重油催化裂化装置反应系统结焦与处理方法

李戈 梁晓玲 杨振东（呼和浩特石化公司，内蒙古 呼和浩特 010070）

呼和浩特石化公司280万吨/年催化裂化装置反再两器采用同高并列式布置形式，反应部分采用石油化工科学研究院MIP工艺技术，以满足催化生产高辛烷值低烯烃汽油组分的要求，再生部分采用LPEC开放的烧焦罐高效再生技术，最大限度的恢复和保护催化剂活性，为进一步优化MIP的产品收率和质量创造条件。该装置2012年10月建成，开工投产以来，经历了多次异常状态，导致切进料，放火炬，在2014年7月15日，突然发现待生线路不畅，待生滑阀压降突然变小，汽提段藏量上升速度较快，反应温度下降较快，在经历多次调整后发现问题不能解决，于是进行停工处理，在检查过程中发现主要是由于反应系统结焦严重，造成焦块脱落，堵塞待生线路，导致催化剂流化异常，致使装置停工。

1 催化裂化结焦机理

重油催化裂化原料主要为渣油，渣油的组成重，相对分子质量大，经喷嘴雾化后，在提升管底部与高温再生催化剂接触，部分重组分未气化温以小液滴形式存在。未气化的小液滴直径比催化剂孔径大，不能进入催化剂内部进行催化裂化反应，会在500℃以上的高温下发生热裂化反应。热裂化反应使大分子烃类裂解成小分子烃类，在热裂化反应产物中含有烯烃和二烯烃。因此催化裂化反应后的油气中含有重芳烃、胶质、沥青质、烯烃及二烯烃、饱和烃、轻芳烃等组分。饱和烃和轻芳烃一般经过催化裂化反应后生成小分子且不含芳环结构随油气带出因而生成焦炭的可能性较小。

1.1 重芳烃含有三个以上的芳环，芳环在高温下很难被断开，侧链断裂后，脱氢生成稠环结构，缩合成焦炭。、

1.2 胶质、沥青质是比重芳烃更重的馏分，含有五个以上芳环，在热转化过程主要是缩合生成焦炭。

1.3 二烯烃非常活泼，很容易发生聚合反应，二烯烃经聚合和环化后，生成稠环芳烃，生成焦炭。

1.4 对于掺炼油浆和回炼油的催化裂化装置，其含有的重芳烃、胶质和沥青质经过催化裂化反应后，其性质与渣油中的重芳烃、胶质、沥青质有所不同，在催化裂化反应时其易裂解的侧链已经断裂，组分较轻而芳香度更高，失去侧链后的稠环芳烃更容易发生脱氢缩合反应生成焦炭[]。

2 提升管进料喷嘴处结焦

2.1 造成该部位结焦的可能原因

2.1.1 喷嘴选型不合理，雾化效果不良。

2.1.2 提升管进料段剂油接触效果差。

2.1.3 正常生产时，剂油比偏小，进料性质变重或进料量远低于设计值

2.1.4 进料温度过低，部分重油未汽化

2.1.5 在进料段，催化剂密度偏大或偏小。因催化剂滑落，返混严重，促使液焦增多，增大结焦倾向。

2.2 重油催化裂化装置防止进料喷嘴处结焦的方法

2.2.1 应根据装置进料性质和进料量选择适宜的进料喷嘴

影响催化裂化原料雾化效果的主要因素有:①原料的进料性质。在其他相同条件下，原料雾滴的粒径随进料的粘度和表面阻力的增大而增大，随其密度的增大而变小[]。②原料喷嘴的结构。优异性能的喷嘴能使进料雾滴平均粒径接近催化剂的平均粒径，并且空间分布均匀、运动速度适宜。在保证良好的剂油接触的同时又会使催化剂大量破碎跑损。③原料雾化蒸汽量。喷嘴汽液比越大，原料雾化效果越好。但汽液比太大，会限制处理量，从而增大了生产成本。

所以，①原料的进料喷嘴应选型合理并且具要有一定的操作弹性，进料量应与进料喷组工况相匹配。进料量太大，汽液比就会受到制约；进料量太小，进料段催化剂存在“边壁“效应，剂油接触不好，会造成进料段结焦。②进料喷嘴应采用耐磨材质，尤其是线速高易冲刷的部位，保证喷嘴内部不堵塞，选择适宜的喷射角度，以确保原料的雾化质量。

2.2.2 各喷嘴油、汽量要相对均匀，不能偏流

目前新建催化多采用多喷嘴进料，使每路进料都设有流量控制阀，每个喷嘴进料及其雾化蒸汽都有流量指示。随着掺渣率的提高，应增大原料雾化蒸汽流量，可提高原料雾化效果，并可降低沉降器内油气分压，控制重质烃类的缩合生焦。

2.2.3 控制适宜的反应操作条件

2.2.3.1 控制适宜的剂油比

提高掺渣率，应相应提高剂油比，以提供重油汽化率，并提高重油的裂化能力。

2.2.3.2 控制适宜的进料温度

控制原料预热温度＞185℃，使原料油在进料温度下的粘度≤4cm3/s。进料温度太低使原料粘度增大、雾化效果差，致使液焦增多。

2.2.3.3 控制适宜的掺渣率和油浆回炼量

油浆中含有较多的稠环芳烃，油浆回炼量过大，会增大反应生焦虑（尤其是液焦的生成）。因此，应根据油浆密度和固体含量，适当控制油浆回炼量和外甩量。一般掺渣率越高、原料性质越差，应适当增大油浆外甩量而相应降低油浆回炼量。

2.2.3.4 控制适宜的反应温度

对于常规重油催化裂化装置，反应温度不应低于490℃。随着掺渣率的提高或原料变重，相应提高反应温度。

2.2.3.5 进料雾化蒸汽一般按总进料的4%-9%控制，当进料量低于设计值时应适当加大雾化蒸汽流量[]。

2.2.4 优化提升管反应器的设计

2.2.4.1 预提升段采用分布均匀的分布器、适宜的提升高度。预提升段一般不低于5m或预提升段长径比≥4.5。

2.2.4.2 提升管反应器采用抗滑落设计，减少催化剂的返混，使雾化油滴与稳定的催化剂密度分布相适应，形成良好的反应环境，使喷嘴始终处于最佳工况。

3 沉降器结焦

沉降器结焦多集中在旋分器吊架支梁和集气室内。危害是对于沉降器汽提段采用水平格栅的装置，由于上部焦块脱落会堵塞格栅，影响催化剂正常循环，甚至中断循环；而集气室内结焦可能会因焦块掉进旋分器内堵塞料腿或卡住翼阀造成催化剂大量跑损。

沉降器结焦无论是硬焦还是软焦，大部分是催化剂细粉，除去催化剂后，焦中含氢量约3%-5%。说明生焦是由于高沸点大分子稠环芳烃缩合和热烈化反应的结果[]。

减轻沉降器结焦状况，除了改善提升管反应器运行工况减少液焦生成外，还应做到:

3.1 加强沉降器及集气室的保温，减少裂化油气在沉降器内的温度。

3.2 缩短催化裂化油气在沉降器内的停留时间。

目前重油催化裂化装置采用提升管出口为粗旋快分、粗旋升气管与顶旋入口软连接等技术来快速分离油气和催化剂以缩短停留时间。

3.3 改外集气室，避免集气室内的焦块掉进旋分器

4 沉降器顶旋结焦

沉降器顶旋结焦集中在升气管外壁和料腿翼阀，造成料腿堵塞或者翼阀阀板卡住失灵，导致催化剂大量跑损。

对于采用VQS或VSS的重油催化裂化装置，由于正常生产时封闭罩内外温差大，一旦切断反应进料，催化剂循环量小，极易使液焦在顶旋料腿翼阀凝结，升气管外壁的焦块也容易脱落堵塞料腿、翼阀。所以，催化裂化装置在切断进料后，应迅速关闭进料喷嘴前手阀，防止油品串进反应器；尽量维持反再两器催化剂循环，必要时可提升沉降器催化剂料位掩盖住顶旋料腿翼阀，避免该部位结焦[]。

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