3.5Mt/a重油催化裂化裝置防焦技術(shù)探討

張 磊，李茂鵬，祁凱華，姚 琦

（1.中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008；2.廣西東油瀝青有限公司，廣西 欽州 535008）

3.5Mt/a重油催化裂化裝置防焦技術(shù)探討

張 磊1，李茂鵬2，祁凱華1，姚 琦1

（1.中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008；2.廣西東油瀝青有限公司，廣西 欽州 535008）

介紹了某煉廠3.5Mt·a-1重油催化裂化裝置的工藝特點(diǎn)及采取的防結(jié)焦措施。對重油催化裂化裝置中易發(fā)生結(jié)焦的部位，如原料噴嘴上部、汽提段、沉降器旋分器、集氣室、油氣大管線、分餾塔塔底等，停工時(shí)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)沒有結(jié)焦傾向，說明該重油催化裂化裝置的防焦技術(shù)非常成功。

UOP技術(shù)；催化裂化 VSSSM 快分；高效AFTM汽提；防焦技術(shù)

近年來，隨著國內(nèi)外原油的重質(zhì)化和劣質(zhì)化，重油催化裂化已經(jīng)成為煉油企業(yè)油品輕質(zhì)化和獲取化工原料的重要加工手段，發(fā)展?jié)摿艽?，但是反?yīng)分餾系統(tǒng)結(jié)焦常常影響RFCC的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。隨著重油催化裂化摻渣率的提高，催化裂化沉降器結(jié)焦問題越來越嚴(yán)重，沉降器內(nèi)的結(jié)焦給安全生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的隱患，因結(jié)焦而導(dǎo)致的非計(jì)劃停工給煉油企業(yè)也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。到目前為止，國內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量的觀測、研究和分析，在沉降器結(jié)焦的機(jī)理和原因等方面取得了一定的成果，探索出了一些抑制沉降器結(jié)焦的措施，但沒有從根本上解決沉降器的結(jié)焦問題。

某煉廠3.5Mt·a-1重油催化裂化裝置采用UOP工藝包，臺灣中鼎工程公司完成FEED設(shè)計(jì)，LPEC完成詳細(xì)設(shè)計(jì)。裝置原料殘?zhí)扛哌_(dá)7.16%，重金屬鎳含量高達(dá)18.5%。該裝置于2010年8月28日一次開車成功，到2013年3月1日停工檢修（為二期工程碰頭），連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)916d。對于國內(nèi)重油催化裂化裝置中，原料噴嘴上部、汽提段、沉降器旋分器、集氣室、油氣大管線、分餾塔塔底等容易發(fā)生結(jié)焦的部位進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)沒有結(jié)焦傾向，尤其是大油氣管線表面只產(chǎn)生了薄薄的一層焦炭，表明該煉廠重油催化裂化的防焦技術(shù)非常成功。

1 裝置主要工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 采用結(jié)構(gòu)緊湊、易于操作和維護(hù)的并列式兩器

反應(yīng)器的低壓設(shè)計(jì)有利于反應(yīng)，可以提高目標(biāo)產(chǎn)品的收率。采用兩段再生，再生器燒焦效果好，能夠保證再生催化劑定碳＜0.05wt %。二段再生的煙氣在一段再生進(jìn)一步利用，主風(fēng)利用率高，耗風(fēng)指標(biāo)低，有利于節(jié)能，煙氣流程較為簡單。

1.2 采用UOP專利技術(shù)的OptimixTM進(jìn)料霧化噴嘴

該裝置僅設(shè)有14個(gè)混合原料（新鮮原料、回?zé)捰图坝蜐{）噴嘴，提升管不設(shè)置熱電偶以及壓力、密度測點(diǎn)，把結(jié)焦附著物降到最低。該優(yōu)混噴嘴采用三級霧化，可以形成平面扇形霧化區(qū)，具有霧化顆粒小、粒徑分布窄、噴霧區(qū)流量均勻、霧化蒸汽耗量低、壓降適中的特點(diǎn)。霧化油滴粒徑接近再生催化劑粒徑，保證原料快速氣化，有利于改善產(chǎn)品分布并防止結(jié)焦。

1.3 采用VSSSM快速分離技術(shù)

該技術(shù)是近幾年美國UOP公司開發(fā)的較先進(jìn)的提升管出口快分技術(shù)。提升管內(nèi)反應(yīng)的油氣與催化劑經(jīng)VSS進(jìn)行快速分離，95%以上的催化劑經(jīng)分離進(jìn)入汽提段，油氣及少量催化劑繼續(xù)上升直接進(jìn)入旋分器進(jìn)行再次分離。VSS封閉罩上部設(shè)有10根壓力平衡管，下部與沉降器連接處設(shè)有10個(gè)窗口。提升管末端和汽提段完全內(nèi)置于VSS封閉罩內(nèi)，整個(gè)提升管出口快速分離結(jié)構(gòu)、汽提段用筒式容器、擋板與沉降器上部內(nèi)腔分隔開，容器頂部設(shè)置的油氣出口直接與沉降器單級旋風(fēng)分離器入口相連，大大縮短了催化劑與油氣的接觸時(shí)間，油氣停留時(shí)間由原來的20～25s縮短到6～7s，再加上VSS的高效分離作用，使二次反應(yīng)得到了有效的控制，從而達(dá)到降低干氣量和催化劑碳差，提高輕質(zhì)油收率的目的。

1.4 AFTM環(huán)形檔板的汽提段

采用先進(jìn)的渦流分離技術(shù)和帶有AFTM環(huán)形汽提檔板的設(shè)計(jì)，能有效實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器末段催化劑和油氣的快速分離，提高反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性，減少油氣在沉降器內(nèi)的停留時(shí)間，同時(shí)也減少了催化劑的死區(qū)和高滑動(dòng)區(qū)。待生催化劑通過每層擋板時(shí)既不過快也不過慢，使汽提段內(nèi)的反應(yīng)處于最佳狀態(tài)，氫在焦炭中的含量明顯降低，降低焦炭和干氣產(chǎn)率，提高輕烴收率。

1.5 采用UOP 專利技術(shù)的全密相流外取熱器

為有效控制再生溫度，設(shè)置兩臺外取熱器。該外取熱器采用取熱量可靈活調(diào)節(jié)的全重力流密相催化劑取熱技術(shù)。外取熱器流化風(fēng)由裝置內(nèi)設(shè)置的直抽大氣流化風(fēng)機(jī)提供，外取熱器汽水系統(tǒng)采用強(qiáng)制循環(huán)，以保證取熱器管束內(nèi)汽水分配均勻。

2 工藝操作條件

原料性質(zhì)見表1。由表1可以看出原料油的密度較大，由原來設(shè)計(jì)的902kg·m-3增加到946.1kg·m-3，重金屬含量較高，也較設(shè)計(jì)值增加較多，鎳和釩分別較設(shè)計(jì)值增加了5.3mg·kg-1和1.7mg·kg-1。

表1 原料性質(zhì)Table 1 Properties of feed

表2為裝置的主要操作條件。由表2可以看出，反應(yīng)再生部分主要操作參數(shù)與設(shè)計(jì)值相差較小。因設(shè)計(jì)采用進(jìn)口催化劑，實(shí)際生產(chǎn)采用國內(nèi)生產(chǎn)的催化劑，控制再生溫度不大于725℃，再生溫度較設(shè)計(jì)值有10～20℃的溫差，二再溫度比設(shè)計(jì)低了17℃，所以劑油比較設(shè)計(jì)值大?？刂品磻?yīng)溫度為516℃,但是某煉廠的反應(yīng)溫度采集點(diǎn)在集氣室出口管線上，與國內(nèi)大部分在沉降器粗旋出口相比，某煉廠催化裂化反應(yīng)溫度控制要比國內(nèi)裝置高10℃左右。渣油摻煉量達(dá)到了58.99%，摻煉比達(dá)到了0.12，尤其是劑油比達(dá)到了8.51。

表2 主要操作條件Table 2 The main operating conditions

表3 物料平衡Table 3 Material balance

表3為物料平衡表，表4為平衡催化劑的分析數(shù)據(jù)。由表4和表3可以看出，催化劑微反活性較高，篩分小于＜20μm%（m/m）的為1.77%，催化劑損耗較低。重金屬含量較高,尤其是鎳含量達(dá)到了10210mg·kg-1，鐵含量達(dá)到了5550mg·kg-1，對產(chǎn)品的收率沒有產(chǎn)生較大的影響，干氣收率和油漿收率較低，說明催化劑的抗污染管理較好。

表4 平衡劑分析數(shù)據(jù)Table 4 Balance catalyst analysis data

3 沉降器與分餾系統(tǒng)的防焦措施

1）采用UOP公司VSS快分系統(tǒng)，采用封閉罩和沉降器進(jìn)行隔離，并且在封閉罩上面設(shè)置防焦擋板。防焦蒸汽通過防焦擋板間隙流入VSS系統(tǒng)，完全隔絕沉降器中油氣，沉降器與渦流室之間的氣流主要通過壓力平衡管連通。在沉降器頂部防焦蒸汽的作用下，沉降室壓力高于渦流室壓力，阻止油氣從渦流室內(nèi)逸出，降低了沉降器的油氣分壓，抑制了油氣在沉降器器壁及內(nèi)部構(gòu)件上的結(jié)焦。

2）沉降器汽提段采用短停留時(shí)間，大幅降低汽提段下部停留時(shí)間。該裝置汽提段僅有催化劑藏量50t，催化劑停留時(shí)間50s，降低二次熱裂化反應(yīng)的同時(shí)，快速引出待生催化劑，防止汽提段結(jié)焦。

3）使用較大的防焦蒸汽量，保證沉降器上部處于蒸汽環(huán)境。國內(nèi)防焦蒸汽用量約為1.2t左右，該催化裝置使用0.62MPa過熱蒸汽3.4t·h-1，始終保持防焦擋板上下壓降，防止油氣竄入沉降器上部冷凝結(jié)焦。

4）為盡量減少提升管和沉降器引壓點(diǎn)和其它附屬設(shè)施中焦炭的附著場所，提升管不設(shè)置熱電偶以及測量壓力密度點(diǎn)，把結(jié)焦附著物降到最低。該裝置僅設(shè)有14個(gè)混合原料噴嘴，國內(nèi)做過實(shí)驗(yàn)，結(jié)果一致認(rèn)為混合進(jìn)料的效果比分層進(jìn)料效果要好，原因是雖然回?zé)捰兔芏却?、重質(zhì)芳烴含量高，但黏度較低，產(chǎn)生稀釋作用，所以回?zé)捰团c新鮮原料油混合進(jìn)料可起到減黏作用，使混合進(jìn)料黏度大幅度降低，促使膠體體系進(jìn)一步分散，膠團(tuán)減少，從而改善霧化效果，有利于重油大分子的裂化，減少生焦。采用UOP公司OPTIMIX噴嘴，該噴嘴采用三級霧化，霧化油滴粒徑接近再生催化劑粒徑，保證原料快速氣化。

5）采用較長的加速段，噴嘴下方長度25m，保證了一個(gè)適宜的預(yù)提升段線速，使得再生催化劑在提升管內(nèi)分布均勻。運(yùn)行期間保持預(yù)提升段線速在6.5m·s-1左右，比國內(nèi)其他裝置預(yù)提升段線速要高許多。提升管處于平推流過程，這一措施減少了渦流，催化劑返混參數(shù)趨近于零，改善初始反應(yīng)，保證催化原料快速均勻氣化，避免再生催化劑分布不均勻形成液體焦。

4 反再兩器及分餾系統(tǒng)的防焦效果

由圖1可以看出最容易結(jié)焦的油氣大管線、沉降器集氣室、VSS旋分器出口等部位幾乎看不到焦，在油氣大管線上僅有一層薄薄的硬焦，基本可以看到設(shè)備本色，結(jié)焦傾向不明顯。由圖2可以看出原料噴嘴、汽提段、沉降旋分器無嚴(yán)重結(jié)焦，原料噴嘴個(gè)別部位有一點(diǎn)焦塊，在原料噴嘴、噴嘴上部1m處內(nèi)管壁最容易結(jié)焦的部位，結(jié)焦非常少。由圖3可以看出分餾塔底結(jié)焦情況很少，只在分餾塔塔底有一些軟膠，這主要是因?yàn)樗追澜拐羝亢退诇囟瓤刂戚^好，有效防止了結(jié)焦。

圖1 VSS出口、沉降器集氣室、大油氣管線Fig.1 VSS exports, reactor collection chamber, big oil and gas pipeline

圖2 沉降器旋分、汽提段、原料噴嘴Fig.2 Reactor cyclone separator, stripping section, feed burner

圖3 分餾塔底Fig.3 Fractionator bottom

5 結(jié)論

制約重油催化裂化裝置長周期運(yùn)行的主要問題——結(jié)焦是可以抑制的，在檢修中，對易結(jié)焦部位進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)焦傾向。從中國石油某煉廠3.5Mt·a-1重油催化裂化裝置第一周期916d的運(yùn)行結(jié)果看，在原料密度大、殘?zhí)扛?、重油摻入量大的情況下，由于采取了先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)、合理的設(shè)備結(jié)構(gòu)和日常生產(chǎn)中嚴(yán)格的科學(xué)管理，有效解決了催化反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)焦問題。

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Anti-coking Technique of 3.5 Mt/a Heavy Oil Catalytic Cracking Unit

ZHANG Lei1, LI Maopeng2, QI Kaihua1, YAO Qi1
(Guangxi Petrochemical Company, CNPC, Qinzhou 535008, China; 2. Guangxi East Oil Asphalt Co.Ltd., Qinzhou 535008, China)

TE 624.4+1

B

1671-9905(2017)01-0050-04

2016-11-25