某重油催化裂化装置结焦原因分析及其预防应对策略

刘忠宇

摘要：本文以某石化公司1.2Mt/年重油催化装置为例，就其运行过程中出现的装置提升管、沉降器、分馏塔底和油浆循环系统结焦问题进行了原因分析，并提出了针对性的预防应对措施。

关键词：重油催化裂化装置；结焦原因；预防应对措施

1.装置结焦概况

该装置开工运行两个月后由于分馏塔底结焦，油浆泵出现抽空，经反复调节无效后，装置被迫停工。停工检查发现：

（1）分馏塔底严重结焦，塔底几乎全部充满了焦碳，只有油气入口处和靠近分馏塔搅拌蒸汽入口处的塔壁有空隙。分馏塔板一层焦厚300-400mm，二层200-300mm，多块塔板被压弯变形，还有两块板脱落。

（2）油浆循环下返塔、油浆回炼线、提升管喷嘴预热线及反应集合管处分馏塔底补油线被堵塞，堵塞物为黑色半固状体。经做苯溶解和苯不溶物灼烧后，Al2O3含量分析结果为苯溶物49%，苯不溶物为51%，Al2O3含量为4.3%（m），推算结果约含催化剂15%左右。

（3）油浆/原料换热器堵塞严重，且油浆系统调节阀磨损严重。

（4）装置停工检修期间检查发现提升管喷嘴上方1m处有大量硬质焦块，该部位人孔全部堵死。沉降器顶有大量焦块，防焦蒸汽环管大部分被埋死。沉降器旋分器升气管外壁有大量硬质焦块。

2.结焦原因分析

2.1分馏塔底与油浆系统结焦

导致分馏塔底与油浆系统结焦的因素较多，其中油浆的化学组成、分馏塔底和油浆系统的操作条件（如：分馏塔底液面、温度、催化剂固体含量、工艺管线和换热器管束流速等）是主要原因，此外，还与事故状态下的应急处理方式、分馏塔底结构形式等有关。

为提高装置负荷将部分性质恶劣的原料油大量供给重催，为提高装置轻质油收率，采取油浆部分回炼，直接导致油浆性质恶化，油浆比重长期在1.05～1.1g/cm3运行；操作上，分馏塔底温度控制过高，油浆泵单台运行，循环量只有350t/h，油浆循环系统流速只有不足1.0m/s；为降低能耗，大量限制反应系统各部蒸汽，低负荷运行时沉降器旋分器偏离允许运行工况，导致油浆固含长期超标，这都加剧了分馏塔底与油浆系统结焦的速度。

2.2提升管结焦

提升管进料喷嘴上方结焦与进料性质、喷嘴形式、雾化效果、进料段温度、催化剂类型、剂油接触的流动状态等有关。原料和热再生催化剂能否完全汽化接触与原料油是否有效雾化及汽化有关。没有汽化的组分基本上沒有转化。剂油不能在最短时间内混合均匀及催化剂滑落反混严重都会影响影响原料与催化剂间的传质和传热，如果产生涡流和滞留区，还将增加催化剂上的积炭，导致提升管局部挂焦。因此，减少提升管结焦的关键是最大限度改善原料性质；选择高效喷嘴，提高雾化效果；选择重油裂解能力好的催化剂。

2.3沉降器及旋风分离系统结焦

沉降器结焦物质主要特征象“钟乳石”悬挂在沉降器和旋风分离系统的死区。这些“钟乳石”说明结焦物质形成前是可流动的粘稠状“液体”；此外，还有部分焦块呈现出明显的分层，分层数量与装置切断进料或操作的大幅度调整次数基本吻合，说明紧急停工和操作的大幅度调整也是造成沉降器及旋风分离系统结焦的原因之一。

3.改善和预防装置结焦的措施

3.1分馏塔底与油浆系统

（1）增加回炼油与油浆搅拌和回炼油进油浆上下返塔的流程，防止油浆系统运行故障状态下油浆搅拌和上下返塔中断。

（2）将塔底孔状过滤改为格删状，高度由500mm加高到1500mm，以减少焦粉进入油浆循环系统。

（3）缩短分馏塔底停留时间。

（4）提高油浆循环量，增大循环系统流速。

（5）严格控制分馏塔底液相温度。

（6）控制适宜的油浆外甩量。

（7）严格控制油浆阻垢剂的加入。

3.2筛选适宜的催化剂，控制平衡催化剂活性

根据原料性质的变化，重新筛选了适宜的裂化催化剂，并更加注重催化剂的重油裂解能力和在抗重金属污染方面的性能，实际使用证明，产品分布得到改善，油浆和干气产率明显下降。

实际生产中注意控制平衡催化剂的活性在58%以上，尽可能保持催化剂比表面积在90以上。

3.3采取原油分储分炼措施

对进厂原油最大限度采取分储分炼措施，使重催原料性质尽可能得到改善，根据原料构成及时调整反应条件，适当加大催化剂的置换量，减少液体焦的生成。

3.4优化反—再运行参数

（1）控制适宜的反应温度。

（2）降低反应回炼比。

（3）控制适宜的进料温度。

（4）提高反—再系统蒸汽用量。

3.5优化提升管进料分布

（1）将新鲜原料与回炼油分层进料。

（2）提升管注终止剂。合理的终止剂注入位置和注入量可以有效减少二次反应的发生，特别是减少了生焦的缩合反应和生成干气的裂化反应；注入终止剂后，提升管出口温度的降低也会使易结焦的组分提前吸附到催化剂上，进入再生器，减少沉降器及后部系统的结焦。

3.6选用高效进料喷嘴

化性能好的喷嘴可使原料平均雾化粒径小于催化剂的平均粒径，有效改善油剂接触效果，改善产品分布，减少生焦和结焦。为此重催装置将靶式喷嘴全部更换为新型高效雾化喷嘴后，不仅产品分布得到改善，原料喷嘴上下部温差由原来的100℃提高到150℃。

3.7采用高效汽提技术

汽提段环行挡板的下方易成为“死区”，油气易在该部位结焦，重催装置将原汽提段改造为高效汽提，汽提蒸汽分上、中、下三层进入，减少了结焦产生

3.8改造自保系统

以往该重催装置自保系统存在以下问题：

（1）自保系统中部分关键的控制阀（原料进料控制阀、和油浆回炼控制阀、终止剂控制阀、干气预提升控制阀、回炼油回炼控制阀）和滑阀（半再生滑阀、外取热器下滑阀）没有与自保系统进行联锁。

（2）自保系统的逻辑设定参数少且逻辑不够严密，自保系统不能投入自动状态，在自动状态下，容易产生误动作引起事故。

（3）自保系统启动时间比较滞后。切断进料后各自保动作时间为20～30秒，存在由于操作人员判断不及时造成延误事故处理最佳时机以及发生次生事故的重大安全生产隐患。

为此针对上述问题进行了改造：

（1）增加自保启动的限定条件，修改原设计的逻辑关系。

（2）新增气压机、差压和提升管进料调节阀等多项自保联锁系统。

（3）对主风自保启动条件逻辑关系进行修改。

（4）改变原料自保、差压自保、提升风自保启动逻辑关系，解决在主风自保没有启动的状况下，上述自保不能独立自动启动的难题。

通过自保系统改造，不仅全部投用自动，而且响应时间缩短为8～10秒。

3.9改造反—再蒸汽系统

将反—再系统使用的1.0MPa饱和蒸汽改为使用装置自产过热1.0MPa蒸汽，有效改善原料雾化效果、汽提效果、防焦蒸汽使用效果。在沉降器顶部使用过热蒸汽，减少了“死区”的冷凝结焦。

4.结语

催化裂化装置特别是重油催化装置的结焦问题不同程度存在，本文中该石化重催装置不断在生产实践中总结经验，吸收消化同行业的先进做法，通过持续的技术改进，加强生产技术管理，逐渐摸索出一套成熟的预防和抑制催化裂化结焦发生的做法，因此，结焦问题也是很大程度可以缓解的。

参考文献：

[1]刘建立.催化裂化装置预防结焦问题综述[J].中国石油和化工.2017，13（5）：26-28.