重油催化裂化結焦原因及改進措施

張偉

（中國石油哈爾濱石化公司）

摘 要：本文主要以某商家生產的重油催化裂化裝置作為主要論述對象，該設備的裝置原料主要是以海洋重質環(huán)烷基渣油為主。相關人員在對重油進行加工的過程中，生焦量大概占據(jù)進料量的一小部分，并且會受到各種因素產生的影響，有時候所帶帶來的影響會給裝置的順利運作帶來不利影響?；诖?，從以下幾個方面對重油催化裂化結焦的原因進行分析，并且依據(jù)多年經驗提出恰當?shù)奶幚硎侄?，提供給相關人士，供以借鑒。

關鍵詞：重油催化裂化；沉降器；霧化蒸汽；結焦；原因

某商家生產的重油催化裂化裝置是在近幾年開始使用的，反應器的安裝是采取同軸的方式進行布置的，系統(tǒng)的總體高度大概為57m，并采取器內再生燒焦的形式。對于旋分器的出口來說，是不具有水平擋板的，沉降器的上面一般都會安有防焦蒸汽。提升管的整體長度大概為44m，設置適量的油噴嘴。在實際加工的時候，裝置如果是在順利生產的時候所生成的焦量通常是接近10%的進料量，會在某種程度上受到不同環(huán)境帶來的影響，有時候還會出現(xiàn)焦塊的情況，從而對設備帶來嚴重的危害。

1 焦塊的外觀特性及產生方式

1.1 焦塊的外觀特性

根據(jù)焦塊的外觀特性，可把焦劃分為軟焦和硬焦兩類。軟焦表面為黑灰色，焦塊松散，易粉碎，含有大量催化劑顆粒，焦塊內部呈層狀結構，含有空隙部分，焦的主體是催化劑顆粒。軟焦多發(fā)生在沉降器內壁、旋風分離器外壁等油氣流速較低或相對靜止的區(qū)域。裝置檢修時，發(fā)現(xiàn)沉降器旋分料腿全部被焦包裹，直徑增加了近2倍。結焦主要為軟焦，軟焦在沒有空間約束的條件下，可以形成尺寸很大的焦塊。若在結焦過程中，油氣液滴的量逐漸增大并沉積，則軟焦會趨于硬化。軟焦的結焦量很大，也是危害最大的一種焦。

1.2 焦塊的產生方式

根據(jù)焦的產生方式，可以劃分為以下4類：（1）催化焦：烴類在催化劑活性中心上反應時生成的焦，其氫/碳質量比較低，約為0.4。（2）附加焦：原料中的生焦前身物（主要是膠質、瀝青質等高沸點、稠環(huán)芳烴化合物）在催化劑表面或其他表面上脫氫縮合反應生成的焦。（3）可汽提焦：也稱劑/油比焦，在汽提器內因汽提不完全而殘留在催化劑上的重組分烴類生成的焦，其氫/碳比較高。可汽提焦的量與汽提器的汽提效率、催化劑的孔結構狀況等因素有關。（4）污染焦：重金屬沉積在催化劑的表面上，促進油氣脫氫縮合反應而產生的焦。

重油催化裂化裝置原料的摻渣比基本保持在70%以上，原料性質見表1。從原料性質可以看出，原料相對密度大，殘?zhí)恐蹈哌_8%以上，膠質、瀝青質均較高，芳烴達到了30%以上，是典型的海洋重質環(huán)烷基催化料。而膠質中的芳碳約85%～92%轉化為焦炭，提升管內油劑混合溫度在550℃以下，因此重油噴在催化劑表面時不能完全汽化，部分以液相形式存在，為結焦提供了前提條件，膠質和瀝青是比重芳烴更重的餾分，含有5個以上芳環(huán)，屬于稠環(huán)芳烴結構，在高溫反應過程中主要是脫氫縮合反應生成焦炭，本裝置結焦應以附加焦為主。

2 結焦產生的原因及改進措施

2.1嚴格控制噴油時機

以往催化裂化裝置開工時，提升管噴油時機主要是以提升管反應溫度為參照，即達到550℃時啟動進油程序。此時容易出現(xiàn)提升管溫度與沉降器溫度不一致的情況，造成原料噴入后，催化劑熱量被原料及霧化蒸汽吸收進入沉降器，致使沉降器溫度降低，反應后油氣中的重組分就會冷凝黏附在沉降器內結焦。經嚴格控制后，開工時催化劑循環(huán)流化，當達到噴油溫度（550℃）時，盡量將溫度維持一段時間后再噴油，確保整個系統(tǒng)溫度恒定。從提升管開始噴油一直到正常進料量，始終保持出口溫度高于正常生產時的溫度。

2.2 提高霧化蒸汽品質

由于催化裂化是屬于氣固接觸反應，這樣就促使催化原料所具有的高沸點組分實現(xiàn)不了全部氣化的目的，這種情況會在提升管上面出現(xiàn)“濕催化劑”的情況，逐漸發(fā)生結焦的情況。產生這種現(xiàn)象除了與噴嘴的種類及其安裝方面的因素之外，還和霧化蒸汽質量有著密切的聯(lián)系。相關人員在對裝置改造的前期階段，所選擇的霧化蒸汽主要來源于1.0MPa低壓蒸汽管網，而溫度一般控制在大概215%的范圍。因為在整個場子中所具有的低壓蒸汽管網會頻繁出現(xiàn)波動的情況，這樣就不能確保霧化蒸汽壓力。當經過改造完成以后，霧化蒸汽主要采取的是低壓蒸汽，這樣可以確保蒸汽壓力實現(xiàn)穩(wěn)定的性能，并且霧化蒸汽所產生的溫度應當要比預熱溫度要高出10%左右，與此同時相關人員還應當將所得到的增氣量提高到進料量相近8.5%的范圍內。通過上面描述的進行調整以后，就可以清楚的看到提升管里面出現(xiàn)結焦的情況不多，較好的說明該方法可以有效的對發(fā)生結焦的情況起到遏制的作用。

2.3 縮短沉降器停留時間

油氣與催化劑都已經離開提升管以后，再進入到相應的沉降器以后，油氣倘若無法在第一時間引出有關反應終止以后，其在沉降器里面處于停留的狀態(tài)會不間斷初選熱裂化反應，與此同時油氣停留的時間較長的話，那么會致使重油液滴黏壁出現(xiàn)較大的概率，從而產生結焦的概率就會增加。當前，在該裝置中，是在操作的時候加以控制，并依據(jù)氣壓計所產生負荷的狀況最大程度避免出現(xiàn)過大的反應壓力，確保反應系統(tǒng)所產生的差壓保持在40～45kPa的范圍內即可。下一步主要采取國內外新型技術從而盡可能減少停留時間，避免結焦情況的出現(xiàn)。

2.4 其他改進措施

相關人員應當將沉降器防焦蒸汽量都是從以往設計的800kg/h逐漸轉變成1000kg/h，與此同時將防焦蒸汽溫度加以提升，減少流量過小而致使蒸汽噴嘴出現(xiàn)堵塞的情況，及其蒸汽和油氣之間所產生的溫差情況，減少出現(xiàn)油氣冷凝的情況。這時候相關人員還應當采取干氣亦或是蒸汽混合預提升手段，能夠在相關高活性分子篩上得到反應，避免減少焦炭及其干氣產生的效率，提高目的產品質量，與此同時相關的鎳等金屬還起到了鈍化的作用。

結束語

總而言之，對于催化裂化裝置來說，產生結焦的因素存在諸多種，利用對某公司生產出來的0.8Mt/a重油催化裂化裝置所出現(xiàn)的結焦情況進行了研究，并找出了問題所在，從而采取恰當?shù)姆绞竭M行了處理。主要采取了諸多處理手段，例如穩(wěn)定操作、提高防焦蒸汽量質量等。當采取以上措施以后，經過一段時間的運作，沉降器出現(xiàn)結焦的次數(shù)明顯降低，較好的說明了以上這些措施都能夠在某種程度上抑制沉降器出現(xiàn)結焦的概率。

參考文獻

[1]黃宏全.小型催化裂化裝置提升管結焦的原因分析與對策[J].化工技術與開發(fā)，2009（11）.

[2]張春曉，匡忠斌，令進儒，于勝利，艾東武.催化裂化裝置沉降器結焦及預防措施[J].天然氣與石油，2009（04）.

[3]楊年興，王勇，韓德武.催化裂化沉降器結焦過程的研究進展[J].廣州化工，2008（01）.

[4]羅強，趙宇鵬，高生.催化裂化沉降器結焦的原因及對策[J].煉油技術與工程，2003（06）.endprint