催化裂化装置生焦率的影响因素及控制措施

刘小隽（辽宁石化职业技术学院， 辽宁 锦州 121001）

催化裂化装置生焦率的影响因素及控制措施

刘小隽（辽宁石化职业技术学院， 辽宁 锦州 121001）

催化裂化是重要的原油二次加工过程，其能耗直接影响石油加工企业的总能耗和生产效益，而烧焦能耗在装置能耗中占相当大的比例，必须结合装置特点和生产方案，从原料、工艺条件、催化剂和设备结构等方面入手，采取措施控制装置生焦率，以有效降低装置能耗水平。

催化裂化；生焦；措施

催化裂化是以重质油轻质化为目的的原油二次加工过程，旨在提高汽柴油产量，满足市场需要，是炼油企业的主要创收装置，也是能耗大户。中国石油催化裂化能耗调研组通过对相关企业催化裂化装置调查后，将能耗和焦炭产率进行关联，得出两者的关系式E=157.63Cc+1511.64。可知，焦炭产率高，装置能耗明显增加。一般来讲，焦炭产率每增加0.1%，装置能耗增加160MJ/t。为了降低装置能耗，提高经济效益，必须采取措施控制焦炭产率。

1 催化裂化生焦原理

在催化裂化条件下，原料中的烷烃、烯烃、环烷烃和芳烃分别发生分解、异构化、氢转移、芳构化、烷基化、叠合等反应，上述反应为复杂的平行顺序反应，随着反应深度增加，烯烃和芳烃等能够缩合甚至产生焦炭，导致最终产物中焦炭数量增加。

催化裂化工艺产生的焦炭可以归纳为四种类型，分别是反应缩合物产生的催化焦、原料本身固有的残炭转化生成的附加焦、吸附在催化剂表面没有汽提干净的油气产生的可汽提焦和污染焦，其中前三种属于可再生的焦炭。再生后，除去部分焦炭，恢复催化剂活性，并为反应过程提供热量。分子筛催化剂再生后焦炭含量通常要求＜0.2%，甚至更低。

2 影响催化裂化生焦的因素分析

2.1 原料的影响

（1）原料组成 从原料组成看，原料油中烷烃含量升高，反应选择性好，焦炭产率下降。芳烃含量高，选择性差，焦炭产率高。

目前，催化裂化的馏分油原料主要为减压馏分油、焦化蜡油、脱沥青油等馏分油，所用的渣油原料为常压渣油、减压渣油。装置可以单独加工馏分油或渣油，也可以在馏分油中掺入渣油。催化裂化装置自身分馏出的重组分回炼油与油浆，通常也进行回炼。渣油中的稠环芳烃、胶质和沥青质难裂解，极易生焦。油浆的裂化性能比新鲜原料低，而其结焦性能却比新鲜原料高2～4倍。中国石油催化裂化能耗调研组，对焦炭产率与原料性质进行关联，得出焦炭产率Cc与原料密度d、残炭Cs之间的关联式：Cc=18.782d+0.826Cs-12.369，由此可见，随着原料密度增大和残炭量增加，导致装置焦炭产率提高。

（2）原料中重金属杂质 原料中重金属杂质对催化剂有污染能力。随着原料的重质化程度提高，重金属含量增加，特别是原料中的Ni、V等含量一般在13mg/kg以上，上述金属加剧脱氢反应进行，造成污染焦，引起生焦率偏高。

2.2 催化剂的影响

现代提升管催化裂化采用微球分子筛催化剂。要求其具有良好的活性、选择性、稳定性、再生性能和抗污染能力。重金属沉积在催化剂表面，会降低催化剂性能，增加焦炭产率。裂化反应后催化剂表面的积炭是否容易烧掉是催化剂的再生性能，再生性能差会造成活性中心恢复率低，造成性能不能充分发挥，导致结焦积炭量增加，还可能导致催化剂抗重金属污染能力降低。

就催化剂组成和结构而言，催化剂孔径较大，重质油在孔内的停留时间缩短，高温缩合减少。采用对氢转移反应性能差的分子筛催化剂，可以一定程度抑制缩合。

2.3 操作条件的影响

（1）回炼比 在操作条件和原料性质相同情况下，提高回炼比，转化率提高，同时生焦率也增大。油浆量采出越大，越接近回炼油馏分，两者均容易造成结焦。根据原料的组成、裂化深度和加工方案，确定油浆的排出量，减少油浆和回炼油的回炼量。

（2）原料预热温度 原料预热温度较低时，要确保裂解反应所需能量，必须增大剂油比，在进料量不变情况下，汽提段负荷加大，效果变差，引起焦炭量增加。

（3）再生温度 适当提高再生温度，能加速进料的雾化和气化，降低再生剂含炭量，因此催化剂循环量降低，从而减小剂油比，使总生焦率降低。

（4）汽提蒸汽量 催化剂循环量一定时，增加汽提蒸汽用量，可以从催化剂上汽提分离出更多烃类物质，减少可汽提焦的产生。

（5）分馏塔塔底和回炼油的吹汽量 吹汽量减小，造成回炼油中留有一部分柴油馏分，返回提升管反应器回炼，进而发生裂解或缩合产生焦炭。

3 控制生焦率的工艺措施应用

3.1 解决原料问题

随着原料掺渣比的不断增大，原料中的胶质、沥青质和重金属含量也随之增加，导致装置焦炭产率上升。降低装置回炼比、停止油浆回炼，对降低焦炭产率效果良好。

根据生产中，关注原料中重金属含量的变化，及时调整钝化剂的注入量.减少镍金属脱氢反应造成的污染焦。

青岛炼化公司采用MIP—CGP工艺，采用两段串联提升管反应器，反应器总长度达50 m，催化剂与油气接触时间较长，存在过度裂化倾向。为降低焦炭产率，将常一线油作为急冷油注入一反出口来抑制后续的二次反应。20 t/h工况下的焦炭产率下降了0.61百分点，相应烧焦能耗降低38.2 MJ/t。

3.2 优化进料形式

泽普石化厂采用新鲜原料、回炼油和油浆进行催化裂化，过去按照三者密度由小到大的顺序，从下部向上依次进入提升管反应器。由于新鲜原料在高温催化剂上反应后，温度降低，催化剂活性降低。回炼油接着与催化剂接触时，汽化效果变差，液态组分吸附在低活性的催化剂表面，影响催化反应过程中的内外扩散，导致生焦量增加。装置改造后三种物料均匀混合后进入同一喷嘴，进行雾化、汽化，与活性较高的催化剂反应，产品分布得以优化。

3.3 选择高性能的催化剂

以新型高活性分子筛为活性单元，结合分子筛晶粒高分散性和酸性优化调变技术的LDO-70催化剂，增强了重油大分子高效选择性裂化能力。在乌鲁木齐石化公司应用中，焦炭产率降低0.77%，轻质油收率增加1.45%。在辽河石化公司应用中，焦炭产率降低0.5%，轻质油收率提高1.02%。

3.4 改进工艺设备

影响生焦率的工艺设备因素主要集中在预提升段、原料喷嘴、提升管出口快分、汽提段、旋风分离器等部位。改善喷嘴型式，使原料油的雾化粒度减小，提高传热效率。改善提升管催化剂流化状态，提升管出口安装快速分离设施，减少反应生成油气与催化剂的接触时间，终止反应，降低生焦率。减少油气在沉降器的停留时间，油气和催化剂在旋风分离器快速分离，减少了二次裂化反应的发生，降低了焦炭产率，强化汽提段汽提效果，尽量减少催化剂表面的可汽提焦。

催化裂化装置要结合原料性质、生产方案、装置特性，从改善装置的原料、控制工艺条件、催化剂选择和设备结构调整等方面入手，确保降低焦炭产率，实现催化裂化装置的节能。

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刘小隽（1968-），女，河北 人， 副教授，从事石油化工生产技术及教学研究。