袁曉云，趙 飛，李雅華，陳 晗，武彥勇，孫曉飛

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶石化公司，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司)

1 改造內(nèi)容

經(jīng)計(jì)算，在沉降器旋風(fēng)分離器軟連接條件下，因操作波動(dòng)等原因并不能完全使一級(jí)旋風(fēng)分離器出口的反應(yīng)油氣全部進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器，并在軟連接接口處形成“呼吸效應(yīng)”[1]。反應(yīng)油氣在沉降器內(nèi)的平均停留時(shí)間為20～28 s，汽提油氣最高停留時(shí)間為180 s。未汽化油組分與濕催化劑在沉降器內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留，極易黏附在設(shè)備器壁上發(fā)生縮合生焦[2]。圖1為沉降器油氣流場(chǎng)分布示意。

圖1 沉降器油氣流場(chǎng)分布示意

圖2為改造后沉降器示意。將旋風(fēng)分離器的軟連接結(jié)構(gòu)改為直連，避免了反應(yīng)油氣在軟連接接口處的“呼吸效應(yīng)”導(dǎo)致的油氣外溢。沉降器稀相空間通過(guò)防焦蒸汽將逃逸的油氣壓在沉降器下部[3]。汽提油氣通過(guò)設(shè)置在沉降器下部的導(dǎo)氣管進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器入口，避免了汽提油氣在沉降器稀相空間的長(zhǎng)時(shí)間停留，減少了油氣的二次反應(yīng)[4]。通過(guò)以上措施，達(dá)到消除沉降器結(jié)焦、改善產(chǎn)品分布和降低干氣產(chǎn)率的目的。

圖2 改造后沉降器示意

2 改造風(fēng)險(xiǎn)

在裝置技術(shù)改造中，主要有3個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)。一是因沉降器旋風(fēng)分離器采用直連結(jié)構(gòu)，提升管出口油氣經(jīng)旋風(fēng)分離后進(jìn)入集氣室，集氣室僅通過(guò)導(dǎo)氣管與沉降器的空間相連，沉降器壓力控制是否更加敏感，操作波動(dòng)是否更容易導(dǎo)致沉降器跑劑是改造中最擔(dān)心的問(wèn)題。另外導(dǎo)氣管位于沉降器下部，可能會(huì)因?qū)夤艿某槲?yīng)，將二級(jí)旋風(fēng)分離器翼閥出口處的催化劑倒吸，導(dǎo)致油漿固含量超標(biāo)和油漿管線磨損增大。三是可能使導(dǎo)致結(jié)焦的未汽化油直接進(jìn)入分餾塔，可能會(huì)形成結(jié)焦位置轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致分餾塔塔底結(jié)焦，影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3 改造后的運(yùn)行狀況分析

自裝置改造后已持續(xù)運(yùn)行14個(gè)月，在這期間經(jīng)歷過(guò)原料性質(zhì)波動(dòng)、加工量調(diào)整、低壓蒸汽溫度波動(dòng)等，已經(jīng)能完全評(píng)估裝置技術(shù)改造成功與否。

3.1 沉降器基本不結(jié)焦

沉降器有4只熱電偶監(jiān)測(cè)溫度變化，分別位于沉降器的上部和中部。技術(shù)改造前，開工初期的沉降器溫度為505 ℃，與反應(yīng)油氣溫度基本一致；隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度呈持續(xù)下降趨勢(shì)，溫降幅度約為每月12～15 ℃；當(dāng)溫度降至320 ℃時(shí)，沉降器即開始有掉焦風(fēng)險(xiǎn)[1]。

裝置改造后，開工初期的沉降器稀相溫度為410 ℃，與防焦蒸汽溫度一致，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度與開工初期相比基本沒(méi)有下降。期間也發(fā)生數(shù)次因低壓蒸汽管網(wǎng)溫度變化影響防焦蒸汽溫度，其沉降器溫度顯示與防焦蒸汽溫度波動(dòng)一致，也說(shuō)明沉降器基本不結(jié)焦。

3.2 沉降器催化劑不跑損

為避免沉降器催化劑跑劑，在裝置開工過(guò)程中，實(shí)行先噴汽油后噴原料的方案，以此來(lái)提高旋風(fēng)分離器的油氣線速，而且還可實(shí)現(xiàn)開工時(shí)不放火炬[1]。在裝置運(yùn)行期間，發(fā)生兩次因原料帶水導(dǎo)致沉降器壓力波動(dòng)的情況，其沉降器壓力波動(dòng)為20 kPa，從油漿固含量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，未發(fā)生明顯的催化劑跑損現(xiàn)象，說(shuō)明旋風(fēng)分離器直連改造后沉降器的抗壓力波動(dòng)能力較強(qiáng)，且沉降器催化劑不跑損。

3.3 油漿固含量合格

在日常運(yùn)行過(guò)程中，離心法測(cè)得油漿固含量持續(xù)維持在3.0 gL，其固含量滿足要求，說(shuō)明導(dǎo)氣管不會(huì)將沉降器旋風(fēng)分離器料腿附近的催化劑倒吸入二級(jí)旋風(fēng)分離器，沉降器旋風(fēng)分離器效率滿足運(yùn)行需求。

3.4 油漿系統(tǒng)存在結(jié)焦問(wèn)題

裝置技術(shù)改造后，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生了分餾塔塔底結(jié)焦情況，從油漿外甩泵入口濾網(wǎng)處能清理出結(jié)焦物，而且油漿蒸汽發(fā)生器(E2215)也發(fā)生了管束結(jié)焦，從而導(dǎo)致循環(huán)量降低、分餾塔塔底溫度升高等情況，最短時(shí)間僅維持半個(gè)月就必須進(jìn)行E2215的切換。

為解決分餾塔塔底結(jié)焦情況，分別從優(yōu)化原料性質(zhì)和調(diào)整油漿阻焦劑入手，通過(guò)溶劑脫瀝青裝置降低催化裂化原料中的膠質(zhì)含量，提高阻焦劑中清凈劑和分散劑的比例，截止目前E2215已持續(xù)運(yùn)行8個(gè)月。因此，沉降器旋風(fēng)分離器直連改造后引起的分餾塔底結(jié)焦問(wèn)題可以通過(guò)工藝及生產(chǎn)調(diào)整來(lái)解決。

4 油氣的停留時(shí)間

4.1 汽提油氣量

沉降器的旋風(fēng)分離器料腿下泄的催化劑所夾帶的油氣量，可以通過(guò)理論夾帶量來(lái)進(jìn)行計(jì)算[5]。

(1)

式中：WG為催化劑夾帶的油氣量，kgt；MG為提升管出口處油氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量；T為汽提段入口溫度，K；p為汽提段入口壓力，MPa；ρB為汽提段入口催化劑床層密度，kgm3；ρS為催化劑骨架密度，kgm3。

通過(guò)物料平衡計(jì)算出提升管出口油氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量為75.5，代入式(1)得到夾帶的油氣量為6.41 kgt，通過(guò)兩器熱平衡計(jì)算出催化劑的循環(huán)量為1 245 th。最終得到汽提段夾帶的總油氣量為7 980 kgh。

4.2 油氣在沉降器的停留時(shí)間

受沉降器結(jié)構(gòu)影響，汽提段油氣線速在汽提段料面處最高，在導(dǎo)氣管口截面處最低，其平均線速按下式計(jì)算[5]：

(2)

式中：u為汽提段油氣平均線速，ms；u1為汽提段導(dǎo)氣管口處油氣線速，ms；u2為汽提段藏量料面處油氣線速，ms。

沉降器內(nèi)催化劑藏量為34 t，催化劑料面距離導(dǎo)氣管口2.26 m，即油氣在沉降器的停留時(shí)間為13.56 s。導(dǎo)氣管平均線速為15.33 ms。

5 物料平衡及產(chǎn)品質(zhì)量

5.1 技術(shù)改造前后操作參數(shù)對(duì)比

技術(shù)改造前后均使用LVR-60R催化劑，技術(shù)改造前后的操作參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，技術(shù)改造前后反應(yīng)溫度等未發(fā)生明顯變化，但再生溫度有所降低。

表1 技術(shù)改造前后的操作參數(shù)對(duì)比

5.2 技術(shù)改造前后產(chǎn)品分布對(duì)比

表2 技術(shù)改造前后物料平衡數(shù)據(jù)對(duì)比

隨著油品質(zhì)量的不斷升級(jí)，減少乃至不產(chǎn)催化裂化柴油將是大勢(shì)所趨[6]。因此，技術(shù)改造后產(chǎn)品分布進(jìn)一步改善，經(jīng)濟(jì)效益提高。

5.3 技術(shù)改造前后產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比

表3為技術(shù)改造前后的穩(wěn)定汽油性質(zhì)對(duì)比。由表3可見(jiàn)，改造前后穩(wěn)定汽油餾程基本保持穩(wěn)定，汽油辛烷值由改造前的91.55升至改造后的92.02，提高0.47個(gè)單位，烯烴體積分?jǐn)?shù)增加3.92百分點(diǎn)，芳烴體積分?jǐn)?shù)增加0.73百分點(diǎn)，油氣二次反應(yīng)減少，烯烴飽和率降低[6]，穩(wěn)定汽油辛烷值提高。

表3 技術(shù)改造前后穩(wěn)定汽油性質(zhì)對(duì)比

表4為技術(shù)改造前后的柴油性質(zhì)對(duì)比。由表4可見(jiàn)：技術(shù)改造后柴油質(zhì)量控制良好，初餾點(diǎn)基本保持穩(wěn)定，95%餾出溫度提高約2 ℃，柴油餾程略微拓寬；受原料密度變大及反應(yīng)深度提高的影響，柴油密度(20 ℃)提高5.6 kgm3。

表4 技術(shù)改造前后柴油性質(zhì)對(duì)比

表5為技術(shù)改造前后的液化氣組成對(duì)比。由表5可見(jiàn)：改造前后液化氣組成基本保持穩(wěn)定；因二次反應(yīng)減少，氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)降低[6]，丙烯體積分?jǐn)?shù)提高0.54百分點(diǎn)。

表5 技術(shù)改造前后液化氣組成對(duì)比 φ，%

6 結(jié) 論

(1)沉降器旋風(fēng)分離器直連的操作彈性較強(qiáng)，在裝置開工及操作波動(dòng)情況下旋風(fēng)分離器系統(tǒng)的操作彈性較大，導(dǎo)氣管不會(huì)導(dǎo)致油漿固含量增加，油漿固含量為3.0 gL。

(2)沉降器旋風(fēng)分離器直連技術(shù)改造后，沉降器上部基本無(wú)油氣停留，沉降器結(jié)焦問(wèn)題得到解決。油氣二次反應(yīng)減少，汽油收率提高1.29百分點(diǎn)，柴油收率降低0.68百分點(diǎn)，輕質(zhì)油收率提高0.61百分點(diǎn)，穩(wěn)定汽油辛烷值提高0.47個(gè)單位，液化氣丙烯體積分?jǐn)?shù)提高0.54百分點(diǎn)。

[1] 袁曉云，邢海平，陳晗，等.1.4 Mta兩段提升管催化沉降器結(jié)焦分析及措施[J].齊魯石油化工，2015(3)：224-227

[2] 袁曉云，趙飛，魏廣春，等.溶劑脫瀝青-催化裂化工藝的優(yōu)化組合及其應(yīng)用[J].煉油技術(shù)與工程，2011，41(5)：6-9

[3] 魏治中.沉降器旋風(fēng)分離器直聯(lián)改造[J].煉油技術(shù)與工程，2012，42(11)：41-44

[4] 胡敏，劉為民.催化裂化裝置沉降器結(jié)焦與防治對(duì)策[J].煉油技術(shù)與工程，2013，43(6)：26-32

[5] 曹漢昌，郝希仁，張韓.催化裂化工藝計(jì)算與技術(shù)分析[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000：36-347

[6] 陳俊武，許友好.催化裂化工藝與工程[M].3版.北京：中國(guó)石化出版社，2015：171-222