催化裂化裝置結(jié)焦問題與對策

郭向營 江紅偉 (中國石油化工股份有限公司洛陽分公司（中國 河南 洛陽，471012）

一、前言

中石化洛陽分公司催化裂化（I）裝置原設(shè)計(jì)為年處理量200萬噸的蠟油裝置，經(jīng)過歷年改造形成年處理量140萬噸的重油催化裂化裝置，蠟油處理量不足45%。

二、結(jié)焦問題

2000-2001年催化裂化（I）裝置引進(jìn)UOP技術(shù)進(jìn)行反應(yīng)系統(tǒng)改造，2008年對再生器旋分器更新，由原來的14組GE型更新為12組PV改進(jìn)型，經(jīng)過系列改造后，實(shí)現(xiàn)裝置開工最長運(yùn)行周期1081天，極大創(chuàng)造了效益。

2.1、UOP技術(shù)改造及再生器旋分器更新

2000年～2001年，引進(jìn)UOP技術(shù)將提升管由斜改直，出口由T型快分改為VSS快分、油氣分離改為Emtrol單級(jí)旋分器、催化劑汽提改為高效汽提、進(jìn)料噴嘴改為Optimix噴嘴；2008年再生器旋分器更新為12組PV改進(jìn)型高效旋分器，一級(jí)旋分器采用吊掛式以及其他相配套改造措施。

2.2、結(jié)焦部位改變

2.2.1 原料噴嘴

裝置原來使用洛陽工程公司設(shè)計(jì)LPC-1鴨嘴單孔型噴嘴。一般噴嘴出口不易結(jié)焦。2001年使用Optimix噴嘴。其特點(diǎn)是原料油從內(nèi)管進(jìn)，霧化蒸汽從側(cè)口進(jìn)環(huán)形通道。結(jié)構(gòu)采用三級(jí)霧化,目的是防止二級(jí)霧化產(chǎn)生的油滴并進(jìn)一步霧化。

Optimix噴嘴使用第一個(gè)周期檢修發(fā)現(xiàn)，4個(gè)噴嘴中有一個(gè)噴嘴出口12個(gè)小孔大部分結(jié)焦堵塞，另外一個(gè)噴嘴有3個(gè)小孔結(jié)焦堵塞；第二個(gè)周期檢修發(fā)現(xiàn)油漿回?zé)拠娮旖Y(jié)焦已經(jīng)完全堵塞，根據(jù)Optimix噴嘴特點(diǎn)決定停止油漿回?zé)挕?/p>

2.2.2 噴嘴出口

原噴嘴上部斜提升管結(jié)焦多，應(yīng)用新噴嘴后結(jié)焦較少，但形式改變成為柱狀焦。2009年檢修過程中，該處結(jié)焦較少。

2.2.3 提升管出口快分

UOP技術(shù)改造后，VSS快分效率高，提升管出口快分幾乎不結(jié)焦。

2.2.4 沉降器

改造前，沉降器結(jié)焦主要部位集中在沉降器稀相拱頂以及旋分器外壁，焦塊主要是硬塊焦，沉降器內(nèi)壁有一層2-5mm的硬焦。改造后，沉降器稀相拱頂以及旋分器外壁硬焦塊減少，沉降器催化劑料位以上的壁上有一層20mm厚的軟焦。2008年檢修過程中，沉降器旋分器升氣管外壁的結(jié)焦不多，2009年搶修檢查，發(fā)現(xiàn)4組Emtrol旋分器升氣管外壁均結(jié)有約0.4m2焦塊，最厚處100mm左右。

2.2.5 分餾塔

改造前后，分餾塔入口油氣管線結(jié)焦形狀是一層薄焦，由于入口大法蘭處沒有保溫，散熱量大，焦炭前身物稠環(huán)芳烴冷凝結(jié)焦，造成大法蘭處結(jié)焦較為嚴(yán)重，油氣管線入口焦約占了入口面積的一半。

三、對應(yīng)措施

3.1、改善原料性質(zhì)

改善Optimix噴嘴原料性質(zhì)及霧化效果是防止噴嘴堵塞、結(jié)焦的有效手段：

優(yōu)化原料油及油漿系統(tǒng)的過濾器，改善過濾效果，根據(jù)過濾器差壓及時(shí)切換，防止大塊雜質(zhì)進(jìn)入噴嘴。

裝置原料常壓渣油性質(zhì)逐年變重，粘度大，為保證霧化效果，原料油預(yù)熱溫度由195-200℃提高到220-225℃，經(jīng)常保持在205℃以上。

3.2、預(yù)提升氣優(yōu)化

UOP公司的預(yù)提升技術(shù)是在提升管底部用稀釋劑對再生催化劑進(jìn)行預(yù)加速、使催化劑的密度降低，這樣從進(jìn)料噴嘴噴出的油滴就能穿透催化劑覆蓋整個(gè)提升管截面，達(dá)到良好的劑油混合效果，使油滴得到良好的汽化，從而獲得較好的產(chǎn)品分布。操作過程中，通過優(yōu)化預(yù)提升氣，蒸汽對原料油比例基本控制在2w%，注入一定提升干氣量，預(yù)提升段線速保持4.5-6m/s。干氣中H2將催化劑的NiO或NiO2還原成金屬鎳后，容易聚集在一起，起到了鈍化作用；V2O5被還原成V2O3或偏釩酸后，也會(huì)失去破壞作用1。催化劑的重金屬污染減輕，焦炭前身物稠環(huán)芳烴量減少，從而起到了改善反應(yīng)選擇性的作用。

3.3、熱裂化反應(yīng)

提升管出口溫度測量點(diǎn)由快分出口移至沉降器集氣室出口（見圖1）。為了獲的高輕油收率，提高了反應(yīng)深度，同時(shí)回?zé)挶容^大，再生器密相床層溫度高，相應(yīng)熱裂化反應(yīng)趨勢加重。

由于反應(yīng)溫度測量位置在改造中進(jìn)行移位，與改造前相比，相同的反應(yīng)溫度，熱裂化程度加深，導(dǎo)致干氣產(chǎn)量增加（見圖1）。

3.4、優(yōu)化進(jìn)料

優(yōu)化催化裂化裝置原料油性質(zhì)，2006年，一套催化裂化最高蠟油比例達(dá)到47.53%，在平衡催化劑總金屬含量23000g/g以上時(shí)，仍保持焦炭產(chǎn)率9.63%，干氣產(chǎn)率2.19%，油漿產(chǎn)率1.63%的良好產(chǎn)品分布。

3.5、沉降器結(jié)構(gòu)

通過設(shè)計(jì)改造優(yōu)化沉降器防焦蒸汽空板，增大蒸汽量，減少油氣進(jìn)入旋分器以上拱頂盲區(qū)積聚結(jié)焦。

3.6、科學(xué)合理加劑

這里的劑料不僅包括催化劑還包括鈍化劑等其他輔助劑。平穩(wěn)均勻添加催化劑有利于催化劑平穩(wěn)置換，提高催化劑利用效率；而鈍化劑的科學(xué)合理使用，對于減少結(jié)焦更有重要意義。經(jīng)過一系列調(diào)整，催化劑污染有了較大改善。

四、應(yīng)用效果

4.1、噴嘴

原料油預(yù)熱溫度提高，有助于改善霧化效果；原料油及油漿過濾系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行后，原料油中大顆粒雜質(zhì)減少，能夠避免噴嘴的孔堵塞、結(jié)焦。UOP設(shè)計(jì)原料油霧化蒸汽量由對原料1.5-2W%，實(shí)際操作中提高到3.5W%，生焦量由原來的6.7%（計(jì)算值）降低至4.8%。對于催化裂化（I）典型的原料性質(zhì)（常壓渣油、減壓蠟油和溶劑脫瀝青油等混合原料），霧化蒸汽量提高到3-3.5 w%，霧化效果良好，生焦量降低，而且噴嘴出口線速提高（不大于90m/s），可以防止噴嘴小孔堵塞。

4.2、預(yù)提升氣

配合同量鈍化劑使用，干氣中氫含量保持在28－30%，較以前降低平均2-4%。生焦率降低了0.2個(gè)百分單位。

4.3、熱裂化反應(yīng)

降低反應(yīng)溫度，注終止劑，降低熱裂化程度。

五、結(jié)論

5.1 改造后催化裂化（I）裝置能適應(yīng)處理復(fù)雜進(jìn)料成分，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，但原料性質(zhì)頻繁波動(dòng)，易造成生焦率升高，干氣產(chǎn)量高等不良后果，應(yīng)采取平穩(wěn)進(jìn)料性質(zhì)，穩(wěn)定原料比重和適當(dāng)?shù)南炗捅壤M(jìn)行操作；

5.2 均衡加劑對于良好的產(chǎn)品分布具有重要作用，保持加料的平穩(wěn)對保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低催化劑耗具有重要意義；

5.3 嚴(yán)格操作調(diào)整，減少人為操作波動(dòng)；

5.4 干氣預(yù)提升氣和鈍化劑的合理配置，能夠較好抑制裝置生焦，但裝置受到氣壓機(jī)工況限制，隨著蠟油比例的增加，氣壓機(jī)已經(jīng)成為裝置運(yùn)行的潛在瓶頸；

5.5 合理的蒸汽用量。目前，裝置防焦蒸汽、預(yù)提升蒸汽及其他蒸汽量仍然較大，不利于降低能耗。

1 陳俊武,曹漢昌,催化裂化工藝與工程,1995,270-275