某重油催化裂化裝置結焦原因分析及其預防應對策略

劉忠宇

摘要：本文以某石化公司1.2Mt/年重油催化裝置為例，就其運行過程中出現的裝置提升管、沉降器、分餾塔底和油漿循環系統結焦問題進行了原因分析，并提出了針對性的預防應對措施。

關鍵詞：重油催化裂化裝置；結焦原因；預防應對措施

1.裝置結焦概況

該裝置開工運行兩個月后由于分餾塔底結焦，油漿泵出現抽空，經反復調節無效后，裝置被迫停工。停工檢查發現：

（1）分餾塔底嚴重結焦，塔底幾乎全部充滿了焦碳，只有油氣入口處和靠近分餾塔攪拌蒸汽入口處的塔壁有空隙。分餾塔板一層焦厚300-400mm，二層200-300mm，多塊塔板被壓彎變形，還有兩塊板脫落。

（2）油漿循環下返塔、油漿回煉線、提升管噴嘴預熱線及反應集合管處分餾塔底補油線被堵塞，堵塞物為黑色半固狀體。經做苯溶解和苯不溶物灼燒后，Al2O3含量分析結果為苯溶物49%，苯不溶物為51%，Al2O3含量為4.3%（m），推算結果約含催化劑15%左右。

（3）油漿/原料換熱器堵塞嚴重，且油漿系統調節閥磨損嚴重。

（4）裝置停工檢修期間檢查發現提升管噴嘴上方1m處有大量硬質焦塊，該部位人孔全部堵死。沉降器頂有大量焦塊，防焦蒸汽環管大部分被埋死。沉降器旋分器升氣管外壁有大量硬質焦塊。

2.結焦原因分析

2.1分餾塔底與油漿系統結焦

導致分餾塔底與油漿系統結焦的因素較多，其中油漿的化學組成、分餾塔底和油漿系統的操作條件（如：分餾塔底液面、溫度、催化劑固體含量、工藝管線和換熱器管束流速等）是主要原因，此外，還與事故狀態下的應急處理方式、分餾塔底結構形式等有關。

為提高裝置負荷將部分性質惡劣的原料油大量供給重催，為提高裝置輕質油收率，采取油漿部分回煉，直接導致油漿性質惡化，油漿比重長期在1.05～1.1g/cm3運行；操作上，分餾塔底溫度控制過高，油漿泵單臺運行，循環量只有350t/h，油漿循環系統流速只有不足1.0m/s；為降低能耗，大量限制反應系統各部蒸汽，低負荷運行時沉降器旋分器偏離允許運行工況，導致油漿固含長期超標，這都加劇了分餾塔底與油漿系統結焦的速度。

2.2提升管結焦

提升管進料噴嘴上方結焦與進料性質、噴嘴形式、霧化效果、進料段溫度、催化劑類型、劑油接觸的流動狀態等有關。原料和熱再生催化劑能否完全汽化接觸與原料油是否有效霧化及汽化有關。沒有汽化的組分基本上沒有轉化。劑油不能在最短時間內混合均勻及催化劑滑落反混嚴重都會影響影響原料與催化劑間的傳質和傳熱，如果產生渦流和滯留區，還將增加催化劑上的積炭，導致提升管局部掛焦。因此，減少提升管結焦的關鍵是最大限度改善原料性質；選擇高效噴嘴，提高霧化效果；選擇重油裂解能力好的催化劑。

2.3沉降器及旋風分離系統結焦

沉降器結焦物質主要特征象“鐘乳石”懸掛在沉降器和旋風分離系統的死區。這些“鐘乳石”說明結焦物質形成前是可流動的粘稠狀“液體”；此外，還有部分焦塊呈現出明顯的分層，分層數量與裝置切斷進料或操作的大幅度調整次數基本吻合，說明緊急停工和操作的大幅度調整也是造成沉降器及旋風分離系統結焦的原因之一。

3.改善和預防裝置結焦的措施

3.1分餾塔底與油漿系統

（1）增加回煉油與油漿攪拌和回煉油進油漿上下返塔的流程，防止油漿系統運行故障狀態下油漿攪拌和上下返塔中斷。

（2）將塔底孔狀過濾改為格刪狀，高度由500mm加高到1500mm，以減少焦粉進入油漿循環系統。

（3）縮短分餾塔底停留時間。

（4）提高油漿循環量，增大循環系統流速。

（5）嚴格控制分餾塔底液相溫度。

（6）控制適宜的油漿外甩量。

（7）嚴格控制油漿阻垢劑的加入。

3.2篩選適宜的催化劑，控制平衡催化劑活性

根據原料性質的變化，重新篩選了適宜的裂化催化劑，并更加注重催化劑的重油裂解能力和在抗重金屬污染方面的性能，實際使用證明，產品分布得到改善，油漿和干氣產率明顯下降。

實際生產中注意控制平衡催化劑的活性在58%以上，盡可能保持催化劑比表面積在90以上。

3.3采取原油分儲分煉措施

對進廠原油最大限度采取分儲分煉措施，使重催原料性質盡可能得到改善，根據原料構成及時調整反應條件，適當加大催化劑的置換量，減少液體焦的生成。

3.4優化反—再運行參數

（1）控制適宜的反應溫度。

（2）降低反應回煉比。

（3）控制適宜的進料溫度。

（4）提高反—再系統蒸汽用量。

3.5優化提升管進料分布

（1）將新鮮原料與回煉油分層進料。

（2）提升管注終止劑。合理的終止劑注入位置和注入量可以有效減少二次反應的發生，特別是減少了生焦的縮合反應和生成干氣的裂化反應；注入終止劑后，提升管出口溫度的降低也會使易結焦的組分提前吸附到催化劑上，進入再生器，減少沉降器及后部系統的結焦。

3.6選用高效進料噴嘴

化性能好的噴嘴可使原料平均霧化粒徑小于催化劑的平均粒徑，有效改善油劑接觸效果，改善產品分布，減少生焦和結焦。為此重催裝置將靶式噴嘴全部更換為新型高效霧化噴嘴后，不僅產品分布得到改善，原料噴嘴上下部溫差由原來的100℃提高到150℃。

3.7采用高效汽提技術

汽提段環行擋板的下方易成為“死區”，油氣易在該部位結焦，重催裝置將原汽提段改造為高效汽提，汽提蒸汽分上、中、下三層進入，減少了結焦產生

3.8改造自保系統

以往該重催裝置自保系統存在以下問題：

（1）自保系統中部分關鍵的控制閥（原料進料控制閥、和油漿回煉控制閥、終止劑控制閥、干氣預提升控制閥、回煉油回煉控制閥）和滑閥（半再生滑閥、外取熱器下滑閥）沒有與自保系統進行聯鎖。

（2）自保系統的邏輯設定參數少且邏輯不夠嚴密，自保系統不能投入自動狀態，在自動狀態下，容易產生誤動作引起事故。

（3）自保系統啟動時間比較滯后。切斷進料后各自保動作時間為20～30秒，存在由于操作人員判斷不及時造成延誤事故處理最佳時機以及發生次生事故的重大安全生產隱患。

為此針對上述問題進行了改造：

（1）增加自保啟動的限定條件，修改原設計的邏輯關系。

（2）新增氣壓機、差壓和提升管進料調節閥等多項自保聯鎖系統。

（3）對主風自保啟動條件邏輯關系進行修改。

（4）改變原料自保、差壓自保、提升風自保啟動邏輯關系，解決在主風自保沒有啟動的狀況下，上述自保不能獨立自動啟動的難題。

通過自保系統改造，不僅全部投用自動，而且響應時間縮短為8～10秒。

3.9改造反—再蒸汽系統

將反—再系統使用的1.0MPa飽和蒸汽改為使用裝置自產過熱1.0MPa蒸汽，有效改善原料霧化效果、汽提效果、防焦蒸汽使用效果。在沉降器頂部使用過熱蒸汽，減少了“死區”的冷凝結焦。

4.結語

催化裂化裝置特別是重油催化裝置的結焦問題不同程度存在，本文中該石化重催裝置不斷在生產實踐中總結經驗，吸收消化同行業的先進做法，通過持續的技術改進，加強生產技術管理，逐漸摸索出一套成熟的預防和抑制催化裂化結焦發生的做法，因此，結焦問題也是很大程度可以緩解的。

參考文獻：

[1]劉建立.催化裂化裝置預防結焦問題綜述[J].中國石油和化工.2017，13（5）：26-28.