催化裂化油漿系統(tǒng)結(jié)焦原因及對(duì)策

1、催化裂化油漿系統(tǒng)結(jié)焦原因及對(duì)策摘要：催化裂化裝置隨著原料的重質(zhì)化，結(jié)焦現(xiàn)象趨于嚴(yán)重，成為影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要因素之 油漿系統(tǒng)結(jié)焦嚴(yán)重影響裝置后期的平穩(wěn)運(yùn)行。文章提岀了治理對(duì)策，可供同行借鑒。關(guān)鍵詞：催化裂化，結(jié)焦原因，治理對(duì)策，長(zhǎng)周期運(yùn)行，油漿系統(tǒng)近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外原油的重質(zhì)化和劣質(zhì)化，催化裂化在原油深度加工、 提高輕質(zhì)油收率與煉油廠經(jīng)濟(jì)效益等方面一直發(fā)揮著重要作用，發(fā)展極為迅速。由于渣油具有較大的結(jié)焦傾向，我國(guó)多數(shù)煉油廠的催化裂化裝置都發(fā)生過嚴(yán)重的結(jié)焦?！按呋鸦瘏f(xié)作組”的專題調(diào)研報(bào)告顯示1，重油催化裂化提升管、沉降器及分餾系統(tǒng)中結(jié)焦非常普遍且嚴(yán)重，特別是沉 降器結(jié)焦對(duì)催化裂化裝置的影響

2、最為嚴(yán)重。因結(jié)焦造成工業(yè)裝置非計(jì)劃停工次數(shù)幾乎占總停工次數(shù)的2/3，是重油催化裂化工業(yè)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)的嚴(yán)重制約因素，直接影響到催化裂化 裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行和煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)研究者對(duì)重油催化裂化裝置的結(jié)焦做了大量研究工作，并取得了一定成果。公司催化裂化裝置停工檢修發(fā)現(xiàn)，結(jié)焦嚴(yán)重主要集中在油漿系統(tǒng)，而并非是沉降器（如下圖）。圖 油漿換熱器213及油漿備用泵209出口管線結(jié)焦情況1油漿系統(tǒng)結(jié)焦機(jī)理催化裂化裝置因其重油、高溫的工藝特點(diǎn)，決定了結(jié)焦的客觀性。油漿系統(tǒng)結(jié)焦的機(jī)理： 油漿結(jié)焦物由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成。有機(jī)物主要由各類重質(zhì)烴縮聚物組成，無(wú)機(jī)物主要是催化劑粉末。油漿中多環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)

3、等各類不飽和烴在高溫下，由氧和金屬引發(fā)催化作用，容易脫氫產(chǎn)生芳烴自由基， 通過自由基鏈反應(yīng)而產(chǎn)生高分子聚合物。隨著聚合物和縮合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量的不斷增大，其在介質(zhì)中的溶解度逐漸減小，析出后黏附在設(shè)備表面，當(dāng)遇到催化劑時(shí)，易聚集成顆粒，已經(jīng)黏附在表面的聚合物也能起到捕獲劑的作用，力口 快顆粒的沉積和生焦。2油漿系統(tǒng)結(jié)焦部位及分析分餾系統(tǒng)的結(jié)焦部位主要發(fā)生在分餾塔底部舌形塔盤、人字擋板、塔底、油漿泵入口、油漿管線及油漿換熱器等部位。分餾及油漿系統(tǒng)的結(jié)焦最初表現(xiàn)在油漿循環(huán)量下降，致使分餾塔底熱量取不出來(lái)，分餾塔氣液相超溫，結(jié)焦趨勢(shì)增加，容易形成惡性循環(huán)。一般認(rèn)為， 催化裂化原料的性質(zhì)、油漿的性質(zhì)

4、、分餾塔底溫度、油漿停留時(shí)間、催化劑含量及流動(dòng)狀態(tài)、 油漿流速、操作波動(dòng)等各種因素相互作用是油漿結(jié)焦的主要原因。從上圖可以看出油漿備用泵出口管線結(jié)焦堵死，主要原因是備用機(jī)泵切換頻率過低，預(yù)熱線孔板過小，預(yù)熱不均勻?qū)е掠蜐{備用泵出口結(jié)焦。所以增大備用機(jī)泵的切換頻率和加大預(yù)熱線的孔板，可以避免高溫油漿在備用機(jī)泵管線上的結(jié)焦。2.8Mt/a催化油漿循環(huán)量大約維持在600-800t/h 。由此可以計(jì)算出，油漿在不同循環(huán)量和分餾塔不同液面下的停留時(shí)間及在換熱設(shè)備上的線速度。計(jì)算結(jié)果見表一和表二。從表一可以看出，在油漿液面50%裝置在油漿循環(huán)量在w 600t/h時(shí)，油漿在分餾塔的 停留時(shí)間為5.85min

5、 ;油漿循環(huán)量在800t/h 時(shí)，油漿在分餾塔的停留時(shí)間w4.39min。而且油漿液面只要超過80%在油漿循環(huán)量正常的情況下，停留時(shí)間都5min,在分餾塔的停留時(shí)間過長(zhǎng)，容易造成分餾塔底結(jié)焦。因此，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)深度，將分餾塔液面控制在 50%下，油漿循環(huán)量控制在 600t/h以上，可以降低油漿在分餾塔的停留時(shí)間，從而可以避免油漿在高溫下因停留時(shí)間過長(zhǎng)而發(fā)生的結(jié)焦。表一 油漿在分餾塔的停留時(shí)間（油漿密度按330C平均826kg/m-3）項(xiàng)目油漿循環(huán)量600t/h油漿循環(huán)量800t/h體積/m3停留時(shí)間/min體積/m3停留時(shí)間/min液面5%30.832.5430.832.5920%44.173

6、.6544.172.7450%70.845.8570.844.3980%95.508.0595.506.04100%115.289.53115.287.14從表二可以看出，催化油漿在通過原料換熱器時(shí)的線速度在0.9至1.2m/s，在正常范圍內(nèi)。所以開工前四年以來(lái)油漿原料油換熱器運(yùn)行正常，只是到了后期由于油漿溫度高導(dǎo)致其結(jié)焦。油漿蒸汽發(fā)生器在長(zhǎng)嶺2.8Mt/a催化裂化裝置中，采取單臺(tái)運(yùn)行、兩臺(tái)并聯(lián)和三臺(tái)并聯(lián)的運(yùn)行方式。但主要的運(yùn)行方式是單臺(tái)運(yùn)行或者兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。從表二可以看出在兩臺(tái)油漿蒸汽發(fā)生器并聯(lián)運(yùn)行，油漿循環(huán)量在600至800t/h時(shí)，油漿蒸汽發(fā)生器的線速度都v1.0m/s ,只有在單臺(tái)運(yùn)行

7、的情況下油漿蒸汽發(fā)生器的線速度才1.0m/s。較低的線速度導(dǎo)致油漿容易在換熱器及蒸汽發(fā)生器上粘結(jié)，是導(dǎo)致油漿蒸汽發(fā)生器結(jié)焦的直接原因。所以在蒸汽發(fā)生器負(fù)荷正常的情況下，可以采取單臺(tái)運(yùn)行方式，控制油漿在蒸汽發(fā)生器的線速度，從而可以避免油漿在高溫下因線速度過小而發(fā)生的結(jié)焦。3表二 油漿在換熱器中的線速度（油漿密度按330 C平均826kg/m ）項(xiàng)目油漿與原料換熱器E212A/B油漿蒸汽發(fā)生器E213A/B/C單臺(tái)流通面積（油0.08270.1250漿）/m2油漿循環(huán)量/t.h -1600800600800不同換熱流程的線速度/m.s -1單臺(tái)1.191.59兩臺(tái)并聯(lián)0.600.79三臺(tái)并聯(lián)0.4

8、00.53兩臺(tái)串聯(lián)0.901.20從近幾年結(jié)焦的情況來(lái)分析，油漿系統(tǒng)結(jié)焦原因除了線速之外還有就是外取熱的泄漏。 從2013年以來(lái)，外取熱系統(tǒng)出現(xiàn)過三次大量泄漏、幾次小泄漏。外取熱泄漏期間，油漿固 含量、灰分明顯都超過工藝指標(biāo)。油漿系統(tǒng)大量的催化劑會(huì)加速油漿系統(tǒng)結(jié)焦而且會(huì)堵塞換 熱器，所以必須控制外取熱的泄漏避免催化劑的跑損，防止油漿系統(tǒng)在高溫下因催化劑的跑損固含量高而發(fā)生的結(jié)焦。2.1 影響分餾塔及油漿系統(tǒng)結(jié)焦的因素分餾塔及油漿系統(tǒng)結(jié)焦因素如下：油漿性質(zhì)。隨著油漿中的多環(huán)芳烴含量的增加，油漿相對(duì)密度和黏度增大，流動(dòng)性變差；油漿中稠環(huán)芳烴和不飽和烯烴在高溫下很容易發(fā)生縮 合反應(yīng)，生焦能力強(qiáng)。塔底

9、溫度。分餾塔塔底溫度是導(dǎo)致油漿系統(tǒng)結(jié)焦的關(guān)鍵因素。隨著塔底溫度的升高，輕餾分逐漸蒸發(fā)，油漿濃縮，黏性增加，生焦性能增強(qiáng)。當(dāng)溫度升高到一 定值時(shí)，熱裂化和聚合反應(yīng)速度會(huì)變得很快。當(dāng)油漿在某一高溫下停留時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，油漿中將有焦炭生成。停留時(shí)間。分餾塔底部是一個(gè)平坦的緩流區(qū)，當(dāng)積存一部分催化劑和焦時(shí)，油漿在此區(qū)域的停留時(shí)間會(huì)遠(yuǎn)超過平均停留時(shí)間，油漿中的稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等就會(huì)和夾帶的催化劑顆粒一起沉積，最終形成包含催化劑粉末的焦塊。油漿流速。由于油漿中芳烴和膠質(zhì)含量較高，在高溫下極易發(fā)生聚合反應(yīng)，油漿在管道中的流速過低時(shí)， 停留時(shí)間延長(zhǎng)，油漿中夾帶的催化劑和重組分就會(huì)沉積于管線底部，發(fā)生熱裂化

10、和結(jié)焦反應(yīng)。催化劑及油漿固體含量的影響。隨著催化裂化進(jìn)料的重質(zhì)化和低氫轉(zhuǎn)移活性超穩(wěn)分子篩催化 劑的使用，一部分原本可能生焦的重芳烴不成焦而以稠環(huán)芳烴形式富集于油漿中，從而加重塔底的結(jié)焦問題。油漿中含有催化劑顆粒，當(dāng)油漿流速低或停留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，催化劑顆粒發(fā)生沉降成為油滴聚集的中心，促使結(jié)焦發(fā)生，固含量增大使結(jié)焦性能增強(qiáng)，油漿換熱器系統(tǒng)的普通結(jié)垢機(jī)理為含炭催化劑顆粒的重力沉降。塔的底部存在緩流區(qū)和死區(qū)。從分餾塔底的橢圓形來(lái)看，其中的油漿抽出口附近是相對(duì)平坦的，其角度也遠(yuǎn)小于催化劑流動(dòng)休止角， 客觀上是一個(gè)催化劑積存的條件，一旦有催化劑在塔底沉積就很難再?gòu)氐妆灰后w油帶走，這樣就造成了分餾塔底的一個(gè)高

11、含催化劑顆粒的緩流區(qū)或死區(qū)，油漿在塔底流動(dòng)線速不均一， 為垢物團(tuán)的重力沉積和結(jié)焦創(chuàng)造了必要條件。2.2 相應(yīng)對(duì)策防止分餾塔及油漿系統(tǒng)結(jié)焦的措施如下：（1）控制好分餾塔塔底溫度和塔底油漿停留時(shí)間。采用較低的分餾塔塔底溫度可以降低聚合生焦反應(yīng)的速度。長(zhǎng)嶺2.8Mt/a催化裂化裝置從2010年開工以來(lái)，分餾塔底溫度控制在320340 C,油漿系統(tǒng)正常。但是運(yùn)行到后期由于油漿蒸汽發(fā)生器結(jié)焦嚴(yán)重，分餾塔底溫度升至350360 C。嚴(yán)重影響裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)。所以必須控制好分餾塔塔底溫度，主要措施有降低循環(huán)油漿返塔溫度，加大油漿返塔下返塔量等，此外引一股急冷油（油漿或回?zé)捰停?duì)塔底進(jìn)行急冷，既可加強(qiáng)對(duì)塔底的沖涮，防止 催化劑在分餾塔底的緩流區(qū)堆積，又可使塔底油漿快速降溫，防止油漿重組分高溫聚合。分餾塔塔底宜保持較低的分餾塔液面（30%45%）和較短的停留時(shí)間（小于 5 min ）,液面高，油