100万t/年催化裂化分馏塔底结焦及油浆系统堵塞的探讨

2012-02-01张忠诚

科技传播 2012年14期

张忠诚

延安炼油厂，陕西洛川 727406

0 引言

催化裂化油浆系统堵塞，结焦直接影响装置的长周期运行，催化原料重质化是造成分馏塔结焦的根本原因，油浆流速低和高的固含量是造成油浆系统堵塞的主要原因，提高塔底温度，增加油浆回炼，都会造成油浆变重，稠环芳烃增加，随着超稳沸石催化剂的使用，使一部分原本可生焦的中、重芳烃不形成焦而以稠环芳烃成焦碳前身的形式积聚在油浆中，使分馏塔结焦日趋严重。

油浆系统的低流速和高固含量会造成催剂在换热器沉积，降低换热面积，最后造成换热器堵死。

延安炼油厂100万吨侔催裂化在检修时发现分馏塔底结焦严重，尤其在2006年检修中发现分馏塔软焦（前身物）和硬焦多达十几吨（见图1）。塔底结焦的水平高度已与防涡齐平，使油浆抽出口流动区域仅形成一个圆状环隙，油浆蒸汽发生器3、4两台因油浆流速低，在运行一年后即被堵死。

图1

在开工后，我们采取了防焦措施优化了操作，改进了工艺流程，加注了阻垢剂，装运得置了650天后，在2008年检修中发现油浆系统结焦较以前大为减轻，但分馏塔底结焦情况仍较为严重。

1 结焦问题分析

1.1 塔底结焦与油浆性质的关系

油浆中所含胶质、沥青质和多环芳烃最易结焦，因此，塔底油浆系统结焦倾向与自身组成有十分重要的关系，油浆的多环芳烃含量、密度、粘度的增大都会引起结焦趋势的增加，油浆中催化剂形成了结焦的核心，所以固含量的增大也是结焦趋势增加的一个原因。延安炼油厂油浆性质(见表1)较好，故塔底结焦中软焦层较厚。

表1 油浆的性质

残炭 8.49 HK 232 10% 405 50% 453 90% 501特性因素 10.46分子量 355.5

1.2 塔底结焦与塔底温度、停留时问的关系

延安炼油厂习惯于塔底温度控制在370℃～380℃之间，以提高收率但根据反应工程中的液相烃类热反应原理，在反应过程随着温度的升高，溶剂组分溶解能力下降，溶质组分容易从溶液中分离出来，另外，由于体系温度较高，被活化的组分增加，使缩合反应加剧，油浆中芳烃缩合是导致系统结焦的主要原因。

油浆在塔底停留时间一般要求平均为5分钟左右，但在分馏塔底四周平坦区域有一个缓流区，油浆在这一区域停留时间就会远大于5分钟，最后造成缓流区沉积结焦，缓冲区变为死区，缓冲区向前推进，最终导致塔底抽出口只有一个环形口空间走油，而整个塔底其它部分区域结焦（见图1）。

1.3 油浆换热器堵塞原因分析

延安炼油厂100万吨/年催化油浆流程先与原料换热再进人蒸汽发生器产生蒸汽，目前的换热流程为：与原料四个串联，再与蒸汽发生器四个并联，油浆经过原料换热器和油浆蒸汽发生器的线速分别为1.2m/s和0.62m/s，（循环量300吨/小时），较低的线速导致了油浆在蒸汽发生器上粘结和催化剂的沉积，最后导致部分管子结死。相比较下，原料换热器因线速较高从未堵过。

2 防止结焦和堵塞的措施

2.1 减少塔底停留时间和降低塔底温度

催化装置油浆系统防堵塞和结焦，必须保持较高的流速，一般大于1.3m/s，分馏塔底保持较短的停留时间，不大于5分钟，即保持大的油浆循环量，对于本套装置而言，我们采取保持分馏塔液位≯50%（液位与停留时间对应关系见表2）、油浆循环量控制在290T/h～350T/h之间、同时降低塔底温度至350℃～360℃之间，缓解油浆系统的结焦问题。

表2 油浆分馏塔底停留时间

注：油浆循环量：300t/h

2.2 优化操作

反应深度的变化直接影响油浆的组成，操作要根据日常油浆密度及固含量的变化及时调整，当油浆密度大于1.05时，要及时外甩油浆，当固含量升高时，要及时分析原因并调整操作，同时加大外甩量。根据我装置的运行特点及原料性质较好的情况，在正常生产情况下采用定期外甩油浆，来降低油浆密度，在开停工过程及操作异常的情况下，部分催化剂会造成油浆固含量的增加，这时就采取边补边甩的措施，加大油浆外甩量，阻止催化剂沉积的油浆系统，但由于分馏塔底抽出口位置相对平坦，其角度远小于催化剂流动的休止角，缓流区依然会沉积催化剂，所以这个措施对油浆系统防堵作用明显，但对分馏塔底结焦只能缓解。

2.3 使用良好的阻垢剂

阻垢剂由于具有分散性能，能阻止悬浮在油浆中的催化剂粉末、结焦物的聚集；具有的抗氧性，能与被氧化的烃自由基形成惰性分子，阻止氧引发聚合。我们在2001年9月开始使用ZG-FCC-02型油浆阻垢剂，效果较好,油浆蒸汽发生器在使用1年8月后发汽量才逐渐减少，较原来提高了半年左右，这说明阻垢剂对油浆系统防堵塞是有一定效果的。

2.4 采用改变工艺流程和采用新型油浆泵

由于3、4号蒸汽发生器（图2）处于流程末端，如果四台全部投用，3、4号由于线速低容易被堵死，经过核算，使用一组可满足取热和压降要求，同时可提高流速至1.1m/s～1.4m/s。我们采用开3、4备l、2的方案，当3、4有问题时投用1、2，及时抢修3、4，抢修完毕后继续投用3、4。这样既保证了流速，又保证3、4号不会被堵死，对油浆系统的长周期运行非常有利，这也是经过这次650天运行证明了的。

图2

开工过程中或事故恢复的过程中，转剂过程中催化剂会大量进入分馏塔底，需要尽快外甩塔底油，但塔底升温过程中油浆泵容易抽空不上量。这是造催化剂在塔底沉积的另一个重要原因，因此我们选用气蚀余量较原来机泵富裕的嘉利特的新型油泵，缩短抽空时问，对防止分馏塔底结焦是有利的。

3 结论

对于我装置，采用了加注阻垢剂、改变工艺流程、优化操作等措施解决了油浆系统的堵塞问题，但这些措施对分馏塔底结焦只是起了延缓作用，塔底结焦将是装置长周期运行的瓶颈问题。

4 问题及建议

分馏塔结焦由温度、停留时间、油浆组成和催化剂含量四个因素决定，温度、油浆组成、催化剂含量可通过调节工艺操作的方法改变，停留时间理论上可通过增加循环量及降低塔底液位来实现降低，但存在这样两个问题，一是分馏塔底平坦构造及抽出形式，抽出角度小于催化剂流动休止角，这样就会造成沉积结焦；二是停留时间只是平均化概念，缓流区的停留时间较长，加之分馏塔液位是波动的，这也是分馏塔结焦无法消除的一个重要原因，所以只要消除缓流区，分馏塔就不会严重结焦，根据兄弟单位的经验，在缓流区引入循环油浆和回炼油产生搅动，（图3）能充分阻止催化剂颗粒及结焦物在此沉积。