摻煉催化裂化油漿對延遲焦化裝置的影響

曹 語，薛 鵬

(中國石化金陵分公司，南京 210000)

催化裂化工藝在處理高殘炭原料時，由于裝置生焦率的增加，必須外甩催化裂化油漿(簡稱催化油漿)才能保證裝置的正常運轉[1]。在國內，催化油漿大多作為鍋爐燃料調合組分和延遲焦化裝置的原料摻煉組分。前者由于油漿中存在催化劑顆粒，常會導致鍋爐的燃料噴嘴堵塞，且由于燃料油消費稅的提高，油漿作為燃料油的市場需求萎縮。而摻煉入延遲焦化裝置近年來成為催化油漿的主要處理途徑。因此，研究摻煉催化油漿對焦化產品分布、產品質量、裝置能耗等的影響顯得十分必要。

顏峰等[2]在1.2 Mt/a延遲焦化裝置中摻煉質量分數為25%的催化油漿后發現，裝置焦炭產率增加2.7百分點、輕質油收率下降5百分點，焦化蠟油收率提高2百分點、總液體收率下降3百分點，且焦化蠟油的殘炭及芳烴含量、石油焦的灰分和揮發分均增加。此外，催化油漿的摻煉導致原料換熱器殼層結垢增多、加熱爐結焦傾向增加、分餾塔塔底結焦堵塞加重，嚴重影響裝置長期運行。賈中輝等[3]在1.2 Mt/a延遲焦化裝置上摻煉沉降48 h后的催化油漿，結果表明，油漿的生焦特性導致摻煉后裝置的液體收率下降0.74百分點，焦炭產率增加0.59百分點，燃料和1.0 MPa蒸汽消耗分別提高0.30 kg/t和0.22 kg/t。吳海青等[4]通過研究摻煉油漿對焦炭生成形態的影響發現，高芳烴含量催化油漿的加入能提高焦化原料的芳烴和膠質含量、增大原料的穩定因子、提高其熱穩定性、延長裝置的生焦周期，使反應集中在焦炭塔中進行，有效避免了彈丸焦的生成。本課題依托中國石化金陵分公司1.6 Mt/a延遲焦化裝置，將催化油漿摻煉比(w，下同)從5.6%增至12.4%，考察摻煉比對焦化裝置工藝操作、產品分布、產品質量和裝置能耗等的影響。

1 油漿組成及摻煉路徑

1.1 催化油漿的組成

表1是催化油漿與減壓渣油的性質對比。從表1可以看出：催化油漿的密度略高于減壓渣油，而其殘炭與硫含量均低于減壓渣油；催化油漿的固含量(w)高達0.67%，主要為催化劑顆粒；族組成方面，催化油漿的膠質和瀝青質含量均小于減壓渣油，而催化油漿的芳香分和飽和分則明顯大于減壓渣油。催化油漿芳香分中的帶長側鏈的單、雙環芳烴是較好的裂化原料，而具有稠環結構的多環芳烴的裂化性能較差，通常是焦炭的前體。

表1 減壓渣油及摻煉油漿主要性質對比

1.2 油漿摻煉路徑及試驗方法

催化油漿摻煉路徑如圖1所示。考慮到催化油漿的固含量較高，為防止催化油漿中夾帶的催化劑顆粒造成原料換熱器嚴重堵塞、壓降升高，使催化油漿不經過原料換熱器，而是將其從進料緩沖罐前的液面調節閥后摻入。油漿進入進料緩沖罐后與渣油混合，由進料泵輸送至加熱爐升溫。

圖1 催化油漿摻煉路徑示意

摻煉試驗歷時20天，前10天平均油漿摻煉比為5.6%，用以收集較低催化油漿摻煉比下的試驗數據；后10天將平均摻煉比提升至12.4%，考察摻煉比提高對焦化裝置操作、產品分布、焦炭質量和裝置能耗的影響，并根據試驗結論提出相應對策。

2 摻煉油漿對延遲焦化裝置的影響

2.1 對產品分布的影響

油漿摻煉比由5.6%提高至12.4%后，裝置的產品分布變化情況如表2所示。從表2可以看出，隨著催化油漿摻煉比的提高，汽油、柴油的收率分別降低0.30百分點和0.29百分點，而蠟油收率提高0.32百分點，干氣與焦炭產率共計增加0.55百分點。催化油漿在焦化過程中主要發生脫氫縮合反應。催化油漿中富含的多環芳烴在高溫下發生熱裂化，多環芳烴的少量側鏈斷裂生成氣體，而更多的多環芳烴則縮合生成高平均相對分子質量的稠環芳烴分子團，成為焦炭的前軀體，直接導致了干氣和焦炭產率的上升。催化油漿中多環芳烴的縮合反應對輕油餾分的貢獻不大，因而導致汽油、柴油收率下降；而催化油漿中未裂解的稠環芳烴進入分餾塔后汽化成為焦化蠟油組分，增加了蠟油產品收率。

表2 不同油漿摻煉比的產品分布對比 w，%

2.2 對產品質量的影響

油漿摻煉比由5.6%提高至12.4%后，焦炭質量變化情況如表3所示。從表3可知，隨著摻煉比提高，焦炭的揮發分及灰分分別提高0.44百分點和0.04百分點，硫質量分數降低了0.65百分點。焦炭灰分的增加是因為摻煉油漿中固含量(w)高達0.67%，在摻煉過程中固體顆粒隨油漿進入焦炭塔，沉積于焦炭中致使焦炭灰分增加。而揮發分的增加與高芳烴含量的催化油漿部分裂解導致殘留在焦炭中的輕組分增多有關。摻煉比提高后，焦炭硫質量分數的降低是因為催化油漿的硫質量分數為0.90%，遠低于減壓渣油的硫含量，在較高摻煉比下，在一定程度上降低了原料的硫含量，進而改善了焦炭品質。同時，高芳烴含量催化油漿的摻入能有效提高焦化原料中的芳烴含量、降低瀝青質含量，從而增大焦化原料的穩定因子、提高原料的熱穩定性，延長原料的生焦誘導期，有效抑制彈丸焦的生成。

表3 油漿摻煉比提高前后的焦炭品質對比

此外，摻煉催化油漿還會導致焦化蠟油密度和殘炭升高、餾程范圍增大、干點升高及蠟油明顯重質化。這是由于催化油漿中未被裂解的稠環芳烴大多進入焦化蠟油，造成蠟油中芳烴含量變高。而蠟油重返催化裂化裝置，造成惡性循環，不僅致使全廠能耗升高，還會導致原料更易結焦，影響催化裂化活性[5]。

2.3 對焦化操作的影響

2.3.1 對加熱爐操作的影響提高油漿摻煉比時，需要對焦化裝置加熱爐操作進行調整。首先，由于摻煉的催化油漿溫度僅有100 ℃左右，當油漿進入進料緩沖罐與減壓渣油混合后，會降低加熱爐入口進料溫度，從而增加加熱爐負荷，故在焦化裝置摻煉油漿時，應適當降低加工量以減輕加熱爐負荷，防止按滿負荷生產而引起爐管超溫。第二，加大加熱爐三點注汽量，關注爐管管壁溫度。由于催化油漿會攜帶部分催化劑顆粒進入爐管，這些顆粒與鹽垢混合并吸附膠質與瀝青質形成焦核，加速爐管結焦。通過加大注汽量，強化爐管內介質流動，可緩解爐管結焦趨勢。第三，關注進料泵運行情況。因為摻煉的油漿中可能存在輕組分，其在進入進料罐混合后升溫汽化，可能導致進料泵抽空。此外，油漿攜帶的催化劑顆粒也會沖刷泵體，影響進料泵運行。

2.3.2 對焦炭塔操作的影響由于催化油漿的芳香分和固含量較高，容易導致焦炭的揮發分及灰分增加，因此在焦炭塔冷焦操作中，應適當延長大吹汽時間，保證焦炭質量。此外，在放水操作時，多次出現了放水不暢的現象，可能是由于摻煉高固含量的油漿使焦炭中粉焦比例上升，更易堵塞焦炭氣孔，導致放水不暢。

2.3.3 對分餾塔操作的影響由于大吹汽時間的延長，油氣會攜帶更多焦粉和催化劑顆粒進入分餾塔。這些固體顆粒沉積在分餾塔塔底，且對膠質、瀝青質的吸附力強，極易造成分餾塔塔底結焦、塔底過濾器堵塞、循環油泵不上量。因此，在操作時，應格外關注分餾塔塔底液面、溫度和循環油泵流量，保證塔底循環油流動。試驗期間，分餾塔塔底過濾器清焦頻次明顯上升，也印證了上述解釋。

2.3.4 閥門、機泵及管線的磨損在流體線速度較高的調節閥閥芯、泵體葉輪、加熱爐爐管等部位，受摻煉油漿中催化劑顆粒的長時間沖刷，設備會被嚴重磨損，造成閥門無法關嚴、機泵效率下降、密封頻繁泄漏、管線磨損減薄等后果[6]。圖2是進料調節閥的閥芯。從圖2可以看出，經過帶有催化劑顆粒的原料長時間高速沖刷，進料調節閥的閥芯部分有一半受到磨損，流量調節作用受到嚴重影響，進料量長期波動，最終影響加熱爐的穩定運行。

圖2 被沖刷磨損的進料調節閥閥芯

2.4 對裝置能耗的影響

油漿摻煉比由5.6%提高至12.4%后，裝置能耗的變化情況如表4所示。由表4可知：隨著摻煉比由5.6%增至12.4%，燃料氣能耗增加了64 MJ/t，這是由于摻煉油漿進料溫度低，導致加熱爐進料溫度下降了6～7 ℃，在保證裝置出口溫度不變的情況下，勢必要增加燃料氣消耗；1.0 MPa蒸汽與3.5 MPa蒸汽能耗也分別增加了34 MJ/t和42 MJ/t，低壓蒸汽耗量的增加主要是為了降低焦炭的揮發分，適當延長了大吹汽的時間，而中壓蒸汽耗量的增加主要是因為提高了加熱爐三點注汽量以防止爐管結焦；裝置電耗也增加了0.45(kW·h)/t，這是因為摻煉比提高后，焦炭灰分增加、焦炭變硬，除焦難度增大，高壓水泵運行時間延長。

表4 油漿摻煉比提高前后的裝置能耗對比

3 對 策

根據上述分析，摻煉催化油漿雖然能提高焦化原料中的芳烴含量，有效抑制彈丸焦的生成，但過高的摻煉比會帶來爐管、分餾塔塔底結焦，機泵、管線沖刷磨損，裝置能耗增加等問題。產生上述問題的關鍵原因是摻煉油漿的固含量較高。因此，可以從以下兩方面緩解摻煉油漿所帶來的影響：①嚴格控制催化油漿摻煉比例，現行的摻煉比上限是15%。油漿進裝置前應先送至儲罐沉降或經過過濾設備脫固，嚴控固含量，以避免夾帶催化劑顆粒所引發的結焦、沖刷等問題。同時，摻煉催化油漿時應密切聯系上游裝置，了解油漿溫度和固含量情況，及時調整生產操作參數。②操作方面，一是在摻煉油漿時應適當降低加工量，并關注進料泵運行情況；二是在分餾系統操作上控制好分餾塔各段溫度，密切注意塔底液位、溫度及循環油泵流量，保證塔底重油流動，以防固體顆粒沉積塔底引發結焦，同時確保塔底過濾器清焦頻率。

4 結 論

(1)與減壓渣油相比，催化油漿的殘炭和硫含量更低，芳香分和固體含量更高。

(2)焦化裝置摻煉催化油漿，摻煉比由5.6%增至12.4%后，汽油、柴油的收率分別降低0.30百分點和0.29百分點，蠟油收率提高0.32百分點，干氣和焦炭產率共計增加0.55百分點。同時，油漿摻煉比的提高還會導致焦炭揮發分和灰分增加，硫含量降低。

(3)隨著催化油漿摻煉比由5.6%增至12.4%，焦化裝置的燃料氣消耗(能耗)增加64 MJ/t，1.0 MPa與3.5 MPa蒸汽消耗(能耗)也分別增加34 MJ/t和42 MJ/t，裝置電耗也有所增加。

(4)可以通過控制摻煉比例、降低油漿固含量、調整工藝操作等方法，緩解摻煉催化油漿所帶來的分餾塔塔底結焦、調節閥與機泵沖刷等問題。