长庆减渣悬浮床加氢裂化结焦原因分析

李文选

（陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心，陕西西安710075）

悬浮床加氢裂化装置具有投资少、氢耗低、转化率高、馏分油收率高等优势。加工减压渣油等重质油具有独特的优势。减渣等重质油在反应的过程中会有焦产生。当大量焦生成时会造成反应器压差波动，更严重时会造成反应器结焦堵塞［1］。

焦的H/C比差异在0.5～1.5之间，是不溶于某种溶剂的含碳有机物，悬浮床加氢裂化反应中生成的焦会堵塞催化剂的孔道和活性位，降低催化剂和原料油的接触面积，造成催化剂活性急剧下降或永久失活［2］。生焦量的增多还会造成反应器压差波动甚至结焦堵塞。渣油的热反应是平行顺序反应，焦生成的原因是大分子烃类通过缩合和聚合反应发生复杂的物理化学反应的结果。

分析手段将渣油分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质4个组分。饱和分主要由各种支链和较长的脂肪链构成，基本无芳香环和杂原子。在加氢裂化过程中生成气体和汽油等轻质馏分，不会发生环化和芳构化反应。饱和分会促进生焦反应发生，因为较强的抢氢能力降低了芳香分和胶质向沥青质的供氢量，促进了大分子沥青质缩合反应。

在加氢裂化中，芳香分主要发生热裂化自由基反应，反应生成轻质馏分油的同时也缩合生成胶质，随反应时间增长和反应温度升高，生成的产物胶质会进一步缩合生成沥青质，但是生成的沥青质在供氢充足条件下不会转化为积碳。在高温下芳香分会裂化生成饱和分，饱和分的抢氢能力很强，结焦率会增加。为了降低结焦的风险，温度不能太高，防止芳香分过多的转化为饱和分［3］。

胶质在加氢裂化过程中生成轻质馏分油，低空速条件下，轻质馏分油的产率增加。胶质和沥青质的结构都比较复杂，一般认为胶质包裹着沥青质，在加热过程中胶质为沥青质主要的供氢体。

长庆减渣相比于其它地区的减渣易结焦。通过试验中的现象以及原料性质和4组分的分析，能够对反应易结焦的原因有初步的认识。

1 流程

悬浮床加氢裂化单元工艺流程简述如下：制备好的混合原料用低压氮气压入进料罐，催化剂已提前搅拌混合进原料中，混合原料经泵打入高压进料泵，与预热后的氢气形成混氢原料进入2台串联的反应进料加热器，加热至350℃后进入悬浮床反应器，在460℃左右温度和催化剂作用下，进行热裂解和加氢反应［4］。

加氢产物全部进入热高压分离器，进行气相与热高分重油的分离。热高压分离器底部采用新氢直接冷却方式，将新氢直接注入热高压分离器底部，使底部液相冷却至380℃，防止底部液相发生热裂化反应导致结焦。

从热高压分离器底部分离出的热高分重油主要含未转化原料、催化剂和少量馏分油，经过泄压后进入热低压分离器，底部的热高分重油进入油品收集罐。顶部闪蒸出来的气体经冷却器冷却后进入冷高压分离器进行油气分离，多余尾气放空处理。冷高分底部产物进入低压分离器进行油水分离，得到冷高分轻油和酸性水。

纯度99%以上的氢气经新氢压缩机2级压缩升压至22.8 MPa后分成2路，1路作为原料反应氢，该反应氢经过加热器加热后与高压进料泵出口原料混合，部分冷氢进入悬浮床热高分底部；另1路急冷氢分别进入反应器的顶部和底部。反应器通过多点热电偶和温度控制器［5］。

2 试验过程

试验以长庆减压渣油为原料，将原料油加热至145℃，按一定比例加入催化剂，搅拌混合均匀后加入原料罐中，和预热后的氢气混合后进入后面串联的2台预热器中，预热器出口温度350℃。预热后的物料进入悬浮床反应器进行加氢裂化反应，反应器平均温度455℃，系统压力22 MPa，空速0.5 h-1，氢油比3 000 L/kg，反应后的物料进入热高分，热高分底部温度控制在380℃，热高分产物重馏分油通过减压阀排出，轻质馏分油经冷却降温后由冷高分排出。反应器压差能够直观反应出物料是否有结焦物产生。

3 试验过程反应器出现的现象描述

原料切换为长庆减渣后，系统温度缓慢升至455℃。初期，反应器平均温度455℃，压力稳定，反应器压差27 kPa，反应体系稳定。反应约8 h后，反应器顶部温度在无外界条件干扰的情况下升高约4℃，热高分排出物中有颗粒状小固体，稍微冷却后会团聚成无规则形状块，和热高分中的轻油不互溶。短期累积会造成热高分排液管线堵塞。此时，反应器压差出现了锯齿状的波动，波动最大时压差会高报，随后压差波动越发频繁。反应器平均温度由455℃降至450℃，并加大进料量冲洗反应器，采取上述措施无效后装置进入停车程序。

4 原因分析

长庆减渣与FCC油浆4组分分析见表1，从分析数据可见，胶质和沥青质的含量较低，饱和分的含量较高，饱和分远大于芳香分。长庆减渣的黏度低，流动性好。对于进料系统，物料预热温度不需很高，120～130℃即可维持维持物料正常流动。

表1长庆减渣与FCC油浆的4组分

大量饱和分在加氢裂化过程中较强的抢氢能力降低了芳香分和胶质向沥青质的供氢量，促进大分子沥青质的缩合，发生结焦反应。在455℃高温下芳香分会裂化生成饱和分，饱和分通过加氢生成轻质馏分油，同时会缩合生成胶质，且随着反应时间增加和反应温度提高，生成的胶质会缩合生成沥青质，但是生成的沥青质在氢气供应不足的情况下会转化为积碳，进而增加结焦的风险。

5 结束语

长庆减渣单独不适宜做悬浮床加氢裂化，可以和SDA等重质原料按不同比例混合配制混合原料，以降低原料中饱和分的含量。在悬浮床加氢裂化的原料选择上，芳香分的含量应远大于饱和分，具体所占比例可以继续试验进行验证。