FCC裝置再生斜管流化異常分析與調整

摘 """""要： 分析了重疊式FCC再生裝置再生斜管流化異常的原因，通過調整催化劑細粉含量、第二再生器催化劑藏量、調配松動點蒸氣量，再生滑閥壓降由14"kPa提高至25"kPa，滑閥開度由45o關至40o，反應溫度波動的波動范圍控制在±1.5"℃內，解決了再生斜管流化不穩定問題，提高了裝置平穩運行水平。。

關 "鍵 "詞：催化裂化；再生斜管；松動點；滑閥壓降

中圖分類號： TE624.4 """"文獻標志碼： A """"文章編號： 1004-0935（2025）03-0441-04

中國石化青島石油化工有限責任公司1.4"Mt?a^-1催化裂化裝置（FCC）采用MIP^[1-2]技術，以減壓蠟油為原料，以汽油及丙烯、異丁烯低碳烯烴為目的產品。反應再生系統采用全同軸布置，自上而下依次為沉降器、第1再生器、第2再生器。裝置于2023年3月25日出現再生斜管流化不穩定問題，表現為再生滑閥壓降在11～15"kPa頻繁波動且低于工藝控制15"kPa指標，滑閥開度開至45o，提升管一反出口溫度波動幅度達8"℃，同時再生斜管存在振動，嚴重威脅裝置運行。

再生斜管輸送催化劑的操作對于維持催化裂化裝置的催化劑循環至關重要，是裝置再生路線的重要組成部分^[3]。一方面，經過燒焦后的再生催化劑經過再生斜管輸送至反應器，并將活性中心及和熱量能提供給原料油，經整流后進行反應，保證連續燒焦；另一方面，催化劑經再生斜管的過程是從低壓端流向高壓端，是負壓差運行。為阻止反應器處的油氣反竄進入再生器造成惡性事故，這就需要在斜管內形成一定顆粒質量濃度和一定高度的顆粒料柱實現料封，并且提供足夠的蓄壓推動力進行排料。再生斜管內催化劑的流化狀態和床層表觀氣速有關。斜管內表觀氣速小于初始流態化速率時，催化劑流態為填充流態，斜管內無氣泡，壓降低；當表觀氣速大于初始鼓泡速率時，催化劑的流態為鼓泡流態，斜管內有氣泡形成，壓降大；當初始流化速度＜表觀氣速＜初始鼓泡速度時，催化劑流態為散式流化床，斜管內無氣泡且壓力降大^[4-5]。工業實踐表明，影響再生斜管內催化劑流態化受催化劑性質、再生斜管輸送工況、裝置運行負荷、兩器壓力平衡、松動蒸氣量、再生器床層料位高度等眾多因素影響，其中再生斜管輸送工況是影響其流化的主要因素，入口攜帶氣體量和松動點的配置，若不合理將導致催化劑在斜管呈現鼓泡床流化，氣體量太多會在再生斜管形成大氣泡，匯集形成溝流與催化劑相向運動，進而阻礙催化劑向下流動，導致催化劑流化不穩定^[6-9]。

1 "再生斜管流化異常原因分析

1.1 "催化劑性質的影響

催化裂化裝置三器循環再生使用的催化劑物理性能主要由催化劑的比表面積、孔徑大小、堆比、磨損指數等，其中這些物理性質主要影響催化劑的流化性能。從常規來分析催化劑的流化性能，堆比小的催化劑流化性能優于大堆比催化劑，密度較大的催化劑因為其初始流化的速度明顯高，大密度催化劑的最小流化速度和鼓泡速度之間的范圍區間與小密度催化劑相比較窄。大密堆比催化劑受自身性質限制，它的比表面積、孔體積與小密度催化劑相比均較小。

近期裝置加注催化劑種類摻有SF-100催化裂化多功能裂解助劑，日常生產時主要加注CGP-1QD牌號催化劑。兩種牌號催化劑的化驗數據見表1。從表1中可以看出，SF-100催化劑與CGP-1QD催化劑相比，SF-100催化劑的堆密度為0.915"g?mL^-1，高于CGP-1QD催化劑15.82%。SF-100催化劑比表面積為162.2"m²?g^-1，而CGP-1QD催化劑比表面積為271 m²?g^-1。SF-100催化劑孔體積為0.12 mL·g^-1，明顯小于CGP-1QD催化劑孔體積的0.35 mL·g^-1，因此，SF-100催化劑在使用過程中會存在脫氣問題，難以保持良好的持續充氣流動性能，特別是當此催化劑在系統中占有一定藏量后，催化劑在通過再生滑閥產生節流作用后，催化劑循環的脫氣性能更難保持。

1.2 "再生器床層料位高度影響

再生路線催化劑循環的推動力包括二再密相床及稀相床中催化劑自身重量所形成的靜壓，增加二再催化劑藏量、提高催化劑床層高度可以提高再生路線推動力，結合裝置催化劑流化異常時，預提升段密度及提升管總壓降可以推斷，催化劑在再生路線上流化受阻，催化劑“卡”在再生斜管無法進入反應器，所以提高再生路線推動力、降低阻力可能會使催化劑異常流化狀況有所改善。

1.3 "松動點及松動蒸氣量影響

催化劑在再生斜管中輸送的原理是依靠催化劑重量產生的靜壓差，屬于密相下流，為防止壓實，保證催化劑向下流動過程中穩定，并保持良好的推動力，再生斜管器壁上需要配備適量的松動點，但一般情況下不需要大量的松動介質，避免過大形成溝流影響催化劑流化，松動氣量過多會形成氣阻，氣泡脫除后形成空位而限制催化劑流動，松動點的量僅需要使催化劑處于接近起始流化狀態為最佳松動量。從理論上講，煙氣的壓縮量應當等于氣體通入量，松動氣量較少則抵消不了氣體被壓縮的影響，催化劑易發生失流化架橋，摩擦損失壓力降大幅增加導致推動力不足。

裝置再生斜管松動點布置圖見圖1，其中1號、2號、3號、4號松動點設計流量均為25"kg?h^-1，均由孔徑3"mm限流孔板控制松動蒸氣流量。1號1、2點均投用，2號投用1點，3號投用1點，4號未投用，5號為提升管預提升段流化蒸氣，由孔徑12"mm的限流孔板控制， 流量為400"kg?h^-1。

2 "調整措施

2.1 "調整過程時間節點

3月25日再生斜管流化出現異常后立即進行了工藝調整，至3月29日流化恢復正常，調整過程時間節點見表2。

2.2 "催化劑方面

裝置當前所加注的催化劑中混有SF-100裂解助劑，該催化劑是丙烯助劑，與CGP-1QD催化劑相比，活性組分為擇型分子篩，主要用來大幅度提高液化氣收率，尤其是丙烯收率。因當前催化劑罐中加注到混有SF-100催化劑位置，無法進行CGP-1QD催化劑的加注置換，因此只能從其他方面采取措施改進大密度催化劑的流化狀態。

2.3 "提高第二再生器催化劑藏量及噴入燃燒油

提高床溫

將第一再生器中的部分催化劑轉入二再，提高二再催化劑藏量，相應的稀相、密相床產生的靜壓提高，再生線路推動力增大，由壓力平衡可知，推動力增大使再生滑閥壓降增大，使通過再生滑閥的催化劑流動更趨于穩定，降低再生滑閥壓降的波動范圍。

再生斜管在流化存在異常時，因催化劑循環量不能保持穩定，為避免油劑接觸溫度發生大幅度波動，通過噴入燃燒油提高再生器床溫。3月25日投用第一再生器燃燒油，3月27日投用第二再生器燃燒油，緩慢將第一再生器燃燒油流程去除。

2.4 "松動蒸氣量的計算與分配

2.4.1 "再生煙氣夾帶量計算

再生煙氣夾帶量計算所需數據見表3。

再生煙氣夾帶由下式計算：

式中：V—催化劑攜帶的氣體量，m³?h^-1；

G_cat—催化劑循環量，t?h^-1

ρ^B—輸送管內的催化劑表觀密度，kg

ρ^p—催化劑顆粒密度，kg?m^-3。

由公式可知，再生煙氣夾帶量與再生斜管密度成反比，由圖2再生斜管密度變化曲線可知，近期再生斜管密度呈下降趨勢，在反應溫度與裝置處理量穩定情況下，進入再生斜管中催化劑再生煙氣夾帶量增加。

催化劑循環量取熱平衡法（考慮焦炭脫附熱）計算數值為1"119.36"t?h^-1，平衡劑顆粒密度取經驗值1"400"kg?m^-3，再生斜管內密度取DCS數據470 kg?m^-3。3月25日，催化劑攜帶的氣體量V=1"000×1"119.36×（1/470-1/1"400）=1"582 m³?h^-1。若不及時對再生斜管松動點蒸氣進行調整，有可能造成再生斜管內產生氣泡，在氣泡的匯聚與破碎過程中使催化劑流化變得不穩定。

2.4.2 "松動蒸氣量的計算

正松動蒸氣量是由催化劑循環量、輸送催化劑的管線內徑D、管線總長度L而確定的，其計算公式為：

Q_總=k（lnW_s）（D/B）²（L/C），

式中：Q—總松動風（汽）量，m³?h^-1；

k—比例系數；

B—模型參數，mm；

c—模型參數，m。

可以看出，松動風（氣）量又與管徑大小、管線總長度成正比；催化劑的循環量越大通入的松動介質越多。

催化裝置再生斜管直徑為900"mm，長度為11.55"m，催化劑循環量采用熱平衡法計算為1"119.36"t?h^-1，計算得出總松動蒸氣用量應為529.5 m³?h^-1，松動點蒸氣介質采用0.8"MPa，240"℃蒸氣，此溫度壓力條件下蒸氣密度為3.48"kg?m^-3，轉化為質量流量為152"kg?h^-1，再生斜管發生流化異常時，松動蒸氣總計投入量為100"kg?h^-1，不滿足松動蒸氣應投入量。

3月26日開始提升管底流化蒸氣副線閥，該副線閥為DN40"mm閥門，蒸氣流速按照經驗值15～20"m?s^-1計算，得投用5號點副線流程后，5號點提升管底流化蒸氣增加量為19.5～26"kg?h^-1，3月29日投用4號1，2松動點。投用后，再生斜管總松動蒸氣流量為150"kg?h^-1，達到松動蒸氣理論計算值。

3 "改進后實施效果

改進措施實施前后再生滑閥壓降和反應溫度的波動情況分別見圖3和圖4。由再生滑閥壓差波動曲線可知，通過以上措施后，再生滑閥壓差明顯提升，由14"kPa提高至25"kPa，且再生滑閥壓差波動無明顯突刺，波動幅度在±2"kPa內。反應溫度波動幅度由最大的12"℃降至1.5"℃，反應溫度大幅波動情況消失。

圖3 "再生滑閥壓降變化曲線

圖4 "反應溫度變化曲線

調整前后與再生斜管流化異常時各單元標志性操作參數見表4。從表4可以看出，再生斜管流化正常后，裝置新鮮原料加工量提高至135.94 t?h^-1，反應溫度控制在520"℃較為平穩。提升管總壓降有所下降，與波動前相比下降3.5"kPa，再生斜管投用松動蒸氣后，再生斜管流化回歸正常，再生滑閥壓降提高至25"kPa，說明了再生線路推動力增加。沉降器、再生器藏量、反應壓力調節回波動前水平，兩器壓差與波動前相比增長1.8"kPa，裝置操作彈性明顯增加。

4 "結 論

通過提高第二再生器藏量，調整松動點蒸氣注入量措施，再生滑閥壓降由14"kPa提高至25"kPa，滑閥開度由45o關至40o，反應溫度波動的波動范圍控制在±1.5 ℃內，解決了再生斜管流化不穩定問題，提高了裝置平穩運行水平。

參考文獻：

[1]"許友好，"張久順. 生產清潔汽油組分的催化裂化新工藝MIP[J]."石油煉制與化工，"2001，"32（8）："1-5.

[2]"許友好，"張久順，"徐惠，"等."多產異構烷烴的催化裂化工藝的工業應用[J]. 石油煉制與化工，"2004，"34（11）："1-6.

[3]"陳俊武."催化裂化工藝與工程[M]."北京："中國石化出版社，"2005.

[4]"盧春喜，"王祝安."催化裂化流態化技術[M]."北京："中國石化出版社，"2002.

[5]"金涌，"祝京旭，"汪展文，"等."流態化工程原理[M]."北京：清華大學出版社，"2001.

[6]"李玉飛，"王明東，"侯玉寶，"等."R2R型催化裂化裝置流化問題探究[J].煉油技術與工程，"2019，"49（12）："31-32.

[7]"王志軍，"尤克偉."催化裂化裝置MIP技術改造后反應溫度波動原因分析及改進[J]."石油煉制與工程，"2008，"39（8）："11-13.

[8]"鄭從武."蠟油催化裂化裝置流化問題探討[J]."煉油技術與工程，"2005，"35（3）："25-27.

[9]"許友好，"李寧，"華仲炯."催化裂化工藝技術手冊[M]."北京："中國石化出版社，"2018.

Analysis and Adjustment of Abnormal Fluidization in Regeneration Inclined Tube of FCC Unit

XU Meng，"SONG Yiwei，"WEI Yuyong， LIU Fei

（Qingdao Petrochemical Co."Ltd.， SINOPEC，"Qingdao Shandong 266043，"China）

Abstract： The causes of abnormal fluidization in the regeneration inclined tube of an overlapping FCC regeneration device were analyzed. By adjusting the content of fine catalyst powder， the amount of catalyst stored in the second regenerator， and allocating the amount of steam at the loose point， the pressure drop of the regeneration slide valve was increased from 14 kPa to 25 kPa， the opening of the slide valve was closed from 45 degree to 40 degree， and the fluctuation range of the reaction temperature fluctuation was controlled within ± 1.5 ℃， which solved the problem of unstable fluidization in the regeneration inclined tube and improved the stable operation level of the device.

Key words："Catalytic cracking; Regenerative inclined tube; Loose points; Spool valve pressure drop