重油催化裂化裝置結焦成因及解決策略

王蓬勃

摘 要：隨著原料的重質化、劣質化，催化裂化裝置和管線結焦已成為制約催化裝置長周期平穩運轉的重要因素之一，更重要的是這種產生在設備上的焦塊會給裝置的安全生產帶來嚴重的隱患。由于結焦而導致的非計劃停工給煉廠也帶來巨大的經濟損失，因此，抑制或減少設備和管線的結焦已成為重油催化裂化裝置十分迫切的技術要求。本文對勝利石化總廠600kt/a重油催化裂化裝置的操作狀況和設備結焦原因進行分析，針對裝置操作現狀提出抑制或減少設備結焦的措施。

關鍵詞：重油催化裂化裝置;設備結焦;技術要求;措施

1原料性質和主要操作條件

1.1 典型原料的性質和組成

勝利石化總廠主要加工中間基勝利原油，原油性質較差。重油催化裂化裝置的原料主要為常壓渣油，其中大于500℃的減壓渣油餾分占62.0%。由于催化裂化原料的密度大、餾分重、殘炭和重金屬含量高、飽和分含量低而膠質和瀝青質含量高。因此，該常壓渣油的裂化性能較差，裂化后焦炭產率高，這將使設備更易結焦，從而對生產產生不利影響。

1.2 主要操作條件和產物分布

勝利石化總廠催化裂化裝置的主要操作條件見表1。產物中裂化氣、汽油、輕柴油、油漿和焦炭含量分別為14.54%，40.25%，29.17%，6.10%，8.93%。

2結焦物分析

2.1 結焦物的組成

勝利石化總廠重油催化裂化裝置的結焦主要發生在提升管噴嘴上方區域、沉降器頂部、轉油線和分餾塔入口等部位。其中，提升管噴嘴上方區域和轉油線的焦塊質地堅硬。對各部位的結焦物進行分析。其中，采用元素分析儀測定碳、氫、氮的含量，采用管式爐法測定硫含量，灰分經由馬弗爐高溫灼燒（900℃下3h）得到。從分析結果可知，結焦物中灰分含量較高，不同部位的結焦物其灰分含量不同，大致為30%～70%，其他主要為碳、氫、氮和硫等元素，這些元素都是催化裂化原料本身所含的元素，其中含量最多的是碳，若扣除灰分，純焦的碳含量均在93%以上。因此，結焦物的氫碳質量比很低，為0.027～0.050，這說明焦的縮合程度很高，是一種高度碳化的焦炭。

2.2 結焦物中的灰分

將各部位結焦物的灰分和平衡催化劑用D/max-ⅢA型X-衍射儀進行晶相分析。結果表明，灰分中主要組分的晶相特征峰與平衡催化劑的晶相特征峰一樣，為分子篩和Al2O3晶相，其他則為各種金屬或金屬氧化物晶相特征峰，這是由催化原料中的金屬轉移到結焦物中所致。

3結焦原因分析及抑制措施

3.1 提升管噴嘴上方區域

從提升管噴嘴上方區域處結焦物的組成來看，灰分占63.16%，其中大部分是催化劑組分，因此，催化劑在提升管噴嘴上方區域的流動狀況好壞是該區域結焦的重要原因。從結焦物中含有大量的催化劑可以判斷出焦炭的前身物應具有很強的粘附性，能粘住催化劑顆粒。因此，焦炭的前身物應是沒有完全汽化的液相組分，而且它能夠穿透快速上升的催化劑層最終在對面的管壁上結焦。即提升管噴嘴上方區域所結焦炭大部分應是由未能汽化的原料重組分縮合而成的，小部分可能是由反應產物在該區域繼續縮合反應而成的。根據以上分析，抑制或減少提升管進料噴嘴上方區域結焦的關鍵在于提高催化裂化進料的汽化率和改善催化劑的流動狀況，以保證催化劑有合適的預提升線速和密度。針對裝置的操作狀況，可以從以下幾個方面進行改進：

（1）提高霧化蒸汽量和過熱程度。提高霧化蒸汽量可以降低油氣分壓，明顯改善原料的霧化效果和汽化率，這既能改善反應和產物分布，又能減少設備的結焦程度。

（2）適當降低二再的溫度以提高劑油比。雖然高再生溫度有利于提高燒焦效果和再生劑的微反活性，但對于重油催化裂化，再生劑溫度過高，則使劑油比偏小，不利于原料的汽化。根據熱平衡計算，裝置的劑油比為5.81，對于重油催化裂化，劑油比偏低。因此，在保證再生劑含碳量為0.04%～0.10%的前提下，應適當降低二再溫度，提高劑油比。

（3）改善進料性質和提高原料預熱溫度。對于具體的催化裂化裝置來說，催化裂化原料的組成是相對固定的，因此，可以采用乳化進料技術。利用重油乳化燃燒過程中的“微爆”理論，在催化進料中加入一定比例的水和乳化劑，在乳化劑和剪切力的作用下，水以1～5μm液滴的形式均勻地分散在油中，形成穩定的油包水型乳狀液，通過爆破霧化方式，提高進料的霧化效果和汽化率。

（4）保持適宜的催化劑預提升線速和密度。在進料噴嘴下面設置合適高度的預提升段，以加速并整流熱催化劑，減少回流，強化對進料油的傳熱，改善初始反應，減少管壁結焦和催化劑上的生焦。

3.2 轉油線

轉油線結焦物主要分布在沉降器頂管線、油氣線向下直拐的部位及進分餾塔口四周。流經轉油線的介質是催化裂化反應后的高溫氣體和少量未被旋分器分離的固體催化劑粉末。其中，高溫油氣中除了裂化氣、汽油和柴油等輕質組分外，還有相當一部分富含重芳烴、膠質及瀝青質的回煉油和油漿，而且回煉油和油漿中的重組分在性質上與催化裂化原料中的膠質、瀝青質差別很大。這是因為催化裂化原料中的重組分經過反應以后，容易裂解的側鏈和橋

鏈已經斷裂，反應產物中的重芳烴、膠質及瀝青質較輕而芳香度更高，失去側鏈的稠環芳烴更容易發生脫氫縮合反應生成焦炭。由轉油線結焦物的組成可知，以催化劑為主的灰分含量在30%～50%，因此可以推斷出轉油線焦的前身物同樣也具有粘附性。目前，還沒有很好的預防措施抑制和減少轉油線部位的結焦，各煉廠主要是以加強大油氣管線和管線進分餾塔處法蘭的保溫為主，目的是減小溫降，防止重組分冷凝。

4結束語

抑制或減少提升管進料噴嘴上方區域結焦的關鍵在于提高催化裂化進料的汽化率和改善催化劑的流動狀況，保證催化劑有合適的預提升線速和密度;對于沉降器頂部和轉油線部位，減少結焦的關鍵在于防止油氣中易結焦組分的冷凝和縮短反應油氣在這些部位的停留時間。對于重油催化裂化，由于原料難于全部汽化以及熱裂化反應的存在，結焦難于避免。但通過優化工藝操作條件并采取科學的預防措施，可以減少裝置各部位的結焦，從而延長開工周期。

參考文獻：

[1]潘羅其，聶白球.降低重油催化裂化裝置軟焦生成的應對措施[J].中外能源，2018，23（6）.