1 000 kt·a-1重油催化裂化裝置焦炭產率升高的原因分析和對策

2020-12-01 08:34:26劉春貴

工業催化 2020年10期

劉春貴

(中國石油大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶 163711)

大慶石化公司1 000 kt·a-1重油催化裂化裝置由洛陽石化工程公司承擔設計，建成并投產于1992年10月。裝置加工的原料以大慶減壓渣油、減壓蠟油、酮苯蠟膏、糠醛抽出油的調合油為主。2009年6月～7月對該裝置進行了多產異構烷烴(MIP)的技術改造。反應-再生系統采用同高并列式三器型式。反應部分采用外置提升管反應器，出口設置旋流快分VQS分離裝置；再生器采用前置燒焦罐+低壓降大孔分布板密相兩段完全再生工藝，三器原則流程圖如圖1所示。

圖1 反-再系統原則流程圖Figure 1 Principle flow chart of anti-repeat system

從2020年2月2日開始，裝置的生焦率開始上升，2月2日～3月5日的平均生焦率為9.02%，最高達到了9.68%。經過一系列排查和操作調整，3月6日生焦率開始下降，3月6日～9日的平均生焦率為8.30%，2020年2月2日～3月9日物料平衡見表1。針對上述裝置焦炭產率升高的問題，本文通過對物料損失和生焦途徑的逐一排查和調整，分析生焦升高原因，確定降低生焦措施。

表1 2020年2月2日～3月9日裝置物料平衡Table 1 Material balance of the plant from February 2 to March 9，2020

1 生焦率升高原因排查

根據物料平衡計算催化生焦率，公式如下：

生焦率=100%-汽油收率-輕柴油收率-重柴油收率-液態烴收率-油漿收率-干氣收率-損失率。實際計算中，該裝置的損失率固定為0.4%，由上述公式可以看出，如果某產物收率變小或者實際損失變大，均導致生焦率變大，根據這個思路，車間進行排查。

1.1 確認計量儀表的準確性

為了防止出現部分流量表因走副線造成損失增大，2月24日車間對產品流量表的副線進行了逐個確認，排除了漏量的可能性。聯系計量中心對流量表進行了校驗，排除了計量不準的可能性。

該裝置汽油、輕柴油、重柴油、液態烴、油漿采用裝置內的質量流量計計量。干氣用出裝置渦街流量計計量，需要計算出密度后進行質量換算。2月27日用最近一周干氣分析數據重新核算了干氣密度，將實際密度由0.816 kg·m-3提高到0.840 kg·m-3，從表1來看，對生焦雖有影響，但不夠明顯。

1.2 現場跑冒滴漏的排查

2月28日，車間將現場的大小放火炬閥由自動改手動又進行了卡量，確認現場的安全閥、穩定系統放不凝氣閥均沒有泄漏的情況，從物料平衡來看，可以排除泄漏。

1.3 通過計算核對生焦的真實性

通過煙氣分析數據對生焦率進行核算，結果如表2所示。由于該裝置煙氣分析頻次為一個月一次，因此不排除計算結果存在一定的誤差，但由表2計算結果來看，確實有增大趨勢。

表2 2020年1～3月份生焦率計算表Table 2 Calculation table of coking rate from January to March in 2020

2 操作調整

催化裂化裝置生成的焦炭主要由C、H元素組成[1]，按照生成的途徑，可分為催化焦、原料焦、污染焦、可汽提焦(劑油比焦)、液焦(未氣化油)。另外如果熱裂化反應過于強烈，焦炭和干氣產率升高。按照上述6中生焦的途徑，車間分別進行了調整。

2.1 催化焦

催化焦是芳烴縮合的最終產物，催化劑的平衡活性過高、原料中的芳烴含量高、反應時間過長，都會導致催化焦的增加。圖2是2月3日～3月30日的平衡劑活性分布，由圖2可知，催化劑活性均在63%以下，活性正常，不存在過度催化反應的問題。

圖2 2020年2月3日～3月30日平衡劑的活性分布Figure 2 Activity distribution of balancing agents from February 3 to March 30，2020

2月22日，車間將回煉油回煉調節閥的OP值從39%關至20%，2月26日又關至10%(由于流量值無法正常顯示且在線無法處理，暫且用OP值來表達)，如圖3所示。

圖3 回煉油調節閥的OP值變化趨勢Figure 3 Change trend of OP value of control valve for oil recovery

2月份原料的摻渣比為45%，比1月份的41%高出4%，表3是2020年2月～3月5日與1月份原料性質對比數據，由表3中密度、餾程及餾出溫度來看，2月份的原料比1月份重。2020年3月4日，與分廠科室溝通后，將摻渣比由45%降到40%。從表1的物料平衡來看，無論是降低回煉油還是摻渣比，生焦率均沒有明顯降低。

表3 2020年2月～3月5日與1月原料性質對比Table 3 Comparison of raw material properties between February to March 5 and January，2020

2月19日～26日對預提升干氣流量和再生壓力進行了調整，再生壓力最低控制在0.23 Mpa(平時控制在0.25 MPa)，預提升干氣最高控制在3.4 t·h-1(平時控制在2.5 t·h-1)，調整情況見圖4，調整的目的在于通過減少反應時間來減少氫轉移、縮合生焦等二次反應。但通過調整發現干氣流量和再生壓力影響不大。

圖4 預提升干氣和再生壓力變化趨勢Figure 4 Variation trend of pre lift dry gas and regeneration pressure

2.2 原料焦

原料焦主要由進料中的殘炭生成。由表3來看，2、3月份的殘炭平均比1月份高出0.56%，原料中殘炭的貢獻主要來自渣油，從3月4日降低摻渣比后焦炭產率仍然沒有明顯下降來看，殘炭高導致生焦大的可能基本可以排除。

2.3 污染焦

污染焦主要是沉積在催化劑上的重金屬導致的生焦。2020年1月～3月平衡劑上重金屬分析結果如表4所示，由表4可知，1月～3月份平衡劑上的重金屬幾乎沒變化。金屬鈍化劑一直連續注入，為了降低三劑費用，單耗從1月份的0.025 kg·t-1原料，降低至目前的0.02 kg·t-1原料，但干氣中的氫氣甲烷比一直在1.8以下，均屬于正常，因此，也可以排除是重金屬污染造成的生焦大。

表4 2020年1月～3月平衡劑上重金屬分析Table 4 Analysis of heavy metals on balance agent from January to March 2020

2.4 可汽提焦

可汽提焦是在催化劑循環過程中，催化劑孔隙和顆粒之間攜帶到再生器中的油氣生成的焦炭。由于質檢中心化驗分析條件所限，無法得到待生劑中氫含量。汽提蒸汽FC103的設計值為2.1 t·h-1，目前基本控制在約4.3 t·h-1。為了考察汽提效率對生焦的影響，2月22日～26日，車間將汽提蒸汽由4.3 t·h-1提高到4.5 t·h-1，汽提蒸汽調節閥的OP值基本處于全開的狀態。從物料平衡上看，生焦率仍然沒有下降。

2.5 液焦(未汽化油)

液焦即進料中重組分經過原料噴嘴后未完全汽化而粘附在催化劑的表面，被帶到再生器形成的。該裝置目前使用的是CS-Ⅱ低流速高效霧化噴嘴，根據多年使用經驗以及與其他企業的交流來看，該噴嘴霧化效果較好。另外，根據廠家要求，霧化蒸汽量的控制是按照總進料量的3%～5%，為了考察霧化效果對生焦的影響，車間2月19日將霧化蒸汽量由6.3 t·h-1提高至6.79 t·h-1，此時霧化蒸汽量占進料比例高達5.7%，為防止造成系統催化劑的破碎，2月20日將其降低到6.5 t·h-1，但仍然達到了蒸汽量要求的上限。2月26日又將原料預熱溫度由215 ℃提高至217 ℃。但生焦仍然沒有明顯降低。

2.6 熱裂化反應

輕柴油凝固點質量指標為≯-25 ℃，車間一直將該指標卡邊操作，3月1日～9日凝固點變化趨勢如圖5所示。因為擔心輕柴凝點超標，分餾中段溫度一直控制在218 ℃。為了降低反應溫度，以減少熱裂化反應，3月5日9時許，將分餾塔中段溫度由218 ℃提高至223 ℃，為了平衡分餾塔及回煉油罐液位，相應將反應溫度由501 ℃降低至496 ℃，調整情況如圖6所示。從物料平衡看，3月6日生焦率降低，同時輕柴凝固點出現不合格，經與分廠科室溝通后，將輕柴油凝固點指標取消。

圖5 3月1日-9日輕柴油凝固點變化趨勢Figure 5 Change trend of freezing point of light diesel oil from March 1 to 9

圖6 分餾中段溫度及反應溫度變化趨勢Figure 6 Variation trend of temperature and reaction temperature in middle stage of fractionation

反應溫度的指示點TC101A為一反出口溫度，在現場有兩個熱偶點TE101A和TE101B，其中TE101A的顯示值要比TE101B高出近10 ℃，目前反應溫度TC101A指示的溫度顯示值與TE1101B一致，因此，實際反應溫度可能比現在目前TC101A的顯示值要高出10 ℃，因此在這樣高的溫度下，反應溫度的升降對熱裂化影響較大。