论文部分内容阅读
【摘要】催化裂化是石油二次加工的重要手段，但是由于诸多原因，导致催化裂化装置结焦严重，制约了装置的长周期平稳运行。本文试图找寻结焦的原因，并制定出相应对策，为装置的长周期运行打下良好基础。
【关键词】催化裂化 结焦 长周期
1 前言
恩贾梅纳炼厂催化装置设计规模为60万吨/年，催化装置包括反应再生、分馏、吸收稳定、机组、能量回收和产品精制，其中反应器采用单段提升管配以两组粗级旋风分离器和顶级旋风分离器，再生部分为带烧焦罐的两段再生，并配以三组一级和二级旋风分离器，加工原料为常压渣油。
2 结焦分析
催化装置容易出现结焦的部位主要有提升管原料油喷嘴上方、沉降器内壁和“死区”、沉降器集气室和反应油气管道、分馏塔底和油浆循环系统等。由于本装置加工原料为常压渣油，相对于重油催化裂化装置而言原料裂化性能较好，加之采用高效雾化喷嘴SKH-5型、干气预提升、油浆外排等设备和方法，有效减少了结焦的部位。本装置结焦与其它装置有共性的同时，也有其自身的特点。
恩贾梅纳炼厂催化装置自2011年7月建成投产以来，装置进行了多次清焦。根据现场勘查，我们发现沉降器内壁及两组粗旋和顶旋外壁结焦严重，而提升管、集气室、大油气管线和分馏系统几乎不结焦。其典型部位结焦情况可见图1和图2：
由于油气中未汽化的雾状油滴和重组分接触到较低的沉降器内壁温度而达到其露点，凝析出来的高沸点组分很容易粘附在器壁表面形成“焦核”，“焦核”逐渐长大炭化结焦。当它与催化剂细粉粘附在一起时加速了结焦，形成了更多的焦块。造成本装置沉降器结焦的原因是多方面的。
2.1 反应温度
本装置自建成投产以来两器流化效果一直不理想，特别是再斜管，造成反应温度在498℃～508℃范围内频繁波动。这样的操作条件极易造成原料汽化不足或过度裂化，给结焦创造了条件。
2.2 回炼比
由于系统内催化剂活性长期偏低，仅为56，致使原料裂化深度不够，造成装置回炼比高达0.5，远高于0.25的设计值。而回炼油中重质芳烃、胶质和沥青质已经历了催化裂化反应，其组成较轻而芳香度更高，失出侧链的稠环更易缩合。重质芳烃、胶质和沥青质在高温下发生缩合反应后，先生成具有极性的焦炭前身物，成为大分子胶状物的中间相，再吸收油气中类似的稠环芳烃，逐渐长大挥发后生成焦炭。
2.3 提升管出口连接方式
本装置目前采用粗旋出口与顶旋入口软连接方式，即粗旋出口与顶旋入口之间有一定间距。从沉降器底部上升的蒸汽和油气来讲，粗旋升气管喷出的油气滞缓了汽提蒸汽和料腿排出的部分油气进入顶部旋风分离器，延长了停留时间，致使这股油气中的重组分在沉降器内壁、旋分器外壁和横梁、支架、拉筋等处低温冷凝结焦。
2.4 沉降器温度
经汽提蒸汽置换出的反应油气、粗旋料腿排料携带出的油气和顶旋料腿排料携带出的油气（量很少）会从沉降器底部上升至顶部旋风分离器入口。当沉降器内温度过低时，它会使反应油气中夹带的未气化的原料及高沸点组分凝析出来。而本装置DCS显示沉降器周围温度仅有420℃～440℃，这也是造成沉降器大面积结焦的主要原因之一。
2.5 沉降器内停留时间
本装置使用的顶级旋风分离器设计入口线速为18.0 m/s～21.0 m/s，而实际只有14.8m/ s，这说明沉降器内线速严重不足，致使反应油气在沉降器内停留的时间过长，一方面使得在较低的环境中反应油气的温降过大；另一方面沉降器内稀相催化剂质量浓度一般为3 kg/m3～4kg/m3，此处发生的大都是热裂化和缩合反应，停留时间加长容易延长反应时间，造成过度裂化，从而加剧焦炭的形成。
2.6 开停工次数
由于成品油销售不理想，使得成品油憋罐，装置被迫进行了多次开停工。对于沉降器内的焦块进行观察分析，有很多是一层一层的，其层数与装置开停工的次数基本吻合，这也说明了装置开停工与焦炭的生成有关联。
2.7 沉降器内壁光滑度
虽然沉降器内壁安装的隔热耐磨衬里减少了热量的散失，并提高了抗磨能力，但是它也增加了内壁的粗糙度，给油气吸附在内壁提供了场所。
3 防治对策
3.1 改善流化效果
再生催化剂在斜管内流动时脱气效果差引起了再生斜管流化不畅，为此我们可以通过以下措施改善再生斜管流化效果：一方面调节斜管松动风量，特别是斜管弯头处松动风量；另一方改善催化剂粒度分布。
3.2 提高剂油比
适当降低再生器二密温度，以提高剂油比。虽然高再生温度有利于提高烧焦效果和再生剂的微反活性，但再生剂温度过高，则使剂油比偏小，不利于原料的汽化。在保证再生剂含碳量为0.04%～0.10%的前提下，应适当降低再生器二密温度，提高剂油比。剂油比的提高使每个原料油液滴接触催化剂的几率增大，热量传递坡度加快，有利于重组分的汽化和扩散，可有效地减少生焦，减缓液滴粘附管壁缩合生焦的程度。
3.3 降低回炼比
回炼比减少就等于减少总进料中重芳烃含量。据资料显示，当回炼比降低17%，就可以减少总进料中重芳烃含量约8.0%。降低反应回炼比的措施有：
（1）通过增加日常新鲜催化剂加入量或定期卸出平衡剂的方式，提高催化剂活性；
（2）提高反应苛刻度以提高反应单程转化率；
（3）控制油浆密度，增加油浆外甩量。
3.4 优化提升管出口连接方式
提升管出口粗旋与沉降器顶旋入口连接一般有敞口式、软连接与直连等方式。本装置采用的软连接方式，使得沉降器内上升的油气停留时间过长。将提升管出口连接型式改为粗旋出口集合管、顶旋直连分配器与导流锥组成的粗旋与顶旋直连系统，能有效缩短油气的停留时间，减少重组分结焦的机会。
3.5 提高沉降器内线速
当酸性水处理能力有富余时，可适当增加汽提蒸汽的用量，以提高沉降器内线速，缩短油气的停留时间，减少油气过度裂化和冷凝的机会。
3.6 提高沉降器内蒸汽温度
本装置沉降器用汽分为锥体松动蒸汽、汽提蒸汽和防焦蒸汽，它们都是通过设置在再生器内的内取热器加热而得来的过热低压蒸汽，但是温度仅能升至340℃。为了将其温度进一步加热至400℃，我们可以将现有的两组并列的内取热器改成串联单组内取热器，从而可以有效提高沉降器内温度，防止温度过低使反应油气冷凝结焦。
4 总结
催化裂化装置的催化剂结焦问题是难以避免的，本文通过实际出现的结焦情况，分析其形成的原因，并有针对性地提出行之有效的措施，以控制、减轻结焦趋势或减缓结焦速度，延长催化装置开工周期。
参考文献
[1] 李鹏.催化裂化装置结焦问题的探讨[J].炼制与化工，2003，34（4）：31-34
[2] 孙国刚，魏耀东，时铭显.石油催化裂化沉降器抗结焦的研究与应用[J].化工装备技术，2010，6（31）：78-80
[3] 乔志强，田松柏.FCC催化剂结焦原因分析及对策[J].广州石化科技论文选编，2006，11：43-47
【关键词】催化裂化 结焦 长周期
1 前言
恩贾梅纳炼厂催化装置设计规模为60万吨/年，催化装置包括反应再生、分馏、吸收稳定、机组、能量回收和产品精制，其中反应器采用单段提升管配以两组粗级旋风分离器和顶级旋风分离器，再生部分为带烧焦罐的两段再生，并配以三组一级和二级旋风分离器，加工原料为常压渣油。
2 结焦分析
催化装置容易出现结焦的部位主要有提升管原料油喷嘴上方、沉降器内壁和“死区”、沉降器集气室和反应油气管道、分馏塔底和油浆循环系统等。由于本装置加工原料为常压渣油，相对于重油催化裂化装置而言原料裂化性能较好，加之采用高效雾化喷嘴SKH-5型、干气预提升、油浆外排等设备和方法，有效减少了结焦的部位。本装置结焦与其它装置有共性的同时，也有其自身的特点。
恩贾梅纳炼厂催化装置自2011年7月建成投产以来，装置进行了多次清焦。根据现场勘查，我们发现沉降器内壁及两组粗旋和顶旋外壁结焦严重，而提升管、集气室、大油气管线和分馏系统几乎不结焦。其典型部位结焦情况可见图1和图2：
由于油气中未汽化的雾状油滴和重组分接触到较低的沉降器内壁温度而达到其露点，凝析出来的高沸点组分很容易粘附在器壁表面形成“焦核”，“焦核”逐渐长大炭化结焦。当它与催化剂细粉粘附在一起时加速了结焦，形成了更多的焦块。造成本装置沉降器结焦的原因是多方面的。
2.1 反应温度
本装置自建成投产以来两器流化效果一直不理想，特别是再斜管，造成反应温度在498℃～508℃范围内频繁波动。这样的操作条件极易造成原料汽化不足或过度裂化，给结焦创造了条件。
2.2 回炼比
由于系统内催化剂活性长期偏低，仅为56，致使原料裂化深度不够，造成装置回炼比高达0.5，远高于0.25的设计值。而回炼油中重质芳烃、胶质和沥青质已经历了催化裂化反应，其组成较轻而芳香度更高，失出侧链的稠环更易缩合。重质芳烃、胶质和沥青质在高温下发生缩合反应后，先生成具有极性的焦炭前身物，成为大分子胶状物的中间相，再吸收油气中类似的稠环芳烃，逐渐长大挥发后生成焦炭。
2.3 提升管出口连接方式
本装置目前采用粗旋出口与顶旋入口软连接方式，即粗旋出口与顶旋入口之间有一定间距。从沉降器底部上升的蒸汽和油气来讲，粗旋升气管喷出的油气滞缓了汽提蒸汽和料腿排出的部分油气进入顶部旋风分离器，延长了停留时间，致使这股油气中的重组分在沉降器内壁、旋分器外壁和横梁、支架、拉筋等处低温冷凝结焦。
2.4 沉降器温度
经汽提蒸汽置换出的反应油气、粗旋料腿排料携带出的油气和顶旋料腿排料携带出的油气（量很少）会从沉降器底部上升至顶部旋风分离器入口。当沉降器内温度过低时，它会使反应油气中夹带的未气化的原料及高沸点组分凝析出来。而本装置DCS显示沉降器周围温度仅有420℃～440℃，这也是造成沉降器大面积结焦的主要原因之一。
2.5 沉降器内停留时间
本装置使用的顶级旋风分离器设计入口线速为18.0 m/s～21.0 m/s，而实际只有14.8m/ s，这说明沉降器内线速严重不足，致使反应油气在沉降器内停留的时间过长，一方面使得在较低的环境中反应油气的温降过大；另一方面沉降器内稀相催化剂质量浓度一般为3 kg/m3～4kg/m3，此处发生的大都是热裂化和缩合反应，停留时间加长容易延长反应时间，造成过度裂化，从而加剧焦炭的形成。
2.6 开停工次数
由于成品油销售不理想，使得成品油憋罐，装置被迫进行了多次开停工。对于沉降器内的焦块进行观察分析，有很多是一层一层的，其层数与装置开停工的次数基本吻合，这也说明了装置开停工与焦炭的生成有关联。
2.7 沉降器内壁光滑度
虽然沉降器内壁安装的隔热耐磨衬里减少了热量的散失，并提高了抗磨能力，但是它也增加了内壁的粗糙度，给油气吸附在内壁提供了场所。
3 防治对策
3.1 改善流化效果
再生催化剂在斜管内流动时脱气效果差引起了再生斜管流化不畅，为此我们可以通过以下措施改善再生斜管流化效果：一方面调节斜管松动风量，特别是斜管弯头处松动风量；另一方改善催化剂粒度分布。
3.2 提高剂油比
适当降低再生器二密温度，以提高剂油比。虽然高再生温度有利于提高烧焦效果和再生剂的微反活性，但再生剂温度过高，则使剂油比偏小，不利于原料的汽化。在保证再生剂含碳量为0.04%～0.10%的前提下，应适当降低再生器二密温度，提高剂油比。剂油比的提高使每个原料油液滴接触催化剂的几率增大，热量传递坡度加快，有利于重组分的汽化和扩散，可有效地减少生焦，减缓液滴粘附管壁缩合生焦的程度。
3.3 降低回炼比
回炼比减少就等于减少总进料中重芳烃含量。据资料显示，当回炼比降低17%，就可以减少总进料中重芳烃含量约8.0%。降低反应回炼比的措施有：
（1）通过增加日常新鲜催化剂加入量或定期卸出平衡剂的方式，提高催化剂活性；
（2）提高反应苛刻度以提高反应单程转化率；
（3）控制油浆密度，增加油浆外甩量。
3.4 优化提升管出口连接方式
提升管出口粗旋与沉降器顶旋入口连接一般有敞口式、软连接与直连等方式。本装置采用的软连接方式，使得沉降器内上升的油气停留时间过长。将提升管出口连接型式改为粗旋出口集合管、顶旋直连分配器与导流锥组成的粗旋与顶旋直连系统，能有效缩短油气的停留时间，减少重组分结焦的机会。
3.5 提高沉降器内线速
当酸性水处理能力有富余时，可适当增加汽提蒸汽的用量，以提高沉降器内线速，缩短油气的停留时间，减少油气过度裂化和冷凝的机会。
3.6 提高沉降器内蒸汽温度
本装置沉降器用汽分为锥体松动蒸汽、汽提蒸汽和防焦蒸汽，它们都是通过设置在再生器内的内取热器加热而得来的过热低压蒸汽，但是温度仅能升至340℃。为了将其温度进一步加热至400℃，我们可以将现有的两组并列的内取热器改成串联单组内取热器，从而可以有效提高沉降器内温度，防止温度过低使反应油气冷凝结焦。
4 总结
催化裂化装置的催化剂结焦问题是难以避免的，本文通过实际出现的结焦情况，分析其形成的原因，并有针对性地提出行之有效的措施，以控制、减轻结焦趋势或减缓结焦速度，延长催化装置开工周期。
参考文献
[1] 李鹏.催化裂化装置结焦问题的探讨[J].炼制与化工，2003，34（4）：31-34
[2] 孙国刚，魏耀东，时铭显.石油催化裂化沉降器抗结焦的研究与应用[J].化工装备技术，2010，6（31）：78-80
[3] 乔志强，田松柏.FCC催化剂结焦原因分析及对策[J].广州石化科技论文选编，2006，11：43-47