淺析重油催化裂化油漿系統結焦的因素與處理方法

毛英臣 陶曉勇 陳亞輝

摘 要：油漿系統結焦會威脅裝置的長周期運行，本文研究了催化裂化裝置結焦的原因及結焦機理，并從實際出發提出了預防結焦的優化措施。

關鍵詞：重油催化裂化;油漿系統;結焦

近年來隨著原油不斷重質化，油漿中的固體顆粒含量也在逐步上升，而油漿系統的流速偏低也是固體含量上升的原因之一。由此管道和機泵面臨磨損故障的風險也在不斷增加，結垢后的油漿造成系統運轉困難，嚴重影響到了裝置的平穩運行，是極其重大的隱患。

1 油漿結垢原理及危害

1.1 理論原因

催化劑與高溫油氣形成的混合原料經旋風分離器分離后進入分餾塔人字擋板，分餾塔底部的油漿回流負責脫出多余熱量和洗滌催化劑顆粒和膠質（圖1）。油漿由于各部分中的膠質物、重金屬和重質烯烴含量較高，非常容易在溫度上升后發生轉變，從而形成焦結現象，使油漿系統使用狀況受到影響。油漿系統結焦直接造成有機物與無機物中的含量成分發生轉變，尤其是在有機物中。溫度狀況改變后油漿系統中烷烴類物質高分子聚合物、芳烴類聚合物等均脫氫形成大分子聚合物。這些聚合物在與金屬無機物結合后反應、聚合，最終形成焦炭。油漿系統中各項物質在氧氣和金屬的催化下能夠以化學反應作為媒介完成轉變，形成高分子化合物。上述高分子化合物中部分在系統運行的過程中無法在水中充分溶解，大多吸附于設備表面，逐漸積累，最后形成表面殘渣。另一部分在水中與催化劑作用后形成大顆粒并相互粘結，形成聚集塊，最后形成沉積的顆粒[1]。

圖1? ? 分餾塔人字擋板圖

1.2 油漿結垢的危害

油漿受于其性質，本身就容易結焦。其焦塊極易堵塞換熱器的管束，使換熱器換熱效果變差，影響油漿產品質量。其次油氣若是在大油氣管線大量結焦，則管壁流通性變差，可能會使沉降器壓力上升，影響正常催化裂化操作。另外油漿中固體含量過高也會導致機泵輸送效率低，過流部位磨蝕導致設備可靠性變差等情況[2]。

2 油漿結垢的現象

2.1 油漿換熱器結垢

油漿換熱器一旦結垢，最明顯的現象則是汽包發汽量嚴重下滑。其中管箱、小浮頭的結垢以重力積沉的方式進行，結垢程度由油漿中的固體含量和流速決定。而管束的結垢過程則以冷卻沉積的方式進行，結垢程度以油漿中的固體含量，生焦傾向物與流速決定。

2.2 分餾塔底結焦

分餾塔塔徑較大，并且塔底液面在實際操作中也較為平穩，因此油漿在分餾塔中有較長的停留時間。分餾塔內存在緩流區和死區，塔壁存在滯留邊界層，線速度并不均勻，使固體顆粒的沉積有了必要條件[3]。分餾塔在脫過熱段洗滌和與反應油氣的傳熱中有著全塔最高的熱量，塔底溫度高，生焦傾向物的熱聚反應就會增加，加上塔底的長時間停留，稠環化合物會發生更多的熱縮合反應，使塔壁管壁結焦。分餾塔底的結焦大致可分為三層：第一層為堆積層質地松軟易除去;第二層為過渡層，質地松軟，但有粘性;第三層為焦層，質地堅硬難以去除。嚴重時可能會導致沉降器壓力上升，分餾塔處理量下降。

3 影響油漿結垢的因素

3.1 塔底溫度對油漿系統的影響

隨著塔底溫度的升高，輕組分也在蒸發，油漿在高溫下極易濃縮，生焦性能增強。同時油漿中的多環芳烴、烯烴等有機物縮合反應加劇，生焦能力也大大提高。

3.2 油漿的流速及停留時間

油漿中的催化劑顆粒對稠環芳烴有著吸附作用，在低流速下更易發生沉淀聚集，其易附著在分餾塔塔壁以及換熱器的管束中。因此在實際生產中將流速控制在1.3m/s以上，油漿停留時間一般可低于5min。

3.3 油漿性質

油漿結焦于其本身性質有著必然聯系，粘度越大流動性越差。用來表征油漿性質的參數有密度、固含、粘度等，油漿系統的組成飽和烴、芳烴、瀝青、膠質等[4]。隨著催化裂化摻煉重油的比例增加，油漿中多環芳烴也增加，相對密度增大，因而縮合生焦的能力增強（圖2）。

圖2? ? 油漿密度與固含分析

4 解決油漿結垢的措施

4.1 采用合適的塔底溫度和管道流速

除了油漿本身性質，對其影響最大的外部條件就是分餾塔底溫度和管道流速，降低塔底溫度和加快流速都會使油漿系統減少結焦，分餾塔底溫度以不大于350℃為宜，且在不影響裝置平穩操作的前提下，應適當提高油漿系統的循環量和外排量。

4.2 降低油漿固體含量

油漿中固體催化劑含量對其結焦有決定性的影響，因此我們應該經常監測油漿產品中的固體催化劑含量，一般油漿中固體含量不大于6g/L，最好不大于2g/L，如發現固含變高，應提使油漿外甩量增加，以降低其密度。

4.3 選取高效的阻垢劑

外購人員應應采購合理高效的阻垢劑依照催化裝置的需求對阻垢劑進行控制，保證其效益最大化。阻垢劑對油漿系統進行處理時，不僅可以抑制聚集物的生成，還可以順帶清洗管道有顯著的經濟利益。使用優質的阻垢劑，可以降低膠質、瀝青質等聚合物的年粘度，可在不同環境與溫度中清理沉淀物與控制沉淀趨勢。

4.4 采用優質的催化劑

反再系統循環時，催化劑處于一種流化狀態，耐磨性差的催化劑在面對油氣的沖擊、催化劑顆粒間的碰撞、與器壁的碰撞時會發生破裂與磨損，使催化劑中細粉含量增加;鎳、釩等重金屬在高溫條件下破壞催化劑結構，加速催化劑在流動中的磨損;而催化劑中0.40μm的細粉含量較多時，旋風分離器的分離效果就會下降，大量細粉會被帶入到分餾塔底進入油漿系統[5]。因此采用優質的催化劑就尤為重要。

4.5 適當提高沉降器旋風分離器線速

沉降器線速度一般要求在15～22m/s，最小8m/s，低于13m/s時效率會使旋風分離器分離效果變差，容易夾帶催化劑顆粒到分餾塔底。可采用粗氣油或頂循環油回練，提高預提升干氣和蒸汽量，必要時也可適當降低反應壓力。

綜上所述，催化裂化的原料不斷向重質化方向發展，而操作上對平穩化高效化的要求也不斷提高。在這種大環境下，加強對油漿成績的監控，定期分析原料組成就尤為必要，合理的使用上述措施，認真巡檢，認真觀察設備工況，以保證裝置的長周期平穩運行。

參考文獻：

[1]李戈，孫輝，沈興，石占君等.淺析重油催化裂化裝置油漿系統結焦原因及解決措施[J].化工管理，2014（17）：104.

[2]尚偉，吳艷萍.重油催化裂化裝置油漿泵過流部位磨蝕機理及應對措施[J].化工機械，2018，45（4）：474-477.

[3]馬伯文，馬曉君，秦翔，等.催化裂化技術問答（第2版）[M].北京：中國石化出版社，2003：235-237.

[4]呂良露.重油催化裂化裝置油漿系統結焦原因分析及優化措施[J].安徽化工，2017，43（3）：67-69.

[5]盧海峰.催化裂化裝置催化劑跑劑原因分析[J].化工技術與開發，2019，48（18）：64-66.