催化裂化裝置沉降器防結(jié)焦技術(shù)改造

趙林超，史 斐，李昊天，趙 娜

（1.中國石油大港石化公司，天津 300280；2.中國石油項(xiàng)目管理公司天津設(shè)計(jì)院，天津 300280）

0 引言

中國石油大港石化分公司重油催化裂化裝置由中國石化工程建設(shè)公司（原中國石化集團(tuán)北京設(shè)計(jì)院）設(shè)計(jì)，1996 年12月建成投產(chǎn)，采用反再高低并列、兩段串聯(lián)再生工藝，主要加工大港原油的減壓蠟油、常壓渣油和焦化蠟油。2004 年擴(kuò)容改造后裝置處理能力達(dá)到140 萬噸/年。

1 改造背景

1.1 沉降器結(jié)構(gòu)型式

裝置反應(yīng)系統(tǒng)于2000 年進(jìn)行改造，沉降器提升管出口快分采用UOP 公司“VSS+單級旋分”型式。VSS 系統(tǒng)由旋流快分頭、封閉罩、直聯(lián)升氣管、油氣平衡收集管等組成，反應(yīng)后的催化劑和油氣經(jīng)提升管出口旋流快分頭分離后，帶有少量催化劑的油氣會(huì)經(jīng)封閉罩上部直聯(lián)升氣管進(jìn)入頂部的旋風(fēng)分離器。從旋流頭快分出來的待生劑再進(jìn)入汽提段進(jìn)行汽提。沉降器頂部旋風(fēng)分離器分離的催化劑經(jīng)料腿、翼閥都落入封閉罩外底部，此部分的催化劑通過封閉罩底部的槽口進(jìn)入汽提段。油氣平衡收集管伸到罩外催化劑床層上部，將沉降器頂部旋風(fēng)分離器料腿內(nèi)催化劑夾帶的少量油氣導(dǎo)入頂旋風(fēng)分離器。

1.2 反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)焦情況

沉降器自2000 年VSS 改造后，每次檢修沉降器VSS 系統(tǒng)封閉罩與器壁之間腔體低流速區(qū)均嚴(yán)重結(jié)焦（圖1）。裝置運(yùn)行過程中焦塊脫落易堵塞VSS 旋分密閉罩槽口導(dǎo)致沉降器跑劑或堵塞待生斜管格柵影響催化劑循環(huán)。2009 年以來裝置運(yùn)行過程中多次出現(xiàn)待生滑閥差壓低影響催化劑循環(huán)、三器料位頻繁波動(dòng)的情況，裝置停工檢修清焦后情況才有所好轉(zhuǎn)。2014 年11 月5 日，裝置因增壓機(jī)緊急停機(jī)緊急切斷進(jìn)料，在開工恢復(fù)過程中，沉降器內(nèi)大焦塊脫落堵塞槽口，導(dǎo)致沉降器嚴(yán)重跑劑，裝置被迫停工搶修。沉降器結(jié)焦情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 沉降器結(jié)焦情況統(tǒng)計(jì)

圖1 沉降器結(jié)焦情況

1.3 沉降器結(jié)焦的危害

沉降器是催化裂化裝置反應(yīng)再生循環(huán)中的重要組件，沉降器結(jié)焦是導(dǎo)致催化裂化裝置非計(jì)劃停工的主要原因之一。當(dāng)沉降器結(jié)焦到一定厚度、壓力或溫度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，很容易引起焦塊大面積脫落，堵塞沉降器汽提段或旋分器的料腿，造成催化劑循環(huán)不暢或催化劑大量跑損，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致催化劑循環(huán)中斷，進(jìn)而導(dǎo)致催化裂化裝置被迫停工。

2 改造原理及內(nèi)容

2.1 改造原理

沉降器的稀相空間較大，VSS 系統(tǒng)設(shè)置的油氣收集管的空間有限，不可能在第一時(shí)間內(nèi)將油氣全部收集，這樣部分油氣的殼內(nèi)停留時(shí)間就會(huì)增加，最終會(huì)導(dǎo)致沉降器的器壁發(fā)生結(jié)焦。

改造方案是取消油氣的收集管，并在翼閥上部一定高度位置的地方設(shè)置一個(gè)金屬蓋板，利用沉降器內(nèi)部的防焦蒸汽將油氣控制在金屬蓋板下部的有限空間內(nèi)，避免油氣在封閉罩外停留導(dǎo)致沉降器內(nèi)部結(jié)焦。同時(shí)將VSS 下部4 個(gè)槽口增多、加大，讓料腿下來的催化劑和油氣一并從槽口底部進(jìn)入，避免催化劑在罩外堆積。

2.2 改造內(nèi)容（圖2）

圖2 沉降器改造內(nèi)容

（1）新增封閉罩外油氣金屬蓋板、取消油氣平衡管。油氣金屬蓋板設(shè)置在翼閥上部，蓋板與外腔器壁、蓋板與內(nèi)提升管外壁及蓋板與旋分料腿外壁之間均設(shè)置一定間隙。防焦蒸汽經(jīng)蓋板間隙向下與旋分下來的催化劑一起通過槽口進(jìn)入VSS 罩內(nèi)腔。取消原有的油氣平衡管。

（2）修改VSS 封閉罩下部槽口。在原有的4 個(gè)槽口基礎(chǔ)上，再均開4 個(gè)槽口，并加大原4 個(gè)槽口。對槽口進(jìn)行擴(kuò)孔和加開前，需對槽口部位的殼體進(jìn)行加固，防止加開和擴(kuò)大槽口導(dǎo)致VSS 封閉罩整體強(qiáng)度消弱。

（3）取消VSS 封閉罩底部第1 層擋板及預(yù)汽提蒸汽。改造后，沉降器料位控制在槽口以下，因此第1 層汽提擋板及錐段松動(dòng)蒸汽將失去作用，改造時(shí)取消第1 層汽提擋板、預(yù)汽提蒸汽及沉降器錐段蒸汽分布環(huán)。

（4）更換集氣室外防焦蒸汽環(huán)。預(yù)汽提蒸汽及沉降器錐段松動(dòng)蒸汽取消后，為保證沉降器汽提段蒸汽量不降低，將防焦蒸汽量增加，防焦蒸汽環(huán)改大（DN50 更換為DN150）。

（5）新增槽口料位監(jiān)控點(diǎn)L2115A/B、油氣蓋板上下差壓監(jiān)控點(diǎn)PDT2130、油氣蓋板上下溫度監(jiān)控點(diǎn)T2193/T2194 及槽口處4 個(gè)測溫點(diǎn)T2130/A～D。

3 改造后的工藝操作變化

沉降器改造后主要工藝操作變化是沉降器的料位變化。

改造后沉降器料位控制方案由原來控制在第1 層汽提擋板以上改為控制在槽口以下（不超槽口下沿）。

3.1 裝置各工況下沉降器料位計(jì)算

（1）沉降器料位計(jì)算：ρgH1=LC2101×60；ρgH2=D2101；LC2101=D2101×H1/（60×H2）。其中，ρ 是沉降器汽提段密度；LC2101 是沉降器料位，%；D2101 是汽提段密度，kPa；H1是料位高度，mm；H2是密度D2101 正負(fù)壓官咀間距，m，實(shí)際間距為1.86 m；60 為料位LC2101 量程，單位為kPa。

（2）沉降器正常控制料位計(jì)算：裝置正常運(yùn)行時(shí)料位控制在第2 層汽提擋板上沿處（標(biāo)高43 450 mm，此時(shí)料位標(biāo)高H1為2570 mm），密度D2101 按11 kPa 計(jì)算，LC2101=D2101×H1/（60×H2）=25.3%。裝置運(yùn)行過程中沉降器料位控制在25%左右。

（3）沉降器安全控制料位計(jì)算：裝置正常運(yùn)行時(shí)料位嚴(yán)格控制在槽口下沿以下，當(dāng)料位超過槽口下沿時(shí)存在跑劑風(fēng)險(xiǎn)（槽口下沿標(biāo)高44 275 mm，此時(shí)料位標(biāo)高H1為3395 mm）。密度D2101按11 kPa 計(jì)算，LC2101=D2101×H1/（60×H2）=33.5%。裝置運(yùn)行過程中沉降器料位控制在30%以下。

3.2 工藝操作變化

3.2.1 沉降器低料位控制

依據(jù)裝置各工況下沉降器料位計(jì)算結(jié)果，沉降器各工況控制料位為：

（1）因開工過程中操作工況不穩(wěn)定，因此，開工過程中沉降器低料位控制，開工裝轉(zhuǎn)劑控制15%。

（2）裝置運(yùn)行過程中沉降器料位控制在25%左右。料位高度約在第2 層汽提擋板下沿處。嚴(yán)禁料位超過槽口下沿（LC2101 約30%）。

（3）裝置事故狀態(tài)下，料位超過40%立即切斷進(jìn)料，避免沉降器嚴(yán)重跑劑。

3.2.2 待生線路壓降降低

改造前沉降器料位控制在原第1 層汽提擋板以上，實(shí)際料位LC2101 控制在60%左右，改造后裝置正常運(yùn)行時(shí)料位控制在25%左右。改造前后料位高度變化導(dǎo)致待生線路的壓降降低約21 kPa（料位LC2101 量程60 kPa）?？赏ㄟ^適當(dāng)提高反應(yīng)壓力解決。

3.2.3 沉降器料位安全裕度增加

改造前，沉降器正?？刂屏衔?0%，料位達(dá)到70%時(shí)已達(dá)到翼閥位置，存在嚴(yán)重跑劑風(fēng)險(xiǎn)。改造后沉降器控制料位25%，料位到40%時(shí)到達(dá)將沒過槽口存在嚴(yán)重跑劑風(fēng)險(xiǎn)。改造后料位過高導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)裕度由10%增加至15%，安全裕度增加。

3.2.4 日常操作監(jiān)控參數(shù)

（1）監(jiān)控蓋板上下壓差PDT2130 變化。通過調(diào)整防焦蒸汽量控制油氣蓋板壓差為正壓差，防止蓋板下油氣進(jìn)入沉降器外腔結(jié)焦。

（2）監(jiān)控槽口料位L2115A/B，槽口溫度T2130A～D 變化。正值正常生產(chǎn)時(shí)，槽口料位L2115A/B 不見料位。槽口溫度T2130A～D正常為待生劑溫度，約500 ℃。如出現(xiàn)某一溫度點(diǎn)過低，說明槽口處可能堆積催化劑，存在跑劑風(fēng)險(xiǎn)。

（3）監(jiān)控沉降器稀相溫度T2126/T2127 變化。裝置開工初期該溫度在430 ℃左右，通過該溫度變化可監(jiān)控沉降器外腔結(jié)焦情況。如溫度持續(xù)下降，說明油氣竄入沉降器外腔，沉降器出現(xiàn)結(jié)焦，綜合分析原因及時(shí)采取應(yīng)對措施。

4 改造效果

（1）改造開工后反再系統(tǒng)催化劑循環(huán)、流化正常，沉降器料位控制平穩(wěn)。

（2）改造后沉降器料位過高導(dǎo)致跑劑的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低，安全裕度增加。

（3）改造后沉降器各運(yùn)行參數(shù)正常，沉降器外腔無明顯結(jié)焦傾向。

沉降器防結(jié)焦改造解決了催化裂化裝置長周期運(yùn)行的瓶頸，為裝置實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)行提供保障。