催化裂化装置结焦分析和防结焦措施

1、 催化裂化装置结焦分析和防结焦措施 摘要：随着原油价格上涨，原油重质化和劣质化是各炼油企业实现效益最大化的有效方法，由此带来了催化裂化装置结焦问题，目前重油催化裂化装置不可避免的存在结焦问题。催化裂化结焦主要是由于原料性质变重后，原料喷嘴的雾化效果差，原料油在催化剂上不能完全汽化而产生湿催化剂，这些湿催化剂粘附结焦是引起提升管及沉降器内结焦的主要原因，而油气中重组分油气遇冷凝结，粘附在器壁上，长时间高温条件下发生缩合反应生成焦块，则是油气大管结焦的主要原因。关键词：催化裂化；结焦；分析1 前言催化裂化装置是炼油企业的核心装置，也是影响炼油企业效益的重要装置，如何减少催化裂化装置结焦延长装置运行

2、周期，已成为各炼油企业实现效益最大化的重要手段。湛江东兴1#催化裂化装置经过数次改造，由蜡油催化裂化改为重油催化裂化，2005年由洛阳设计院对催化装置进行扩能改造后，处理量提高至50万吨/年，设计减渣掺炼比例40%。随着装置掺渣量的提高，结焦已成为影响装置长周期运行的重要因素，特别是沉降器的结焦长期威胁着装置的安全平稳运行。1#催化裂化装置于05年3月16日一次性喷油成功后，由于掺渣量大，装置结焦较为严重，见表一。2007年3月14日按计划进行检修，停工打开沉降器清焦时发现，装置结焦严重，清出的焦炭共约50吨，见图一。目前1#催化装置沉降器内部结焦也较为严重，本周期运行过程中曾两次出现焦块脱落

3、，造成催化剂循环困难现象。本文通过分析结焦的原理及部位，结焦的原因，采取相应的防范措施，避免在生产过程中提升管、沉降器、油气大管、分馏塔底及油浆换热系统结焦，确保装置安稳长周期运行。图一：2007年3月检修时，由沉降器清出的焦块表一：沉降器至气压机入口压力实测数据2 催化裂化装置结焦原理一般来说结焦的过程可以分为两种，一种为催化裂化反应结焦，催化裂化反应是一个重油脱碳的过程，由低氢碳比的重质油生产高氢碳比的轻质油的过程，因此必然生成一些焦炭，一些易生焦物(烯烃、芳烃、胶质、沥青质)在高温下具有很强的结焦倾向，通过脱氢缩合反应，以催化剂颗粒为结焦中心逐渐长大，最后生成焦。另一种结焦则由高沸点的未

4、汽化的重油粘附在催化剂或设备的表面，形成内壁的结焦。结焦的过程可分为粘附、固化和增长3个阶段。重组分油气以液滴的形态存在，这些液滴在运动中黏附在器壁上，或黏附在催化剂颗粒上再沉积到器壁上，然后在一定的温度和时间条件下发生结焦反应固化，并逐渐累积增长形成焦块。3 催化裂化装置结焦情况及原因1#催化裂化装置掺炼减压渣油后，两次检修发现结焦主要发生以下几个部位：3.1 提升管上部提升管喷嘴上部结焦一般分布在喷嘴正上方的提升管内壁上。一般焦块外面为油焦、内部为硬质焦，这些焦块催化剂含量较高，一般为灰黑色。提升管内壁喷嘴上方结焦初期对生产基本没有影响。不过随着焦层增厚，提升管内径缩小，内部有效流通面积减

5、少、流通量降低，催化剂循环量减少，导致提升管压降升高，反应温度无法维持。此部分焦块形成的可能原因有：原料性质过重；混合进料温度低，原料雾化效果差；原料喷嘴雾化效果差。3.2 沉降器内壁及沉降器内部构件沉降器内壁及沉降器内部构件结焦最为严重，且对装置的安全运行危害最大，焦层厚度可达30cm，在沉降器内部凡是能够挂焦的地方均结满焦块，焦块质地较硬，难以清除。沉降器内壁和沉降器内壁构件上的焦块在正常生产时对生产没有影响。但如果生产出现波动，特别是沉降器内部发生较大的温差变化（如反应温度大幅波动），附着在沉降器内壁和构件上的焦块可能会断裂、脱落到沉降器汽提段上，进入汽提段底部，堵塞待生斜管入口或者卡在

6、待生滑阀上端，导致待生催化剂循环量下降或中断。情况较轻时可降量维持生产、情况较重时则需切断进料。沉降器结焦是一系列物理变化和化学变化共同作用的结果，沉降器内结焦的形成物理原因是：原料汽化不完全而产生的“湿催化剂”和反应后重组分的冷凝是沉降器结焦的物理原因；稠环芳烃、胶质、沥青质的高温缩合和油气中烯烃、二烯烃的聚合、环化反应是沉降器结焦的化学因素。3.3 油气大管结焦沉降器旋风分离器出口到分馏塔入口的油气管线上结焦基本为黑亮硬焦、层状分布，焦块厚度随开工时间延长而增厚，但当焦层结到一定厚度后，因有效流通面积减少，油气流速增加，焦块厚度不再增加。油气大管如果结焦较为严重，系统压降上升，气压机入口压

7、力降低，能耗增加，且不利于气压机的安全运行。油气大管结焦主要与保温效果有关，当反应油气经旋分离器分离催化剂后，反应产物中的重芳烃或原料中未被催化剂吸附的高分子、胶质、沥青质，碰到气流速度较低的区域表面或冷壁面后，高沸点组分遇冷凝结、从油气中析出，粘附在器壁上，在长时间高温作用下，进行热分解缩合等化学反应而最终变为焦炭。日期沉降器顶压力mpa单旋出口压力mpa油气入分馏塔压力mpae201顶压力mpaf203压力mpa气压机入口压力mpa单旋压降kpa油气大管压降kpa分馏塔压降kpae201顶至f203压降kpa沉降器至气压机压降kpa2005.6.70.2450.2280.2090.1940

8、.1520.15117191542942005.7.150.2570.2380.2160.1970.1660.16519221931922005.8.10.260.2340.1990.1810.1550.154263518261062005.8.300.2720.2330.2020.1780.1450.144393124331282005.9.300.2720.2340.2080.1840.1420.137382624421352006.1.190.2660.2280.1970.1740.1580.138383123161282006.3.230.2620.2270.1980.1730.148

9、0.147352925251152006.8.280.2630.2320.2060.1860.1530.152312620331112006.11.150.2630.2330.2150.1870.1420.137301828451262007.3检修2007.5.230.2610.2520.2440.2290.2090.19898152063上一页 1 2下一页3.4 分馏塔油浆系统由两次停工的拆检分馏塔的情况看，分馏塔底部也存在结焦现象，油浆系统结焦主要是分馏塔底结焦和油浆循环线及油浆换热器结焦，一般为碎焦和油焦，这些碎焦和油焦易导致油浆换热系统管束堵塞，造成油浆循环量逐渐下降，油浆与原油换

10、热效果变差，热平衡难以维持，严重时，还会导致分馏塔底液面升高、堵塞换热器。油浆系统结垢一般为软焦，大部分是无机物和大分子芳烃吸附物，而很少是生成的焦炭。分析原因可能为：1.分馏塔底液面过高，热油浆在塔底停留时间太长。2.分馏塔底油浆流动存在死区。3.油浆中催化剂细粉多，易沉积于塔底。4.油浆换热效果差，分馏塔底温度过高，塔底热量过剩。4 防止结焦的措施4.1改善原料性质原料性质变重是导致提升管、沉降器结焦的本质原因。掺炼减压渣油后原料中的稠环芳烃、胶质、沥青质含量增高，不但造成原料进入提升管内汽化率降低，湿催化剂含量增多，而且反应产物中重组分的含量也同时增多，在生产操作中则体现回炼油和油浆的产

11、率增加。原料越重，产生的湿催化剂越多，湿催化剂极易粘附在设备表面结焦，且随着原料变重，反应产物中油浆的生成量越多，而油浆在沉降器内是以气液两相形式存在，容易在沉降器内粘附在设备表面上结焦。所以在生产上尽量为催化提供适合催化裂解的原料，控制原料的性质尤为重要，必要情况开可以对催化原料的进行预处理，如渣油溶剂脱沥青，油浆抽提除去重芳烃都可将劣质原料变为较好原料，减少设备结焦，取得较大的经济效益。4.2 提高原料雾化效果在原料性质变差变劣的条件下提高原料雾化效果是减少湿催化剂的产生有效手段，采用高效进料雾化喷嘴是提高原料雾化效果重要手段。喷嘴的主要作用是将液相进料雾化成与催化剂粒径较为接近的油滴，以

12、便与催化剂颗粒接触后能够迅速汽化并在催化剂内外表面上发生反应，因此喷嘴雾化效果好坏直接影响到进料的汽化效果。原料汽化的果不好，则油滴过大，必然增加油滴的汽化时间，部分稍大油滴在提升管内停留的时间里不能够完全汽化掉，而以液相油形式进入沉降器内，当他们接触到冷壁面或由于机械碰撞而附着在器壁上时，在高温条件下发生缩合反应很快形成焦炭，导致喷嘴出口或器壁以及沉降器结焦。此外，提高原料预热温度，降低进喷嘴的原料油粘度，也是提高原料雾化效果有效手段之一。4.3 加强设备保温加强设备保温一方面可以节能降耗，对重油催化裂化还有防止结焦的作用。在重油高温部位选择绝热性能优良的保温材料，并适应加大保温层厚度，并使

13、保温材料的接缝处密实无缝，从而减少油气管线温降，可以防止油气中的高沸点组成物遇冷凝结，粘附在器壁上，长时间高温下缩合生成焦块。油气大管特别是入分馏塔前结焦较为严重的原因就是因为保温差，由于这段油气线在开停工拆装盲板使保温被破坏，从而使局部散热加大，这段管线出现了低温冷凝面，当油气通过时其中的重芳烃、胶质和沥青质组分部分会在此冷凝聚积，长时间在高温作用下缩合成焦炭，随开工时间延长而增厚。4.4 避免存在油气流动“死区”4.4.1防止沉降器顶油气静置沉降器顶部的集气室和旋分器上部的稀相区内，油气线速低、停留时间长，使油气几乎在“静止”状态下，长时间在高温作用下发生缩合形成焦炭。通过增加防焦蒸汽量，

14、增加油气流速可以避免油气运动的死角，同时降低沉降器内油气分压，可有效的防止沉降器及旋分器上部结焦。4.4.2防止分馏塔底油浆流动死区分馏塔底油浆流动死区的存在是造成分馏塔底结焦的主要原因，通过增加搅拌油浆线，由油浆下返线引入分馏塔底部对油浆进行搅动，防止分流塔底沉积结焦。4.5 优化装置操作4.5.1维持平稳操作，防止反应温度及进料量大幅波动4.5.2增大剂油比，提高油剂接触几率增大催化剂循环量以增大剂油比，使油雾滴与催化剂充分接触，从而使进料中的高沸点组分如胶质、沥青质充分吸附在催化剂颗粒上，从而避免设备结焦。4.5.3控制分馏塔底温度在350左右在高温下缩合反应加剧，降低塔底温度有利于阻止油浆结垢。操作上通过降低循环油浆返塔温度，提高油浆下返及搅拌油浆量，既可以加强对塔底的冲刷作用，提高搅动程度，防止催化剂沉积引起结焦，又可以使塔底油浆迅速降温，降低塔底温度，防止油浆组分因高温发生聚合结焦。4.5.4提高油浆系统流速在油浆泵扬程允许的情况下油浆换热器尽量采用四管程换热器，以增大管程流体流速，一般认为油浆在管程流体流速不小于1.4m/s为宜，这样可防止油浆系统结垢结焦而造成堵塞。4.5.5使用油浆阻垢剂从装置投用起连续注入油浆阻垢剂，阻垢剂是一种分散性的表面活性剂，它可以防止夹杂着大分子芳香环的催化剂颗粒聚集，可以防止油浆中不溶物附在管壁上。4.5.6降低塔底液位