渣油催化裂化装置反应系统结焦原因分析及对策.docx

渣油催化裂化装置反应系统结焦原因分析及对策 摘 要：通过对延安炼油厂3套渣油催化裂化装置结焦状况进行分析，认为导致其反应系统结焦的主要原因是进料雾化效果不好、油浆回炼量大、装置开停工频繁和操作波动大以及反应系统设计和设备选型的影响等，导致反应油气中的未汽化重油组分很容易冷凝沉积并进一步发生缩合生焦反应，特别是油气在低线速下。通过提高雾化蒸汽品质，强化重油一次性转化、减少油浆回炼量并加强生产管理、优化操作等措施，可以有效地预防渣油催化裂化装置反应系统结焦，确保装置长周期运行。 关键词：渣油催化裂化；反应系统；结焦 随着原油的重质化、劣质化以及渣油催化裂化技术的发展，催化裂化装置掺渣比越来越高，不仅以蜡油掺炼部分渣油为原料，而且越来越多的装置全部以常压渣油或加氢减压渣油为原料。渣油含有较多的高沸点沥青质和胶质等，在催化裂化条件下难以汽化，因此渣油催化裂化不仅容易生产焦炭沉积在催化剂上，而且也容易发生装置结焦。装置结焦，尤其是反应系统结焦，常常影响装置的安全、稳定和长周期运行。 延安炼油厂现有0.4 Mt?a-1、1.0 Mt?a-1和2.0 Mt?a-13套催化裂化装置，均采用陕北常压渣油为原料，原料密度约（890920） kg?m-3、残炭3%8%、胶质与沥青质的质量分数为12%20%。3套装置均为中国石化工程建设公司设计的反再两器高低并列式、反应器采用提升管与沉降器同轴布置的内置提升管型式。本文对延安炼油厂3套渣油催化裂化装置反应系统结焦原因进行分析，并针对装置操作现状提出预防装置结焦的措施，在保障该装置安全、稳定地长周期运行的同时，并供其他渣油催化裂化装置借鉴。 一、结焦状况 0.4 Mt?a-1催化裂化装置采用常规FCC工艺，结焦严重部位主要是提升管进料喷嘴上方，沉降器顶部有轻微结焦；1.0 Mt?a-1催化裂化装置采用MGD工艺，在3套装置中结焦最轻，结焦主要在旋风分离器的料腿部位；2.0 Mt?a-1催化裂化装置采用MIP工艺，采用油浆全回炼操作，由于开停工频繁在3套装置中结焦最严重，结焦严重部位为提升管原料喷嘴上方、沉降器器壁、沉降器集气室、沉降器旋风分离器料腿，2013年检修发现VQS内壁也有结焦。根据结焦物的外观、组成和软硬程度，可将结焦物分为软焦、硬焦和中等焦1-2。 1 软焦 软焦颜色一般呈黑灰色，结焦物中催化剂占较大的比例，易碎，一般分布在油气速率相对较低的区域，如沉降器器壁以及内部死区等。 2 硬焦 硬焦高度炭化，一般呈黑色且发亮，密度与硬度较大，表面光滑且有流动和冲刷的痕迹。硬焦主要分布在油气速率较高、催化剂浓度较低的区域，如反应油气管线内壁、顶旋升气管外壁、集气室内壁等。 3 中等焦 中等焦外观呈灰黑色，断面有许多孔洞，较致密坚硬，主要分布在油气速率较低的区域，如沉降器、旋分料腿与顶旋拉杆等的器壁及外壁。1.0 Mt?a-1催化裂化装置旋分料腿结焦为典型的中等焦。 二、结焦原因分析 1 原料雾化和汽化效果的影响 原料的雾化和汽化效果决定沉降器内形成“软焦”的程度。原料雾化效果和雾化蒸汽温度、压力有直接关系，并受原料预热温度的影响。0.4 Mt?a-1催化裂化装置和1.0 Mt?a-1催化裂化装置原料油喷嘴是CCK-IVA，其雾化蒸汽要求温度220 ，压力1.0 MPa，控制系统允许压降0.30 MPa。2.0 Mt?a-1催化裂化装置原料油喷嘴是BWJ-型，其雾化蒸汽要求温度200 ，压力0.8 MPa，控制系统允许压降0.31 MPa。但在实际运行中经常出现雾化蒸汽和压力低于设计要求，特别是装置开工时雾化蒸汽温度仅为180 ，压力为0.6 MPa，导致原料雾化效果变差。进料喷嘴雾化效果好，喷嘴出口流速高，雾化油滴射流温度就低，原料射流进入提升管吸热能力就越大，吸收了喷嘴周围催化剂的热量，因此，原料和催化剂的混合温度就降低，雾化粒度就越细。罗强等证明，采用250 的过热蒸汽作为雾化蒸汽时，提升管催化剂与原料混合温度在（520540） ；改用200 的饱和蒸汽作为雾化蒸汽时，雾化蒸汽量不变，则提升管催化剂与原料混合温度上升到（540550） 。较高的原料预热温度有利于原料雾化，然而，与高温雾化蒸汽一样影响剂油比的提高。因此，提高雾化蒸汽量和过热程度以及提高原料预热温度，有利于改善原料的雾化和汽化效果但要兼顾其对剂油比的影响。 2 油浆回炼量 延安炼油厂常压装置原料是陕北原油，为低硫石蜡-中间基原油，密度841.9 kg?m-3，凝点是14，硫含量是0.08%，残炭是1.84%，属于轻质原油。催化裂化装置原料为全常压渣油，催化油浆密度一般102.4 kg?m-3，操作模式为全回炼。油浆的主要成分是稠环芳烃、沥青质和胶质，非常难裂化，反应温度低，油浆的转化率就低，反应温度高会造成油浆过渡裂化，导致缩合生焦严重。延安炼油厂3套催化反应温度控制在（500510） ，油浆在沉降器内以气液两相的形式存在，未气化油浆会黏附在催化剂表面形成“湿”催化剂，在器壁和内构件上沉积并发生高温缩合反应。 3 油浆单独回炼设计不合理 延安炼油厂0.4 Mt?a-1催化裂化装置为原料、回炼油和油浆混合进料。1.0 Mt?a-1催化裂化装置为原料、回炼油、油浆单独进料。2.0 Mt?a-1催化裂化装置为原料和回炼油混合进料，油浆单独进料。催化剂和原料油接触后，反应通道绝大部分已被轻组分占据，同时催化剂温度降低，油浆中的部分重组分只能吸附在催化剂表面而未发生反应。原料、回炼油和油浆混合进料，可以稀释油浆，有利于油浆的雾化和裂化反应。 4 装置开停工和操作波动的影响 4.1 装置开工 装置开工时，提升管和沉降器升温没有达到条件而喷油，未汽化的油滴和反应后重组分由于沉降器内温度低而冷凝的油滴粘附在沉降器内，为结焦提供了物质基础。 4.2 装置停工 2.0 Mt?a-1催化装置由于紧急事故频繁非计划停工，在停工过程中降量过快，提升管催化剂没有油气的提升，进料事故蒸汽大量进入提升管，导致部分未汽化和反应的油气进入沉降器，停留在沉降器内，为结焦提供了物质基础。 4.3 操作波动 陕北原油的开采受到季节和天气影响因素较大，因此延安炼油厂常压、催化裂化装置提降量频繁，导致操作波动较大。在操作波动状态下，造成大量没有汽化和反应的液相油料粘附于催化剂上，从粗旋料腿进入沉降器汽提段催化剂床层中，形成粘稠状并裹有大量催化剂的油团，阻碍汽提段催化剂正常的流化，这些油团大部分由于催化剂的不断磨蚀和汽提蒸汽的作用而缩减，部分油团停留在沉降器汽提段内，最终结为焦炭。操作波动时，粗旋升气管排出的反应油气中携带未汽化油滴颗粒粒度增加、数量增多，这些油滴粘附在沉降器内壁和可附着物上，发生结焦反应，最终结成焦炭。 5 反应系统设计和设备选型的影响 0.4 Mt?a-1催化裂化装置提升管出口为最早的三叶快分，进料为集合管混合进料，由于4个原料油喷嘴的进料量和雾化蒸汽不易控制均衡，极易出现偏流现象，因此，结焦严重的区域在原料喷嘴上方。2013年装置检修发现1#、2#喷嘴蛤蟆口里二次雾化蒸汽小孔损坏严重，二次雾化蒸汽作用受到限制，导致1#、2#原料喷嘴雾化效果下降，喷嘴流速降低，导致原料出现偏流。 1.0 Mt?a-1催化裂化装置提升管出口为粗旋，粗旋属于正压排料，料腿排料时，除密度较高的催化剂外，还携带部分油气（约占进入粗旋总气量的6%）。由于装置提升管喷嘴从下往上依次为汽油精制、原料油、回炼油、油浆回炼、急冷油，油浆回炼喷嘴到粗旋约为10 m，粗旋与一级旋分器直连结，部分油气重组分随催化剂进入一级旋分器，挂在料腿内壁上缩合生成焦炭。 2.0 Mt?a-1催化裂化装置提升管出口为密闭式旋流快分系统（VQS），由旋流快分头、封闭罩、旋分直联管、预汽提挡板和平衡管组成，可以实现油气和催化剂快速分离、油气的快速引出及催化剂携带油气的快速预汽提。油气在沉降器内停留时间降到5 s以下，可以预汽提出一次分离后催化剂所携带的油气，避免这部分油气中的重组分在沉降器内停留结焦。2.0 Mt?a-1催化裂化装置曾因封闭罩内壁衬里鼓包，导致上升的气流出现紊乱现象，油气不能快速引出，造成封闭罩内壁上结焦，最终导致VQS效率下降，催化剂跑损严重，装置被迫停工抢修。 三、反应系统结焦预防措施 1 控制各喷嘴流量相同 0.4 Mt?a-1催化裂化装置原料喷嘴增加4个质量流量计，保持4个对称喷嘴的原料油流量和雾化蒸汽量一致，防止偏流并保障雾化蒸汽量的供给以及雾化效果。 2 提高雾化蒸汽品质 2.0 Mt?a-1和0.4 Mt?a-1催化裂化装置从中压蒸汽管网引一条专线并到提升管雾化蒸汽线上，保证雾化蒸汽温度220 ，压力1.0 MPa。3套催化裂化装置投用干气预提升，提高了预提升段催化剂的线速，改善了预提升段对催化剂的提升效果，降低了催化剂的返混程度。控制雾化蒸汽量6%，加强了雾化效果，又增加了油气的线速，缩短了油气停留时间，减缓了结焦的发生。 3 提高剂油比 1.0 Mt?a-1和2.0 Mt?a-1催化裂化装置将二再温度由原来的（690710） 降至（670690） 。0.4 Mt?a-1催化裂化装置控制原料预热温度200。通过这些措施剂油比由原来的57提高到79，提高了重油单程转化率。550 的重油组分是结焦物的关键组分，通过合理控制反应深度，降低反应油气中重油组分含量，对于减缓和抑制结焦非常有效。 4 减少油浆回炼量 改变油浆全回炼的操作，每天外甩油浆不小于进料量的1%2%，控制回炼比在0.10.2。当油浆密度大于1 050 kg?m-3时必须投用外甩。 5 改回炼油浆与原料混合进料 2.0 Mt?a-1催化裂化装置油浆回炼喷嘴到一反分布板距离9.5 m，油浆未反应完全就到分布板，造成分布板上耐磨短管结焦堵死。将油浆改进原料油和回炼油集合管，同原料、回炼油混合进料，原料可以将油浆稀释，使得油浆能充分接触催化剂反应，减少油浆热缩合反应。2014年4月份该装置检修，打开检查发现一反分布板耐磨短管基本没有结焦堵死，只在耐磨短管出口周围有少量的结焦。 6 控制好升温速率和喷油时机 反再系统开工时，提升管和沉降器升温要缓慢、均匀，特别是在沉降器内部温度与提升管出口温度趋于一致时，提升管方可喷油。而且提升管喷油时，提升管出口温度要高于正常生产时的温度。从提升管开始喷油到进料量达到正常值的过程中，要始终保持出口温度高于正常生产时的温度。因为提升管内温度上升很快，如果仅仅考虑到提升管内温度达到喷油条件就喷油，那么由于沉降器内温度低，反应后油气中的重组分就会冷凝而粘附在沉降器内结焦。 7 减少外部不利因素 加强生产组织，避免装置大幅度的提降量操作以防影响到装置的平稳运行。保证检修时清焦彻底，器壁的残焦为结焦提供焦核，沉降器器壁结焦清理不彻底，在开工时液相焦很容易挂住，进而缩合结焦。 四 结 论 通过对延安炼油厂3套催化裂化装置结焦情况的分析，表明渣油催化裂化反应系统结焦的主要原因是：提升管进料雾化效果不好、油浆回炼量大、装置开停工频繁和操作波动大以及反应系统设计和设备选型的影响。通过提高雾化蒸汽品质、提高剂油比强化重油一次性转化、减少油浆回炼量并加强生产管理、优化日常生产和开停工以及检修操作，可以有效地预防渣油催化裂化装置反应系统结焦，确保装置长周期运行。 参考文献 宋健斐，魏耀东，时铭显.催化裂化装置