催化裂化设备结焦原因及防结焦措施探讨

曹望广 孙春明 董旭

摘要：在分析大港140万吨/年催化裂化装置设备结焦所产生危害的基础上，重点对设备结焦的原因从理论与实践的角度进行了探讨，综合国内部分炼厂改造的成功经验和本企业实际，对催化裂化设备防结焦措施及改造情况进行了归纳和总结。

关键词：催化裂化；结焦危害；原因；防焦措施；改造

1 简介

大港石化140万吨/年催化裂化装置为两段再生、高低并列式，1996年12月投产。我厂在催化设备结焦问题上进行过长期研究和探索，2017年检修期间，我厂借鉴哈石化催化沉降器改造的成功经验，采用中国石化工程建设有限公司（SEI）“催化沉降器防结焦盖板技术”进行改造，取得良好效果，目前已平稳运行2年，设备未出现结焦倾向。本文将对催化设备结焦进行了较为详尽的原因分析，并给出相应防结焦措施，以供参考。

2 结焦部位及危害

各厂催化装置都曾经遇到过在反应系统（提升管、沉降器、大油气线等）及下游设备（如分馏塔、油浆系统等）内不同位置、程度不同的结焦，给装置运行带来程度不同的危害。

2.1提升管

2.1.1喷嘴出口及其周围

2.1.2喷嘴上方提升管内壁一小段

2.1.3喷嘴上方热电偶及测压套管顶部

喷嘴出口一旦结焦，喷嘴压降增加。严重时只有降量操作，进而影响到装置的加工能力；喷嘴上方提升管内壁一小段结焦，如过于严重，提升管阻力增加，增大了再生线路的阻力，严重时只能降催化剂循环量，进而影响剂油比。喷嘴出口上方热电偶和测压套管顶部结焦堵死，将会影响测温测压。

2.2沉降器

2.2.1沉降器上段及穹顶内壁

2.2.2旋风分离器入口、筒体及料腿内壁

2.2.3旋风分离器一级升气管、一、二级联箱外表面

2.2.4集气室、防焦蒸汽环

旋风分离器入口、筒体及料腿内结焦，一旦掉入料腿内，堵死料腿或翼阀，会造成大量跑损催化剂，进而影响油浆固含量乃至威胁装置的正常运行；其余三处结焦，如焦块脱落堵塞待生斜管、待生滑阀，催化剂循环中断，装置只能停工检修，即使焦块落不下来，结的焦炭容易自燃，而使沉降器超温导致穹顶变形。停工时过早打开人孔，沉降器温度未降到位，空气进入后易引发着火事故。

2.3大油气管线

2.3.1沉降器大油气管线出口

2.3.1大油气线进分馏塔前水平管段

大油气管线结焦严重将导致压力降增加。为保持压力平衡，须提高反应压力和再生压力，前者增加了气压机负荷，后者使主风机能力下降。焦炭一旦脱落，经分馏塔进入油浆系统，堵塞油浆换热器，憋坏油浆泵，严重时装置停工。

2.4分馏塔

2.4.1分馏塔底、人字挡板及塔底内壁

2.4.2分馏塔上段及顶部结盐

一旦焦炭脱落进入油浆系统，堵塞油浆泵、管线、原料-油浆换热器、油浆蒸汽蒸发器，装置只能停工清理；结盐严重时，分馏塔压降增加，顶温波动加大，分馏效果变差，影响产品质量。

2.5油浆系统

2.5.1油浆泵入口管

2.5.2原料油-油浆换热器、油浆蒸汽蒸发器

油浆系统结焦危害性极大，油浆泵、原料油-油浆换热器、油浆蒸汽蒸发器一旦堵死，分馏塔热平衡破坏，只能停工处理。

2.6气压机平衡管及出口管线

气压机平衡管及出口管线一旦结焦或结盐，轻则气压机轴位移及振动增加，严重时联锁停机，富气放火炬，引发环保事故。

3 结焦原因分析

3.1结焦因素

（1）未及时根据原料油和油浆性质调整操作所致。（2）催化剂选型不当。国外有文献提出低活性、高稀土、低比表面积的催化剂有利结焦。（3）因原料变重（如残炭含量大于4%）、变杂后设备结焦明显增加。经加氢处理过的原料可以有效防止设备结焦；石蜡基原料，转化率和剂油比低时设备容易结焦；高沸点、高芳烃原料设备容易结焦。（4）提升管、沉降器、大油气管线等设计不合理。如沉降器有死区、快分升气管距旋风分离器太长；大油气管线粗长；提升管下端Y型段不能均匀分配催化剂；进料喷嘴雾化性能不好等都易使设备结焦；另外，保温不良，也易结焦。（5）剂油比、反应温度、雾化蒸汽用量、防焦蒸汽用量等设定不当，易使设备结焦。

4 防结焦措施

4.1提升管

（1）选取雾化性能好的进料喷嘴。（2）喷嘴应布置在返混程度小、流化稳定、不易磨损、线速适中的部位，对称布置。（3）喷嘴与提升管中心夹角，为增加油滴与高温催化剂接触时间，以充分汽化，夹角小一些好。30度是不错的选择。（4）喷嘴下方应有足够长的整流段，预提升蒸汽或干气应采用分布器进行分配，提升介质用量要足够大。

（5）原料油应调和均匀，把好原料油和油浆性质关，控制好反应压力、剂油比、雾化蒸汽用量。（6）严格按操作卡控制反应温度和反应压力。原料油愈重，反应温度愈高，否则蒸发不完全，原料油很难完全汽化；反应压力下降，降低了油气分压影响重质馏分油的汽化。（7）合理匹配原料油雾化蒸汽用量，经验是雾化蒸汽量为原料油量的5%--7%。

4.2沉降器

（1）对沉降器尺寸进行核算，消除死区。（2）改进提升管出口与旋风分离器联接方式，以降低反应油气在沉降器内停留时间，最理想的方法是采用封闭式旋风分离器或者弹射分离器。（3）避免沉降器热损失过大，加强外保温，降低热损失。

4.3大油气管线

大油氣管线，按高线速设计，缩短停留时间，并尽量减小进分馏塔的水平管段，该水平段要求有一定坡度，有凝结油滴时能自流入分馏塔。

4.4分馏塔

（1）如油浆中烯烃、多环芳烃含量增加，要及时外甩油浆。（2）控制好油浆管线的线速，以大于1.2米/秒为宜。（3）加注油浆阻垢剂。（4）定期清理油浆泵入口过滤器。

4.5气压机平衡管及其出口管线

为防止气压机及其出口管线结焦、结盐，可通过加强水洗，以控制富气中H2S、盐分含量。

5 沉降器防结焦改造

我厂利用2017年检修对沉降器进行防结焦改造。本次改造取消了油气收集管，在翼阀上部一定高度位置设置金属盖板，利用防焦蒸汽将油气控制在金属盖板下部有限的一个小空间内，避免了油气在封闭罩外停留而导致沉降器结焦。同时将下部4个槽口改为8个、尺寸加大，使料腿下来的催化剂和油气一并从槽口进入，避免催化剂在罩外堆积。

6 结论

本文所述防止催化设备结焦的原因及改造措施，是在经过实践证明的基础上总结得出的，可直接选用或参考。

参考文献

[1]大港石化公司140万吨/年催化裂化装置操作规程[M].2017.

[2]大港石化公司催化沉降器及高温取热炉隐患治理项目可行性研究报告[M].2017.

[3]郝希仁，浅论降低催化裂化过程生焦，《催化裂化1992年年会报告论文集》[M].1992：75.

作者简介：曹望广（1984- ），男，工程师，从事石油化工机械设备维修管理工作。

孙春明（1986- ），男，工程师，从事石油化工机械设备维修管理工作。

（作者单位：中国石油大港石化公司）