催化裂化油浆结垢原因及解决措施

催化裂化油浆结垢原因及解决措施催化裂化油浆结垢原因及解决措施 1 1 前言前言 催化裂化装置的油浆系统设备内的结垢问题是大多数装置存在 的问题 特别是近年来 随着原料的重质化 劣质化以及加工深度的 提高 分馏塔和油浆系统结垢堵塞日益严重 造成能耗增加 装置的 处理能力降低 蒸汽发生量减少 油浆多余热量无法取走 系统热 平衡遭到破坏 严重影响了装置的正常操作和企业的经济效益 结 垢严重时还会造成油浆输送系统 换热系统堵塞 致使装置停车清 垢 这样不仅缩短了装置的运行周期 还可能给装置的安全生产带 来隐患 由此可见 石油加工设备和管线的结垢问题已成为影响装 置 安 稳 长 满 优 生产运行的一大障碍 研究能够有效防 止或减轻结垢的阻垢剂已是迫在眉睫 2 2 垢形成的原因及对策讨论垢形成的原因及对策讨论 2 12 1 油浆结垢原因分析油浆结垢原因分析 2 1 1 原料结构及性质 1 1 催化裂化原料油日益变重 尤其是大量掺炼减压渣油以后 原料 中芳烃 胶质 沥青质含量明显增加 这就导致油浆中多环芳烃 胶质 沥青质含量增加 这些组分非常容易发生聚合产生结焦 尤其 是外甩油浆少时 加快了油浆浓缩 缩合 生焦 2 1 2 分馏塔底温度和油浆塔底停留时间 2 2 分馏塔底温度和油浆在塔底停留时间过长 都会造成油浆系统 结焦 使管线和冷换设备堵塞 催化裂化一般规定塔底温度为 360 以下 但为了达到较高的轻油收率 保证经济效益 分馏塔底 需维持较高的操作温度 当油浆在高温下停留时间过长 或油浆循 环量过小时 油浆中有焦生成 2 2 3 固含量高 油浆系统介质流速低 当油浆循环量小 流速低时 造成催化剂颗粒沉积在管壁和设 备内部 加速结焦速度 在低处理量情况下 提升管出口反应油气 线速低 导致旋分器效率降低 反应油气携带催化剂粉尘量增加 或者 低处理量时分馏塔底油浆外甩量不足 使油浆中的催化剂颗 粒大量沉积在分馏塔底 这些都造成油浆中固含量增高 另外 由 于催化剂机械强度不够 易碎裂 也是油浆中固含量大的一个原因 2 22 2 减少结焦的对策减少结焦的对策 2 2 1 使用阻垢剂 催化剂粉末沉积问题可以用阻垢剂来控制 合适的阻垢剂不仅 可以阻止催化剂粉末聚集 还对油浆系统还有一定的清洗作用 具 有高度热稳定性的阻垢剂可以有效的控制聚合物的聚集 阻垢剂降 低了沥青质聚合物的粘度 从而减小沉淀的趋势 2 2 2 适当外排油浆 油浆中的稠环芳烃不仅造成油垢的产生 而且循环回系统再加工 只能增加催化剂的焦炭产率 使装置的效益降低 研究表明 澄清油 要比相应的直馏油难裂化得多 其裂化产品分布与直馏原料油显著不 同 表现在气体增加 汽油明显下降 焦炭显著增加 因此 适当地外 排油浆 不仅可防止过多的稠环芳烃再次进入装置 控制油浆中稠环 芳烃浓度 而且有利于改善装置的操作状况 2 2 3 优化催化裂化原料 3 3 随着催化裂化原料的变重 其中的胶质和沥青质含量也大大增加 这 部分正是催化裂化进料的非理想组分 在加工过程中 重胶质和沥青 质裂解生成的重质烃部分在沉降器顶部 旋风分离器入口及大油气 管线等部位结焦 部分进入油浆系统形成油垢 建议对沥青质 胶质 含量较高的劣质原料进行抽提 通过溶剂抽提先脱去其中的部分重 质组分及重金属 得到的抽余油可作为良好的催化裂化原料 催化 裂化原料的性质得到优化即可减少油浆系统的结垢 2 2 4 改善操作条件和设备结构 除了油浆本身的性质外 对其影响最大的外界条件就是温度和 流速 降低温度和流速都会减少垢的生成量 因此 在不影响生产 操作的前提下 应尽可能降低流体的温度和增加流速 有助于减少 结垢 同时在设计时 尽量减少流体的流动死区 以免油品在死区 停留时间过长而生成结垢沉积物 3 催化裂化油浆阻垢剂的阻垢剂的作用机理 大量的研究表明 阻垢剂之所以能够抑制或减少炼油设备和管 线上的结垢 是因为阻垢剂具备了如下一些功能 1 清净分散性 该性能是很多阻垢剂都具备的一种性能 具 有清净分散性的化合物 基本上含有亲油 极性 亲水的基团和表 面活性的结构 阻垢剂以胶束状态分散于油中 与含氧化合物如羟 基 羧基 羧基化合物形成胶囊 溶存于油中 阻止这些物质的进 一步氧化和缩合 阻垢剂中的极性基团能在设备和管线的金属表面 定向排列 阻止垢的沉积 2 抗氧化性 在氧存在下 受热 光和金属的催化作用 油 品中的碳氢键受到破坏 发生自由基链反应 具有抗氧化性的阻垢 剂能与被氧化的烃自由基形成惰性分子 终止链反应 使之不能形 成大分子聚合物 以达到阻止有机垢生成的目的 3 阻聚性 阻止烃分子的聚合 减少有机垢的生成 4 金属钝化性 具有这种性能的阻垢剂 能在金属表面形成 一层膜 抑制金属在油品氧化和热转化中的催化作用 5 抗腐蚀性 在设备和管线表面形成保护膜 使之不受油品 中酸性物质的腐蚀 减少腐蚀产物的生成 保持设备和管线内表面 的光洁 除此之外 阻垢剂还应具有油溶性 与加工油料能均匀混合 粘 度小 易流动 便于使用 对后续加工工艺和产品性质不会产生不 良的影响 在使用温度下不分解 以及无毒等理化性质 4 催化裂化油浆阻垢剂的工业应用情况 国外早在 20 世纪 50 年代已对换热器结焦结垢进行了研究 但 主要通过改进设计 正确操作及其它物理方法来缓解结焦结垢问题 直到 70 年代美国才开始将阻垢剂应用于常减压蒸馏 加氢脱硫 加 氢裂化 焦化等装置的设备中 随后又将阻垢剂用于催化裂化油浆 系统中 并且取得了较好的经济效益 针对油浆结焦问题 国外开 发了多种阻焦阻垢剂 目前常见的阻垢剂有以下几类 4 4 聚硅氧烷防垢剂 能抑制焦油和沥青质的缩合和聚合反应 维持边界层的流动 可控制焦炭沉积在金属表面 有机硫化物阻垢剂 能防止油品中烃类沉积物在金属表面上 的粘结作用 含链烯烃基体和胺的聚合物 如聚链烯基琥珀酰亚胺 可以抑 制沉积物的粘结 在蒸馏 重整 裂化 加氢和脱氢等石油 加工之前 加入到原料油中 胺和碱金属的氢化物阻垢剂 这种抑制剂可提高活化能 能 够抑制烃类的裂解 防止有害的副反应 含硫化物阻垢剂 这种阻垢剂能够硫化金属表面 抑制催化 焦 我国早在 20 世纪 70 年代对油浆阻垢剂的研究已有报到 直到 90 年代初期国产油浆阻垢剂逐渐在一些炼厂推广应用 近几年来 国内阻垢剂的发展突飞猛进 其特点是针对性强 抑制结垢效果显 著 目前 国内开发阻垢剂技术的单位有 中科院兰州化物所 华 东理工大学 石油化工科学研究院等单位 表 1 列举了国内几种主 要阻垢剂的物性 表表 1 1 国内几种主要阻垢剂的物性国内几种主要阻垢剂的物性 5 5 名称 AFA 1AFA 2NS 13YX 97SF 2PIPP14211 密度 20 kg m 3 920 1000900 1000900 960870 940850 950900 950 运动粘度 20 100 100 60 30 100 55 mm2 s 1 PH 值6 76 76 75 66 76 7 凝点 20 20 20 20 5 外观棕红色棕红色棕红色棕红色棕红色棕红色 表 1 中所列出的油浆阻垢剂目前都已工业应用 不论是在装置 结垢后还是在开工时就使用 都取的了良好的效果 5 结论及建议 1 当油浆中结焦因子含量少时 或者油浆结垢主要是外部操作 条件不合适而加重的 可以采取改进 优化工艺操作条件 增加设备 来实现 比如 降低分馏塔底温度 减少油浆停留时间 提高油浆流速 安装油浆过滤器和沉降器等措施来