王蓬勃

摘 要：隨著原料的重質(zhì)化、劣質(zhì)化，催化裂化裝置和管線結(jié)焦已成為制約催化裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素之一，更重要的是這種產(chǎn)生在設(shè)備上的焦塊會(huì)給裝置的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的隱患。由于結(jié)焦而導(dǎo)致的非計(jì)劃停工給煉廠也帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，抑制或減少設(shè)備和管線的結(jié)焦已成為重油催化裂化裝置十分迫切的技術(shù)要求。本文對(duì)勝利石化總廠600kt/a重油催化裂化裝置的操作狀況和設(shè)備結(jié)焦原因進(jìn)行分析，針對(duì)裝置操作現(xiàn)狀提出抑制或減少設(shè)備結(jié)焦的措施。

關(guān)鍵詞：重油催化裂化裝置;設(shè)備結(jié)焦;技術(shù)要求;措施

1原料性質(zhì)和主要操作條件

1.1 典型原料的性質(zhì)和組成

勝利石化總廠主要加工中間基勝利原油，原油性質(zhì)較差。重油催化裂化裝置的原料主要為常壓渣油，其中大于500℃的減壓渣油餾分占62.0%。由于催化裂化原料的密度大、餾分重、殘?zhí)亢椭亟饘俸扛?、飽和分含量低而膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高。因此，該常壓渣油的裂化性能較差，裂化后焦炭產(chǎn)率高，這將使設(shè)備更易結(jié)焦，從而對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。

1.2 主要操作條件和產(chǎn)物分布

勝利石化總廠催化裂化裝置的主要操作條件見表1。產(chǎn)物中裂化氣、汽油、輕柴油、油漿和焦炭含量分別為14.54%，40.25%，29.17%，6.10%，8.93%。

2結(jié)焦物分析

2.1 結(jié)焦物的組成

勝利石化總廠重油催化裂化裝置的結(jié)焦主要發(fā)生在提升管噴嘴上方區(qū)域、沉降器頂部、轉(zhuǎn)油線和分餾塔入口等部位。其中，提升管噴嘴上方區(qū)域和轉(zhuǎn)油線的焦塊質(zhì)地堅(jiān)硬。對(duì)各部位的結(jié)焦物進(jìn)行分析。其中，采用元素分析儀測(cè)定碳、氫、氮的含量，采用管式爐法測(cè)定硫含量，灰分經(jīng)由馬弗爐高溫灼燒（900℃下3h）得到。從分析結(jié)果可知，結(jié)焦物中灰分含量較高，不同部位的結(jié)焦物其灰分含量不同，大致為30%～70%，其他主要為碳、氫、氮和硫等元素，這些元素都是催化裂化原料本身所含的元素，其中含量最多的是碳，若扣除灰分，純焦的碳含量均在93%以上。因此，結(jié)焦物的氫碳質(zhì)量比很低，為0.027～0.050，這說(shuō)明焦的縮合程度很高，是一種高度碳化的焦炭。

2.2 結(jié)焦物中的灰分

將各部位結(jié)焦物的灰分和平衡催化劑用D/max-ⅢA型X-衍射儀進(jìn)行晶相分析。結(jié)果表明，灰分中主要組分的晶相特征峰與平衡催化劑的晶相特征峰一樣，為分子篩和Al2O3晶相，其他則為各種金屬或金屬氧化物晶相特征峰，這是由催化原料中的金屬轉(zhuǎn)移到結(jié)焦物中所致。

3結(jié)焦原因分析及抑制措施

3.1 提升管噴嘴上方區(qū)域

從提升管噴嘴上方區(qū)域處結(jié)焦物的組成來(lái)看，灰分占63.16%，其中大部分是催化劑組分，因此，催化劑在提升管噴嘴上方區(qū)域的流動(dòng)狀況好壞是該區(qū)域結(jié)焦的重要原因。從結(jié)焦物中含有大量的催化劑可以判斷出焦炭的前身物應(yīng)具有很強(qiáng)的粘附性，能粘住催化劑顆粒。因此，焦炭的前身物應(yīng)是沒有完全汽化的液相組分，而且它能夠穿透快速上升的催化劑層最終在對(duì)面的管壁上結(jié)焦。即提升管噴嘴上方區(qū)域所結(jié)焦炭大部分應(yīng)是由未能汽化的原料重組分縮合而成的，小部分可能是由反應(yīng)產(chǎn)物在該區(qū)域繼續(xù)縮合反應(yīng)而成的。根據(jù)以上分析，抑制或減少提升管進(jìn)料噴嘴上方區(qū)域結(jié)焦的關(guān)鍵在于提高催化裂化進(jìn)料的汽化率和改善催化劑的流動(dòng)狀況，以保證催化劑有合適的預(yù)提升線速和密度。針對(duì)裝置的操作狀況，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

（1）提高霧化蒸汽量和過(guò)熱程度。提高霧化蒸汽量可以降低油氣分壓，明顯改善原料的霧化效果和汽化率，這既能改善反應(yīng)和產(chǎn)物分布，又能減少設(shè)備的結(jié)焦程度。

（2）適當(dāng)降低二再的溫度以提高劑油比。雖然高再生溫度有利于提高燒焦效果和再生劑的微反活性，但對(duì)于重油催化裂化，再生劑溫度過(guò)高，則使劑油比偏小，不利于原料的汽化。根據(jù)熱平衡計(jì)算，裝置的劑油比為5.81，對(duì)于重油催化裂化，劑油比偏低。因此，在保證再生劑含碳量為0.04%～0.10%的前提下，應(yīng)適當(dāng)降低二再溫度，提高劑油比。

（3）改善進(jìn)料性質(zhì)和提高原料預(yù)熱溫度。對(duì)于具體的催化裂化裝置來(lái)說(shuō)，催化裂化原料的組成是相對(duì)固定的，因此，可以采用乳化進(jìn)料技術(shù)。利用重油乳化燃燒過(guò)程中的“微爆”理論，在催化進(jìn)料中加入一定比例的水和乳化劑，在乳化劑和剪切力的作用下，水以1～5μm液滴的形式均勻地分散在油中，形成穩(wěn)定的油包水型乳狀液，通過(guò)爆破霧化方式，提高進(jìn)料的霧化效果和汽化率。

（4）保持適宜的催化劑預(yù)提升線速和密度。在進(jìn)料噴嘴下面設(shè)置合適高度的預(yù)提升段，以加速并整流熱催化劑，減少回流，強(qiáng)化對(duì)進(jìn)料油的傳熱，改善初始反應(yīng)，減少管壁結(jié)焦和催化劑上的生焦。

3.2 轉(zhuǎn)油線

轉(zhuǎn)油線結(jié)焦物主要分布在沉降器頂管線、油氣線向下直拐的部位及進(jìn)分餾塔口四周。流經(jīng)轉(zhuǎn)油線的介質(zhì)是催化裂化反應(yīng)后的高溫氣體和少量未被旋分器分離的固體催化劑粉末。其中，高溫油氣中除了裂化氣、汽油和柴油等輕質(zhì)組分外，還有相當(dāng)一部分富含重芳烴、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)的回?zé)捰秃陀蜐{，而且回?zé)捰秃陀蜐{中的重組分在性質(zhì)上與催化裂化原料中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)差別很大。這是因?yàn)榇呋鸦现械闹亟M分經(jīng)過(guò)反應(yīng)以后，容易裂解的側(cè)鏈和橋

鏈已經(jīng)斷裂，反應(yīng)產(chǎn)物中的重芳烴、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)較輕而芳香度更高，失去側(cè)鏈的稠環(huán)芳烴更容易發(fā)生脫氫縮合反應(yīng)生成焦炭。由轉(zhuǎn)油線結(jié)焦物的組成可知，以催化劑為主的灰分含量在30%～50%，因此可以推斷出轉(zhuǎn)油線焦的前身物同樣也具有粘附性。目前，還沒有很好的預(yù)防措施抑制和減少轉(zhuǎn)油線部位的結(jié)焦，各煉廠主要是以加強(qiáng)大油氣管線和管線進(jìn)分餾塔處法蘭的保溫為主，目的是減小溫降，防止重組分冷凝。

4結(jié)束語(yǔ)

抑制或減少提升管進(jìn)料噴嘴上方區(qū)域結(jié)焦的關(guān)鍵在于提高催化裂化進(jìn)料的汽化率和改善催化劑的流動(dòng)狀況，保證催化劑有合適的預(yù)提升線速和密度;對(duì)于沉降器頂部和轉(zhuǎn)油線部位，減少結(jié)焦的關(guān)鍵在于防止油氣中易結(jié)焦組分的冷凝和縮短反應(yīng)油氣在這些部位的停留時(shí)間。對(duì)于重油催化裂化，由于原料難于全部汽化以及熱裂化反應(yīng)的存在，結(jié)焦難于避免。但通過(guò)優(yōu)化工藝操作條件并采取科學(xué)的預(yù)防措施，可以減少裝置各部位的結(jié)焦，從而延長(zhǎng)開工周期。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘羅其，聶白球.降低重油催化裂化裝置軟焦生成的應(yīng)對(duì)措施[J].中外能源，2018，23（6）.