催化裂化裝置煙機(jī)結(jié)垢原因淺析

＊陳洪巖 李琳琳

（海洋石油工程股份有限公司 天津 300461）

催化裂化裝置煙機(jī)結(jié)垢原因淺析

＊陳洪巖 李琳琳

（海洋石油工程股份有限公司 天津 300461）

近年來國內(nèi)催化裂化裝置煙機(jī)結(jié)垢引起的煙機(jī)振動(dòng)、葉片磨損和斷裂現(xiàn)象呈現(xiàn)出快速上升的趨勢(shì)，對(duì)煉廠的安全生產(chǎn)、長周期平穩(wěn)運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

結(jié)垢；振動(dòng)；磨損；斷裂

1.前言

為了分析引起煙機(jī)催化劑粘連結(jié)垢的根本原因，首先對(duì)各大煉廠FCC裝置煙氣輪機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行了調(diào)研。

2014-2015年，中國石化集團(tuán)公司和中石油集團(tuán)公司對(duì)其40臺(tái)煙氣輪機(jī)機(jī)組進(jìn)行了技術(shù)統(tǒng)計(jì)，全年煙氣輪機(jī)機(jī)組共發(fā)生58次停機(jī)故障，主要是由于催化劑結(jié)垢、葉片磨損及斷裂等故障原因造成；對(duì)安全生產(chǎn)、長周期平穩(wěn)運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

2.煙機(jī)結(jié)垢樣品分析

為了分析清楚煙機(jī)結(jié)垢的原因，我們首先要對(duì)煙機(jī)垢樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，研究其中的化學(xué)成分，然后進(jìn)一步探討對(duì)其結(jié)垢的影響，分析結(jié)果如表1～3所示。

表1 煉廠Ⅰ(克拉瑪依)裂化裝置中不同部位催化劑樣品分析結(jié)果

從表1可知：(1)煉廠Ⅰ三旋內(nèi)外壁和煙機(jī)結(jié)垢樣品中Ca、Fe、Ni三種金屬含量高，是平衡劑的2倍；(2)催化劑垢樣中Ca、Fe、Ni三種金屬總和約為35000－45000ppm，是平衡劑的3倍。

表2 煉廠Ⅱ(延安煉廠)裂化裝置中不同部位催化劑樣品分析結(jié)果

從表2可知：(1)煉廠Ⅱ的煙機(jī)垢樣中Ca、Fe、Ni三種金屬含量高，是平衡劑的2倍，三旋細(xì)粉中鐵含量甚至高達(dá)6%；(2)煙機(jī)垢樣中Ca、Fe、Ni三種金屬含量總和是平衡劑的2.5倍，三旋細(xì)粉中三種金屬含量總和高達(dá)7%；(3)煉廠Ⅱ催化裂化原料中Ca、Fe含量較高。

表3 其他煉廠煙機(jī)結(jié)垢樣品分析結(jié)果

3.垢樣研究分析

(1)鈣離子對(duì)催化劑粘連的影響

為了證實(shí)金屬離子在苛刻條件下，形成低熔點(diǎn)共熔物是催化劑發(fā)生粘連的重要原因，實(shí)驗(yàn)室首先模擬了Ca2+在水汽存在下，對(duì)LBO-16催化劑顆粒分散性的影響。實(shí)驗(yàn)方案如表4所示。

表3是幾家煉廠煙機(jī)垢樣的分析結(jié)果，從中可以看出：(1)煙機(jī)垢樣中金屬離子Ca、Fe、Ni中的一種或多種金屬含量較高；(2)Ca、Fe、Ni三種金屬含量總和為1.7%～4.6%，金屬含量偏高。

表4 模擬工業(yè)裝置中重金屬對(duì)催化劑分散性的影響

焙燒后催化劑分散性如下圖1所示，可知與標(biāo)樣相比，Z-1催化劑發(fā)生粘連現(xiàn)象，這可能是鈣離子與某陰離子所形成的鈣鹽具有較低的熔點(diǎn)，在較低溫度下就可熔融，將催化劑顆粒粘接在一起，如圖1中Z-1所示。

圖1 焙燒后催化劑顆粒的分散性

為了驗(yàn)證在較低溫度下可熔融的鈣鹽是硫酸鈣，實(shí)驗(yàn)對(duì)兩個(gè)樣品進(jìn)行了XRD。

衍射分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖2所示；可知：Z-1中存在大量的CaSO4特征衍射峰，這與煉廠Ⅰ煙機(jī)垢樣中存在大量的硫酸鈣相吻合，表明低熔點(diǎn)的金屬鈣鹽超標(biāo)是引起催化劑粘連結(jié)垢的一個(gè)原因。

圖2 焙燒樣品的XRD衍射圖（注：√表示CaSO4的衍射峰）

(2)鐵離子對(duì)催化劑粘連的影響

催化劑中的鐵主要來源于煉油工藝流程中管線和反應(yīng)釜的腐蝕，但原油酸性較高時(shí)，鐵腐蝕更加明顯。因此，實(shí)驗(yàn)考察了鐵離子對(duì)催化劑粘連結(jié)塊的影響，試驗(yàn)方案如表5所示，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

表5 鐵離子對(duì)催化劑分散性的影響

從表5可知，當(dāng)浸漬一定量的鐵離子后，即使在100℃低溫下，Z-2、Z-3都會(huì)發(fā)生催化劑粘連現(xiàn)象，這可能是因?yàn)镕eCl3·6H2O熔點(diǎn)低（37℃），形成低溫熔融物所至。

圖3 鐵離子對(duì)催化劑分散性的影響

(3)其他易引起催化劑粘連的原因分析

①靜電吸附粘連

在催化裂化裝置中，催化劑顆粒以10～20m/s的線速度高速運(yùn)行，顆粒之間或顆粒與管壁之間會(huì)產(chǎn)生劇烈的摩擦作用，從而產(chǎn)生靜電電荷，導(dǎo)致催化劑以靜電的形式被吸附到煙機(jī)或管壁上。當(dāng)催化裂化裝置高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，磨損的催化劑細(xì)粉中的金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二再平衡劑，這些金屬離子加速了催化劑細(xì)粉的靜電吸附作用，從而導(dǎo)致催化劑的靜電粘連和堆積。而當(dāng)平衡劑中的金屬鐵含量超標(biāo)時(shí)，在催化劑再生過程中，鐵金屬與煙氣中的硫會(huì)形成一種硫化亞鐵Fe0.95S，該物質(zhì)具有磁性，加速了催化劑的吸附和粘連。

②膠質(zhì)粘連

在催化裂化反應(yīng)過程中，一些難以裂解的重組份粘附在催化劑微球和自然磨損產(chǎn)生的催化劑細(xì)粉外表面上，如果此時(shí)裂化裝置的一、二再生器再生效果差，則未完全燃燒的催化劑中的油漿重組分在水蒸汽、油氣等作用下，易引起催化劑細(xì)粉粘連在煙機(jī)葉片、輪盤或管壁上，從而導(dǎo)致煙機(jī)負(fù)荷增加、磨損嚴(yán)重。

4.結(jié)論

通過前面大量分析可以知道：(1)催化裂化裝置的煙機(jī)結(jié)垢現(xiàn)象在90年代以前就已經(jīng)存在，使用常規(guī)催化劑和降烯烴催化劑都出現(xiàn)過煙機(jī)結(jié)垢現(xiàn)象，可以認(rèn)為煙機(jī)結(jié)垢是諸多因素綜合作用的結(jié)果；(2)在FCC過程中，原料油或其它途徑引入的重金屬Ca、Fe、Ni沉積在催化劑的表層，沉積在催化劑表層的重金屬在磨損的過程中脫離催化劑母體形成細(xì)粉，并富集了大量的金屬。這些細(xì)粉有很強(qiáng)的吸收能力，形成低熔點(diǎn)共熔物，可能對(duì)煙機(jī)結(jié)垢有影響；(3)煙機(jī)效率和催化劑的細(xì)粉含量對(duì)煙機(jī)結(jié)垢有影響。

5.改進(jìn)措施建議

(1)加強(qiáng)常減壓裝置電脫鹽效率，降低進(jìn)入裂化裝置原料中的金屬含量，特別是Ca、Ni、Fe含量。監(jiān)控原料油的酸值變化，加入緩蝕劑，減少整個(gè)工藝流程的鐵腐蝕。(2)提高旋風(fēng)分離器的分離效率，降低煙機(jī)入口的催化劑細(xì)粉濃度，減小煙機(jī)的工作負(fù)荷，切斷催化劑粘連結(jié)垢的物質(zhì)基礎(chǔ)；(3)降低催化裂化裝置的操作負(fù)荷，加強(qiáng)再生器的再生效果，減少催化劑細(xì)粉的膠質(zhì)粘連。(4)對(duì)金屬含量超標(biāo)的催化劑顆粒的進(jìn)行有效的磁分離，避免金屬含量較高的催化劑顆粒進(jìn)入煙機(jī)，從而引起靜電粘連或金屬燒結(jié)粘連。(5)改善FCC催化劑篩分組成和耐磨性能，降低在流化過程中產(chǎn)生的催化劑細(xì)粉含量。(6)將平衡劑中三種金屬的總量應(yīng)控制在10000ppm以內(nèi)。

[1]王建軍．催化裂化裝置煙機(jī)機(jī)組2003年停機(jī)故障分析與改進(jìn)措施．石油化工設(shè)備技術(shù),2004,25(2):24-27．

[2]李鵬等．催化裂化裝置三旋、煙機(jī)結(jié)垢原因分析及對(duì)策．煉油技術(shù)與工程,2005,35(3):11-14．

陳洪巖（1982～），男，海洋石油工程股份有限公司，研究方向：項(xiàng)目管理。

李琳琳（1984～），女，海洋石油工程股份有限公司，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。

(責(zé)任編輯 高鎮(zhèn)峰)

Analysis of the Reason for the Scale Formation of Catalytic Cracking Unit Flue Gas Turbine

Chen Hongyan, Li Linlin

（Offshore Oil Engineering Co. , Ltd, Tianjin, 300461）

In recent years, the phenomena of flue gas turbine vibration, blade abrasion and rupture caused by catalytic cracking unit flue gas turbine at home is showing a rapid upward trend, which has serious threat to the safety production and long-period of stable operation of refinery plant.

scale formation；vibration；abrasion；rupture

T

A