作條件,改進設備,在加工設備和管道時對其內表面進行化學鈍化處理等。但是這些方法都有局限性,未能從根本上抑制結垢的產生。隨著對結垢研究的深入,開發出了抑制結垢的阻垢劑，用阻垢劑來抑制石油加工設備和管道結垢，此方法簡便、有效、經濟,在國內外得到了廣泛的應用。

1　油漿系統概況

Ⅰ催化裝置2013年2月19日出現油漿下返堵塞現象。通過調整旋分器入口線速，降低輕柴油干點，將部分柴油壓入油漿系統，降低油漿的黏度，加大油漿外甩。為了在下返流量較低的情況下控制塔底溫度，還通過沖洗油注入油漿循環線的方式降低油漿返回溫度。

為了維持生產，裝置除了操作上采取以上措施外，還緊急使用NS-130油漿阻垢劑，改善了油漿系統的結焦狀況。

2　NS-130油漿阻垢劑的使用情況

2.1　結垢原因

無機垢的形成原因有2個：一是催化劑雜質顆粒的沉積；二是鹽類的析出。其主要受油料性質和流速的影響。

有機垢的形成比較復雜，一般是由氧引發的聚合反應，以及多環烴類、膠質、瀝青質的脫氫縮合反應形成的。氧可以引發自由基，從而發生氧化鏈反應，使油漿中的烯烴發生聚合，油漿中的金屬離子又能加速鏈增長反應。

同時油漿中的多環芳烴、膠質、瀝青質在催化裂化油漿系統較高的溫度下，在油漿中的過度金屬的催化作用下發生脫氫縮合反應，生產焦炭，吸附在設備表面。

有機垢與無機垢的形成是相互促進的，有些無機垢對有機聚合物的形成起到不可忽視的催化作用。而有機聚合物具有黏附性，能加速無機垢顆粒的沉積聚集。

2.2　油漿阻垢劑的作用機理

NS-130阻垢劑是由分散劑聚異丁烯丁二酰亞胺及抗氧劑、清凈劑、金屬鈍化劑、防腐劑等組分配置而成。

NS-130阻垢劑不僅具有良好的增溶分散作用，使小垢粒增溶于油漿，不至于聚集長大、沉積；具有阻斷自由基聚合反應的能力,能與有關反應中間體形成惰性分子,從而阻止聚合反應的發生；具有鈍化金屬的功能，使金屬及其化合物失去對自由基聚合反應的催化作用；能在金屬表面形成一層保護膜，防止積垢在其表面形成；并且還具有供氫劑，可有效抑制烯烴或芳烴的脫氫成膠傾向，從而達到抑焦阻垢的目的。

新型的NS-130阻垢劑具有:油溶性好、黏度小、易流動、便于使用;不含金屬元素，對后序加工工藝和產品性質不會產生不良的影響,在使用溫度下不易分解等優點。

表1　NS-130油漿阻垢劑質量指標

3.3　油漿阻垢劑的注入流程

Ⅰ催化裝置分餾塔流程為油漿自分餾塔底進油漿泵后出來分2路。一路經油漿蒸汽發生器產生1.0 MPa蒸汽后，分2部分循環返回分餾塔油漿上、下返回口，控制一層溫度和塔底溫度；另一路經水箱冷卻后外甩。

裝置在開工狀態下臨時增加了加注油漿阻垢劑流程。

Ⅰ催化裝置將原配制緩蝕劑的D207/1改為油漿阻垢劑儲罐，并將緩蝕劑泵臨時改造為阻垢劑泵，泵出口增加至分餾塔油漿抽出口吹掃蒸汽排凝的流程，另外增加油漿阻垢劑稀釋柴油流程。裝置停工后我們準備將加注口改至油漿返塔線上，以減少阻垢劑的損失，最大效益地發揮阻垢劑的作用。

具體加注流程見圖1。

圖1　油漿阻垢劑加注流程

3.3　油漿阻垢劑的注入量

根據阻垢劑的阻垢機理以及阻垢劑的使用技術要求，循環油漿中阻垢劑的濃度在100×10-6左右能達到較好的使用效果。阻垢劑添加方法如下。

加劑速度：快速加入階段：第1～45天，加注量7.5 kg/h；平衡加入階段：從第46天起，加注量3.75 kg/h。

3　加劑效果評價分析

從2013年2月19日，Ⅰ催化裝置開始持續出現分餾塔油漿下返量減小，塔底溫不斷上升的現象，通過開大下返手閥，效果不大，判斷下返分布環可能存在堵塞現象。經多方頂油處理，效果不佳。因油漿下返塔流程不暢，同時油漿上返塔無閥門進行流量控制，導致油漿上返量過大，反應油氣熱量被攜帶至分餾塔底部，導致底溫超標且分餾塔二層及以上塔盤熱量不足。為維持操作，車間被迫不斷降低油漿循環量。

油漿下返分布環不暢，導致分餾塔底溫難以控制，塔底結焦傾向增加。為了解決油漿系統結焦現象，公司在Ⅰ催化裝置加注油漿阻垢劑，確保油漿系統正常運行。Ⅰ催化裝置油漿阻垢劑流程施工完成后，從2013年7月15日開始加注阻垢劑。

3.1　油漿循環量變化情況

分餾塔塔底油漿循環量主要根據分餾塔的進料負荷、過熱油氣攜帶的催化劑含量、過熱油氣帶入分餾塔的熱量來進行調節，確保油漿循環可以將反應油氣中攜帶的固體催化劑洗滌下來，并能通過循環取熱控制分餾塔底的氣、液相溫度。油漿系統結焦后，換熱器及管線的流通面積減少，直接影響油漿循環量的正常調節。

裝置使用油漿阻垢劑前，分餾塔的油漿下返出現堵塞現象，油漿下返流量最低只有40 t/h，分餾塔底超溫。阻垢劑應用后，裝置加工量及反應深度變化不大，但油漿下返塔流量逐步回升，最后回升到120 t/h的正產流量，說明油漿下返管線暢通，可以初步判定NS-13油漿阻垢劑在防止結焦方面起到了一定的作用。

3.2　油漿系統換熱器運行情況

油漿阻垢劑應用前，油漿系統換熱器結垢現象比較明顯，循環油漿返塔溫度調節不靈敏。油漿阻垢劑應用后，各換熱器換熱溫差均有所提高，油漿蒸發器的產汽量增加1.2 t/h。油漿阻垢劑加放前后運行情況見圖2、圖3和圖4。

圖2　分餾塔底溫度趨勢(TI217-第2層溫度,TI219-第1層人字板溫度,TI221-塔底溫度)

從圖2的趨勢來看，加注油漿阻垢劑19天后，分餾塔的一、二層溫度及塔底溫度變化趨勢波動幅度逐漸減小。從圖3溫度趨勢可以看出,加注油漿阻垢劑后，油漿系統的產汽量波動逐漸減小，油漿循環溫度趨于平穩。

圖3　油漿系統溫度趨勢

由此說明油漿系統結垢現象逐步緩解，油漿系統循環正常，循環量逐步恢復到正常流量，油漿換熱器運行正常。

3.3　油漿質量變化情況

由圖4可以看出，新型油漿阻垢劑應用前后，油漿灰分及密度變化不大，其分析數據都維持在正常的要求指標內，因此新型NS-130油漿阻垢劑對油漿的質量影響不大。

圖4　油漿阻垢劑應用前、后油漿性質變化趨勢

4　結論及建議

1)為了減少催化裂化油漿系統設備的積垢，最經濟有效的辦法是在原料油品中添加微量高效的阻垢劑，這不僅能抑制油垢的生成，且不需停車加入，并且對整個系統均起作用。

2)從近期使用的效果看，新型NS-130油漿阻垢劑有良好的抑制油漿系統結垢的作用。

3)新型油漿阻垢劑的注入量應視塔底溫度、油漿固含量、油漿密度而定；隨著塔底溫度升高、油漿固含量上升和油漿密度的增加應適當增大阻垢劑加入量。

4)針對Ⅰ催化裝置的使用情況，還需不斷摸索優化，在保證不結焦條件下，合理降低新型油漿阻垢使用量。

[1]劉國梁，梁文堅．催化裂化油漿系統結垢研究[J]．石油煉制與化工，1999，30(6)：61-64.

[2]袁曉云，韋勇，趙飛．全減壓渣油催化裂化分餾塔油漿系統結焦控制對策[J]．煉油技術與工程，2009，39(8)：25-27.