防止催化裂化裝置結焦的技術措施

徐可金，胡金亮

（山東海化集團石油化工分公司催化裂化裝置，山東濰坊 262737）

隨著我國經濟社會的快速發展和科技水平的進一步提升，人們對工業生產和生活品質的要求不斷提高，對石油資源的消費需求也穩步增強。另一方面，隨著全球原油重質化、劣質化趨勢的不斷加強，催化裂化技術已成為煉油企業獲取重要化工原材料的核心加工手段，擁有較為廣闊的發展前景。但是，催化裂化裝置的不同部位卻很容易在使用過程中出現結焦現象，進而影響到整個催化裂化裝置的安全性、穩定性和可靠性。在現階段石油資源需求量較大和各種不利因素不斷增加的情況下，如何提高催化裂化裝置的防結焦水平成為相關技術人員和管理人員考慮的重要內容。在此背景下，對防止催化裂化裝置結焦的技術措施進行一定探討和研究便有著不容忽視的重要理論意義和現實價值。

1 催化裂化裝置結焦的原因分析

1.1 結焦部位

近年來隨著原油劣質化、重質化趨勢的進一步增強，常壓、減壓渣油直接成為石油煉化企業催化裂化的原材料，其較差的化學物理性質使得催化裂化裝置相關部位的結焦問題進一步加重，已然成為影響催化裂化裝置安全穩定運行和可靠優質生產的重要原因之一。通常情況下，催化裂化裝置在原油劣質化環境下非常容易出現結焦的部位主要有提升管原料油噴嘴上方、旋風分離器外壁、沉降器穹頂、分餾油漿系統等重要部位。

1.2 造成結焦的因素

一般而言，原油催化裂化裝置結焦的根本原因在于原油重質，原料霧化和汽化的不良反應，還有原料在反應過程中產生的雙烯、大分子芳烴縮合及雙烯烴聚合物反應等。同時，催化裂化面臨較高的溫度環境和外在劣質油氣環境，因此催化裂化裝置結焦的可能性是客觀存在且不可避免的，催化裂化裝置的某些特殊部位在冷凝沉積和長時間高溫環境下停留縮合，進而出現關鍵部位結焦的情形。就原料性質而言，現階段原油重質化和劣質化趨勢不斷明顯，重質原料導致催化裂化裝置的沉降器結焦，更在一定程度上使其后續霧化效果大打折扣。而劣質渣油中所含有的一定份額的重組分，在高溫下環境下并不能得到汽化。同時，重金屬的存在又進一步加劇了原油煉化過程中的脫氫反應和縮合反應，進而大幅度增加了催化裂化反應過程中相關部位結焦的可能性。就停留時間而言，石油裂化過程中油氣資源在流動中心位置的實際流動方式為湍流，整體流動速度較快，且其停留時間較短，而在催化裂化裝置的沉降器內壁附近，油氣資源的實際流動方式為層流，流動速度較慢，且停留時間較長，這就在一定程度上加大了沉降器周圍出現結焦現象的可能性。此外，催化裂化裝置中的實際溫度和壓強等也是導致系統整體出現結焦問題的重要原因。

2 防止催化裂化裝置結焦的技術措施

2.1 反應系統結焦的防治措施

針對原油劣質化環境下催化裂化裝置反應系統結焦，油氣線結焦的可能性在極大程度上直接取決于保溫效果和油氣線速，而通過多年的理論研究和實踐經驗摸索可知，油氣線速的不斷提高對預防控制油氣線結焦問題有著不容忽視的重要意義，當油氣線速度在30-50m/s時，油氣管線結焦問題能得到較大程度的改善。而當大油氣管線采用外保溫的熱壁式工法時，整個油氣管線結焦的可能性更大。當采用冷壁式設計方法時，油氣管線的襯里擁有較好保溫效果，也能大幅度降低油氣管線結焦的可能性。在油氣管線管壁少量結焦后，其厚度略微增加，會使實際保溫效果更好，更在一定程度上降低了后續結焦的可能性。

2.2 改善與優化汽提效果的措施

改善和優化汽提效果是大幅度降低催化裂化裝置結焦可能性的重要技術手段。利用高效的汽提技術，從改進催化裂化裝置的整體擋板結構、改良蒸汽在催化裂化裝置中的整體分配和增加催化劑停留時間等三大方面入手，將汽提段由人字擋板改為正四方錐，在改善汽提效果的同時減少了可汽提碳，最大程度上減少催化劑在流化過程中所攜帶的整體油氣量，進而最大程度上降低可汽提炭產量和實際產率，使催化裂化裝置系統能在蒸汽消耗量較低的情況下取得較為理想的汽提效果。

2.3 沉降器的防焦塊脫落措施

在沉降器的防焦塊脫落措施方面，可進一步選用粗旋＋細旋雙效結合的方式，盡可能地縮短油氣在沉降器內的實際停留時間，以設置導氣管和粗旋氣管相通的方式，盡可能地增加沉頂段內的防焦蒸汽，從而大幅度降低沉降器內各零散部件結焦的可能性。此外，相關工作人員還可進一步在催化裂化裝置的汽提段頂部增設隔柵設施，利用該設施防止大焦塊脫落堵塞立管、滑閥等后續設備，同時還可以更加均勻地分配待生催化劑，從而為保證催化裂化的整體效果奠定堅實的基礎。

2.4 設置預提升器的防結焦措施

提升器是催化裂化系統的重要組成部分，對該部分防結焦措施的科學合理設置和利用能有效提升整個催化裂化裝置系統的實際生產效率。針對80kt/a的催化裂化裝置而言，防焦措施主要是利用技術改造、設置預提升器代替原有傳統模式下的預提升段的方式提高提升管的防焦水平，同時，利用高效的TM原料油噴嘴、原料油預混合甚至提升管注終止劑，控制低的反應壓力等多樣化方法，最大程度上增加提升管的整體防焦水平，確保催化裂化系統的整體生產效率。在利用預提升混合技術時，可借助催化劑與原料接觸前的流動狀態，最大程度上使油氣和催化劑在接觸前以接近活塞流的形式向上流動，促使催化劑和原料間保持均勻接觸和均勻流動，還可進一步借助提升介質為自產干氣的方式，最大程度上減輕催化劑水熱失活的不良影響，為大幅度降低蒸汽消耗奠定一定基礎。

2.5 分餾油漿系統的防焦措施

針對分餾油漿系統的防焦問題而言，分餾塔底和油漿過濾器、換熱器是分餾油漿系統出現焦結現象最多的三大部位，針對分餾塔底，有關技術人員應適當提高油漿返回分餾塔的循環量和攪拌蒸汽，攪拌油漿量，保持塔底油漿處于擾動狀態，從而降低分餾塔底部結焦的可能性。而針對油漿過濾器和換熱器的結焦問題而言，增加油漿的循環量，提高油漿的線速可進一步減少油漿在管道和設備內滯留層的實際厚度，起到大幅度縮短油漿在分餾塔底實際停留時間的作用，進而加強對較低的分餾塔底液位的控制，以使油漿在整個催化裂化分餾塔底的停留時間進一步縮短，以此方式減少整個油漿系統的實際結焦面積。此外，相關技術人員可還可進一步采取分餾塔頂冷凝冷卻系統優化流程和配置的方式，盡可能地降低整個催化裂化系統壓力降，降低整個氣壓機組的實際負荷和裝置能量消耗，憑借預留適當豐裕度和提高催化裂化裝置操作彈性的方式提高生產率，進而減少裝置結焦。

3 結論

總之，現階段劣質油、重質油和減壓渣油使催化裂化裝置及其重點部位結焦的可能性客觀存在且不可避免，相關技術人員應盡可能地采取積極有效和科學合理的技術措施，降低裝置重要部位的實際結焦速度和縮小實際結焦范圍，借助控制分餾油漿系統、提升器、沉降器及其他催化裂化裝置核心部位的方式，科學管控影響催化裂化結焦的因素，進而為防止催化裂化結焦做出應有的貢獻。