催化裂化裝置油漿系統結焦原因分析及優化措施

摘""""" 要：介紹了催化裂化裝置油漿系統生焦情況及油漿泵入口過濾器堵塞的現象及處理措施，結合油漿系統在運行過程中的影響因素，對比分析了油漿系統結焦的原因，提出在當前原料油劣質化日益嚴重條件下，通過降低塔底溫度、縮短油漿停留時間、增加油漿外甩量等措施來減少結焦，保證催化裂化裝置的長周期運行。

關" 鍵" 詞：催化裂化；油漿；結焦；塔底溫度

中圖分類號：TQ420"""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號：1004-0935（2024）11-1773-05

催化裂化裝置是原油二次加工生產的重要裝置，但是受原油劣質化等的影響，油漿系統結焦始終存在且愈加嚴重，是限制催化裝置長周期運行的瓶頸之一^[1]。

某煉油廠催化裂化裝置年生產能力200萬t，與其配套的分餾系統塔底油漿經油漿泵加壓，通過原料油-油漿換熱器、油漿蒸汽發生器后分三路，一路作為油漿上返塔返回分餾塔人字擋板上方，一路作為油漿下返塔返回塔底油漿液面下方，一路作為產品油漿經冷卻后外甩出裝，且在油漿泵入口設有油漿過濾器，塔底設有攪拌蒸汽，油漿阻垢劑連續注入。自2022年起多次出現油漿泵入口過濾器堵塞、返塔量下降等問題，導致油漿泵切換頻繁平均兩周就要切換一次，嚴重影響裝置的穩定運行。

1" 結焦現象及處理措施

本裝置配有兩臺油漿泵一開一備，油漿系統結焦主要是導致油漿泵入口過濾器堵塞，在正常生產時根據油漿返塔量和控制閥閥位開度的變化，判斷油漿過濾器堵塞情況。油漿下返塔閥位開度隨時間變化的趨勢如圖1所示。

由圖1可知，在機泵切換初期閥位增長相對平緩，經過一段時間后閥位開度快速上漲，此時如不及時切泵，就會出現油漿返塔量下降的情況。

對于切換出的油漿泵將其倒空后，抽出入口過濾器用蒸汽吹掃清理干凈后重新安裝備用，從過濾器內清理出的積炭如圖2所示。

由圖2可知，積炭中含有大量膠泥狀的軟焦和部分顆粒狀的硬焦，這些主要是焦炭和催化劑的結合體。由于催化裂化油漿本身多環芳烴、膠質、瀝青質等稠環芳烴含量高，受塔底溫度、油漿停留時間、流速及油漿中催化劑等的影響^[2]，此類稠環芳烴發生縮合反應生成高分子聚合物，逐漸增多導致在油漿中的物系相容性變差并析出，黏附于過濾器上形成焦炭前驅體，即所謂的“軟焦”^[3]，之后與聚合物不斷相互吸附積聚生成焦炭，堵塞過濾器使油漿返塔量下降。

2" 結焦原因分析

2.1" 原料性質

本裝置催化原料主要是渣油加氫尾油（ARDS尾油）和部分常壓渣油，為了提高經濟效益上游渣加裝置提高了摻渣量，導致催化原料性質發生變化。前后兩年原料油性質如表1所示。

由表1可以看出，原料油密度有所下降，但由餾程分析可知2022年原料油組分明顯變重。2022年原料油初餾點較低，但是隨著餾出體積的不斷增加，2022年的餾出溫度超過2021年且兩者的餾出溫差逐漸增大，2021年原料油的70%餾出溫度為581.52 ℃，2022年則達到620.62 ℃，說明受摻渣量增加的影響，2022年原料油性質明顯變重，且輕重組分分布不均含有較多輕質烴。

此外由原料油的族組成可以看出，2022年飽和烴含量增加，芳烴、膠質和瀝青質均有所降低，但由上述餾程分析可知原料油變重，說明原料油重組分平均相對分子質量要比2021年的更重。由于重組分的裂解能力更差，隨反應油氣進入分餾塔后更容易發生熱縮合反應生成高分子聚合物，是油漿系統積炭的主要來源^[4]。

2.2" 塔底溫度

塔底溫度的影響因素包括反應溫度、反應油氣溫度、油漿返塔量和返塔溫度等，前后兩年在裝置負荷等相對穩定條件下的運行參數如表2所示。

由表2可以看出，2022年與2021年相比反應溫度下降了1.5 ℃，但提升管出口反應油氣的溫度漲了4.8 ℃。這是由于2022年原料油性質變重使反應油氣中的重組分含量增多，重組分氣化后帶有更多熱量，導致提升管出口反應油氣溫度升高。而分餾塔的大部分熱量是由過熱狀態下的反應油氣帶入分餾塔的，反應油氣攜帶熱量增多，使分餾塔熱負荷增加^[5]。

由表2可知2022年塔底溫度升至340.6 ℃，溫度升高使油漿中的縮合反應加劇，同時塔底更多輕組分被蒸發到塔的上部，對重組分的溶解能力下降，導致析出更多油漿不溶物，高分子聚合物含量增加。而油漿泵入口溫度2022年與2021年相比下降了6.5 ℃，入口溫度降低使油漿黏度增加，生成的高分子聚合物在油漿泵入口處相互碰撞結合并在過濾器上吸附積聚，導致油漿泵入口過濾器結焦堵塞^[6]。工藝人員為了降低塔底溫度，嘗試提高油漿返塔量如表2所示，由于油漿蒸汽發生器取熱量已達到最大，因此返塔溫度基本不變，但是油漿系統結焦現象并未好轉。

2.3" 油漿性質

油漿的性質分析主要包括密度、餾程、固含、殘炭等，如表3所示。

由表3油漿餾程可以看出，538 ℃時兩者的餾出量都在85%左右基本一致，但是在餾出量低于85%時的任一溫度2022年均明顯低于2021年，而2022年油漿密度更高，說明在大于538 ℃的油漿組分中2022年的相對更重。這是由于催化裂化反應可以將大分子物質轉化為小分子物質，由原料油分析可知22年原料油大分子物質含量更多，其中易裂解的大分子烴類裂解成小分子烴后更容易餾出，而不易裂解的大分子烴類隨反應油氣進入分餾塔后，會發生縮合反應生成高分子聚合物，在高溫作用下進一步生成焦炭，由表3殘炭含量增加也可證明。

油漿中含有的固體主要是焦炭和催化劑的結合體，其中催化劑會加劇稠環芳烴的聚合，且催化劑中含有的鎳、鐵等金屬雜質會促進塔底脫氫反應的進行，使稠環芳烴含量增多。但由表3可知，2022年油漿中的固含和灰分含量均有下降，且遠低于行業標準6 g·L^-1，說明油漿固含對油漿系統結焦的影響有限，不是油漿結焦的主要原因。

3" 優化調整及預防措施

3.1" 控制塔底溫度

塔底溫度調節的常用手段包括增加油漿下返塔量和降低返塔溫度^[7-9]，此外還可通過減少油漿上返塔量，增加分餾塔中段取熱量，來降低塔底熱負荷。UOP公司指出油漿上返塔量為裝置總進料量的1.2倍時，即可將反應油氣脫過熱并洗去油氣中夾帶的催化劑^[10]，本裝置在進料為230 t·h^-1時，油漿上返塔量為276 t·h^-1即可。因此工藝調整將油漿上返塔量降低，同時油漿下返塔量按量程上限控制，調整后的運行參數如表4所示。

由表4可以看出，調整后塔底溫度由340.6 ℃降至335.2 ℃，油漿泵的切換頻率也有所下降，證明該措施對減少油漿系統結焦是有效的。馬伯文^[11]等在催化裂化裝置技術問答上也指出原料油性質變差時，為避免油漿系統結焦塔底溫度也應同步降低，因此在當前原料油性質條件下，塔底溫度應控制在335 ℃以下，以減少油漿系統生焦。

分餾塔底溫度還與反應油氣溫度和油氣量有關。當反應溫度升高時，反應油氣溫度相應升高，因此根據原料油性質和油漿系統生焦情況，可適當降低反應溫度 ^[12]。還可以增加反應器終止劑的注入量，終止劑氣化吸熱能夠降低反應溫度使油氣溫度相應降低^[13]。此外本裝置在低負荷運行時發現即使維持較高反應溫度，油漿泵仍能維持較好的運行狀況，說明油漿生焦還與反應生成的油氣量有關。當處理量低時，生成的油氣量少，進入分餾塔的熱量少，塔底溫度降低，因此當塔底生焦頻繁時，可適當降低處理量來減緩生焦。

3.2" 優化原料性質

由于催化裂化反應本質上是一個氫的再分配過程，汽油等輕質油收率越高，會導致油漿等重質油氫含量變少性質變差，因此原料油性質直接影響到油漿的性質，原料油性質越差越容易發生結垢現象，是導致本裝置油漿系統結焦的根本原因。優化原料性質可聯系上游裝置適當減少摻渣量，降低原料油中的重組分含量^[14]，還有煉廠提出對催化原料中的重組分如膠質、瀝青質進行抽提，以得到優質的催化原料^[15]。

3.3" 改善油漿性質

油漿密度受原料油性質和塔底溫度的影響，一般來講油漿密度越高，含有的稠環芳烴越多，油漿系統結焦傾向增大。本裝置為了降低油漿密度，控制油漿外甩量不低于處理量的6%，并根據密度變化適度調整外甩量。此外還應避免回煉油的抽出溫度過高，同時提高中段回流量，保證塔底油漿中的輕組分含量。

油漿中含有的固體主要是上返塔油漿從反應油氣中洗滌下來的催化劑與稠環芳烴等結合生成的顆粒物，催化劑含量升高會加劇焦炭的生成。而油漿中催化劑粉塵的多少主要受反應器操作的影響，如兩器流化不暢、原料油帶水、旋風分離器故障等均會使催化劑跑損進入分餾塔，導致油漿固含升高^[16]。因此為避免油漿固含過高，應盡量保證反應器壓力平穩，加強對油漿固含的跟蹤分析，及時調整油漿外甩量。

3.4" 減少停留時間

油漿停留時間指油漿在分餾塔底的停留時間，停留時間長會增加油漿在塔底結焦的機會。增加油漿返塔量和外甩量會使油漿循環量增加，停留時間變短，但受設備性能等的影響本裝置油漿循環量調整幅度有限。因此根據以往計量數據假定油漿循環量為650 t·h^-1，分析了在分餾塔不同液位時的油漿停留時間如表5所示。

由表5可以看出，隨著液位的降低，油漿的停留時間逐漸減少^[17]。為了縮短油漿停留時間減少結焦，工藝調整將分餾塔底液位由之前的50%降至40%，油漿的停留時間降至6 min以內。

3.5" 合理使用塔底攪拌介質

油漿在分餾塔的停留時間只是一個平均時間，在塔底抽出口附近還存在有緩流區和死區，催化劑粉塵和稠環芳烴等在此區域停留時間長，會縮合生成大量高分子聚合物。為了避免此類情況的發生，本裝置在塔底設有攪拌蒸汽，另從油漿下返塔引一路油漿作為塔底攪拌油漿，攪動油漿抽出口附近的死區，從而減少稠環芳烴在緩流區富集。

3.6" 控制油漿流速

油漿在低流速部位會增加稠環芳烴聚合的機會，尤其是在換熱器等低溫區域油漿溫度變低黏度增大，更容易結焦。徐學明^[18]等在油漿換熱器入口注入沖洗油，當油漿在換熱器內的流通阻力增大時，注入的低溫沖洗油遇到高溫油漿后迅速氣化增加了油漿的瞬時速度，實現對油漿低流速區域的沖洗。本裝置配備有三臺油漿蒸汽發生器，為了提高油漿在換熱器中的流速，避免油漿在換熱器內結焦，在裝置正常運行時僅投用兩臺換熱器，且維持換熱器副線開度不超過1%。經過計算本裝置油漿流速維持在1.3 ～ 1.4 m·s^-1，在正常范圍內，且根據油漿蒸汽的發生量也說明油漿換熱器運行狀況良好。

3.7" 注入阻垢劑

油漿系統含有大量稠環芳烴，很多情況下僅靠工藝調整對油漿系統結焦狀況的改善是有限的。阻垢劑能阻止油漿中的催化劑粉塵、顆粒物等的聚集，避免大顆粒物的生成，減緩油漿系統結焦^[19]，多套裝置已經證明油漿阻垢劑的注入是有效且很有必要的^[20]。油漿阻垢劑在使用時要考慮到注入量、注入頻率、加注方式、阻垢劑的類型等因素，本裝置在開工循環時連續注入油漿阻垢劑，避免初期焦炭的生成。

4" 結 論

本裝置油漿系統結焦的主要原因是原料油性質變重、油漿密度增加、塔底溫度升高導致油漿結焦傾向增加，形成的焦炭顆粒物堵塞油漿泵入口過濾器，影響裝置的平穩運行。通過控制油漿下返塔量在量程上限、上返塔量為總進料量的1.2倍，塔底溫度不超過335 ℃，塔底液位控制在40%，控制油漿外甩量不低于處理量的6%等措施，使油漿結焦趨勢減弱，油漿泵切換頻率降低。未來原料油性質勢必會越來越差，針對油漿系統結焦提出優化原料油性質、提高油漿流速、合理使用塔底攪拌介質、注入油漿阻垢劑等方式來減少生焦，增加催化裂化裝置運行的穩定性。

參考文獻：

[1]" 彭國峰，黃富，沈興，等．催化裂化油漿系統運行分析及優化措施[J].煉油與化工， 2020， 31（3）： 13-15.

[2]" 陳東波，姜鑫禎，魏崇，等．催化裂化裝置結焦原因分析及防治措施[J]. 遼寧化工， 2016， 45（05）： 578-579.

[3]" 張愛芳．催化裂化裝置油漿系統結焦的分析與對策[J].延安大學學報（自然科學版）， 2011， 30（3）： 101-105.

[4]" 李鵬．催化裂化裝置結焦問題的探討[J].石油煉制與化工， 2003 （4）： 31-34.

[5]" 劉奎生，綦敬，郭麗光．催化裂解裝置油漿系統結焦原因分析[J].當代化工， 2004 （3）： 150-152.

[6]" 張鵬，祁靜，陳奇強，等．玉門煉廠80萬t/a重油催化裂化裝置分餾系統結焦的原因和控制措施[J].當代化工， 2013， 42（8）： 1161-1162.

[7]" 劉再立，梁頂華，趙勇．FCC裝置油漿系統結焦原因分析及對策[J].河南化工， 2004 （1）： 33-34.

[8]" 李兆賢，李彥龍，侯和乾．MIP重油催化+LTAG工藝油漿系統長周期運行及油漿系統事故處置[J].中外能源， 2023， 28（8）： 88-92.

[9] 雙躍．永坪煉油廠催化裝置油漿系統結焦問題分析對策[J].中國石油和化工標準與質量， 2012， 33（11）： 289.

[10]" 汪青青，高慶軍，艾克利．重油催化裂化油漿系統結焦分析及優化措施[J].廣東化工， 2013， 40（6）： 96-97.

[11]" 馬伯文，馬曉君，秦翔．催化裂化裝置技術問答[M].北京： 中國石化出版社， 2003.

[12]" 張利廣．分餾塔油漿系統結焦問題分析及處理[J].山東化工， 2017， 46（22）： 87-88.

[13]" 郭大鵬，萬曉楠．催化裂化裝置反應分餾系統結焦問題解決方案[J].當代化工， 2010， 39（6）： 667-670.

[14] 楊恩寧，金光旭，高巖．催化裂化分餾塔結焦原因及預防措施[J].中國石油和化工標準與質量， 2017， 37（22）： 119-121.

[15] 李振林．油漿系統結焦原因及解決提案[J].化工管理， 2016 （18）： 117.

[16] 何濤，何立柱，鄭云鋒，等．催化裂化裝置油漿固體質量濃度升高原因分析及對策[J].石化技術與應用， 2022， 40（2）： 126-131.

[17] 李法軍.石化企業催化裂化裝置結焦原因及解決對策研究[J].遼寧化工， 2023， 52（7）： 1006-1008.

[18]" 徐學明，殷賢，楊書忠，等．催化裂化油漿系統結焦的分析及優化措施[J].河南化工， 2006 （5）： 28-29.

[19]" 李斌，王仲來.催化裂化油漿結焦原因及對策討論[J].石化技術， 1998， （3）： 20-21.

[20]" 陸軍．SF-2油漿阻垢劑在重油催化裝置的應用[J].遼寧化工， 2013， 42（10）： 1241-1243.

Cause Analysis and Optimization Measures of Coking in

Slurry System of Catalytic Cracking Unit

HOU Zhilong

（Sinopec Yangzi Petrochemical Co.， Ltd.， Nanjing Jiangsu 210044， China）

Abstract： The coking situation of slurry oil system in FCC unit， the phenomenon of filter blockage at the inlet of slurry oil pump and its treatment measures were introduced. Combined with the influencing factors of slurry oil system in the production process， the causes of coking in slurry oil system were compared and analyzed. It was proposed that measures such as lowering the bottom temperature， shortening the residence time of slurry oil and increasing the amount of slurry oil thrown out should be taken to reduce coking and ensure the long-term operation of FCC unit.

Key words： Catalytic cracking; Oil slurry; Coking; Tower bottom temperature