催化裂化設(shè)備結(jié)焦原因及防結(jié)焦措施探討

曹望廣 孫春明 董旭

摘要：在分析大港140萬噸/年催化裂化裝置設(shè)備結(jié)焦所產(chǎn)生危害的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)設(shè)備結(jié)焦的原因從理論與實(shí)踐的角度進(jìn)行了探討，綜合國(guó)內(nèi)部分煉廠改造的成功經(jīng)驗(yàn)和本企業(yè)實(shí)際，對(duì)催化裂化設(shè)備防結(jié)焦措施及改造情況進(jìn)行了歸納和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：催化裂化；結(jié)焦危害；原因；防焦措施；改造

1 簡(jiǎn)介

大港石化140萬噸/年催化裂化裝置為兩段再生、高低并列式，1996年12月投產(chǎn)。我廠在催化設(shè)備結(jié)焦問題上進(jìn)行過長(zhǎng)期研究和探索，2017年檢修期間，我廠借鑒哈石化催化沉降器改造的成功經(jīng)驗(yàn)，采用中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司（SEI）“催化沉降器防結(jié)焦蓋板技術(shù)”進(jìn)行改造，取得良好效果，目前已平穩(wěn)運(yùn)行2年，設(shè)備未出現(xiàn)結(jié)焦傾向。本文將對(duì)催化設(shè)備結(jié)焦進(jìn)行了較為詳盡的原因分析，并給出相應(yīng)防結(jié)焦措施，以供參考。

2 結(jié)焦部位及危害

各廠催化裝置都曾經(jīng)遇到過在反應(yīng)系統(tǒng)（提升管、沉降器、大油氣線等）及下游設(shè)備（如分餾塔、油漿系統(tǒng)等）內(nèi)不同位置、程度不同的結(jié)焦，給裝置運(yùn)行帶來程度不同的危害。

2.1提升管

2.1.1噴嘴出口及其周圍

2.1.2噴嘴上方提升管內(nèi)壁一小段

2.1.3噴嘴上方熱電偶及測(cè)壓套管頂部

噴嘴出口一旦結(jié)焦，噴嘴壓降增加。嚴(yán)重時(shí)只有降量操作，進(jìn)而影響到裝置的加工能力；噴嘴上方提升管內(nèi)壁一小段結(jié)焦，如過于嚴(yán)重，提升管阻力增加，增大了再生線路的阻力，嚴(yán)重時(shí)只能降催化劑循環(huán)量，進(jìn)而影響劑油比。噴嘴出口上方熱電偶和測(cè)壓套管頂部結(jié)焦堵死，將會(huì)影響測(cè)溫測(cè)壓。

2.2沉降器

2.2.1沉降器上段及穹頂內(nèi)壁

2.2.2旋風(fēng)分離器入口、筒體及料腿內(nèi)壁

2.2.3旋風(fēng)分離器一級(jí)升氣管、一、二級(jí)聯(lián)箱外表面

2.2.4集氣室、防焦蒸汽環(huán)

旋風(fēng)分離器入口、筒體及料腿內(nèi)結(jié)焦，一旦掉入料腿內(nèi)，堵死料腿或翼閥，會(huì)造成大量跑損催化劑，進(jìn)而影響油漿固含量乃至威脅裝置的正常運(yùn)行；其余三處結(jié)焦，如焦塊脫落堵塞待生斜管、待生滑閥，催化劑循環(huán)中斷，裝置只能停工檢修，即使焦塊落不下來，結(jié)的焦炭容易自燃，而使沉降器超溫導(dǎo)致穹頂變形。停工時(shí)過早打開人孔，沉降器溫度未降到位，空氣進(jìn)入后易引發(fā)著火事故。

2.3大油氣管線

2.3.1沉降器大油氣管線出口

2.3.1大油氣線進(jìn)分餾塔前水平管段

大油氣管線結(jié)焦嚴(yán)重將導(dǎo)致壓力降增加。為保持壓力平衡，須提高反應(yīng)壓力和再生壓力，前者增加了氣壓機(jī)負(fù)荷，后者使主風(fēng)機(jī)能力下降。焦炭一旦脫落，經(jīng)分餾塔進(jìn)入油漿系統(tǒng)，堵塞油漿換熱器，憋壞油漿泵，嚴(yán)重時(shí)裝置停工。

2.4分餾塔

2.4.1分餾塔底、人字擋板及塔底內(nèi)壁

2.4.2分餾塔上段及頂部結(jié)鹽

一旦焦炭脫落進(jìn)入油漿系統(tǒng)，堵塞油漿泵、管線、原料-油漿換熱器、油漿蒸汽蒸發(fā)器，裝置只能停工清理；結(jié)鹽嚴(yán)重時(shí)，分餾塔壓降增加，頂溫波動(dòng)加大，分餾效果變差，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2.5油漿系統(tǒng)

2.5.1油漿泵入口管

2.5.2原料油-油漿換熱器、油漿蒸汽蒸發(fā)器

油漿系統(tǒng)結(jié)焦危害性極大，油漿泵、原料油-油漿換熱器、油漿蒸汽蒸發(fā)器一旦堵死，分餾塔熱平衡破壞，只能停工處理。

2.6氣壓機(jī)平衡管及出口管線

氣壓機(jī)平衡管及出口管線一旦結(jié)焦或結(jié)鹽，輕則氣壓機(jī)軸位移及振動(dòng)增加，嚴(yán)重時(shí)聯(lián)鎖停機(jī)，富氣放火炬，引發(fā)環(huán)保事故。

3 結(jié)焦原因分析

3.1結(jié)焦因素

（1）未及時(shí)根據(jù)原料油和油漿性質(zhì)調(diào)整操作所致。（2）催化劑選型不當(dāng)。國(guó)外有文獻(xiàn)提出低活性、高稀土、低比表面積的催化劑有利結(jié)焦。（3）因原料變重（如殘?zhí)亢看笥?%）、變雜后設(shè)備結(jié)焦明顯增加。經(jīng)加氫處理過的原料可以有效防止設(shè)備結(jié)焦；石蠟基原料，轉(zhuǎn)化率和劑油比低時(shí)設(shè)備容易結(jié)焦；高沸點(diǎn)、高芳烴原料設(shè)備容易結(jié)焦。（4）提升管、沉降器、大油氣管線等設(shè)計(jì)不合理。如沉降器有死區(qū)、快分升氣管距旋風(fēng)分離器太長(zhǎng)；大油氣管線粗長(zhǎng)；提升管下端Y型段不能均勻分配催化劑；進(jìn)料噴嘴霧化性能不好等都易使設(shè)備結(jié)焦；另外，保溫不良，也易結(jié)焦。（5）劑油比、反應(yīng)溫度、霧化蒸汽用量、防焦蒸汽用量等設(shè)定不當(dāng)，易使設(shè)備結(jié)焦。

4 防結(jié)焦措施

4.1提升管

（1）選取霧化性能好的進(jìn)料噴嘴。（2）噴嘴應(yīng)布置在返混程度小、流化穩(wěn)定、不易磨損、線速適中的部位，對(duì)稱布置。（3）噴嘴與提升管中心夾角，為增加油滴與高溫催化劑接觸時(shí)間，以充分汽化，夾角小一些好。30度是不錯(cuò)的選擇。（4）噴嘴下方應(yīng)有足夠長(zhǎng)的整流段，預(yù)提升蒸汽或干氣應(yīng)采用分布器進(jìn)行分配，提升介質(zhì)用量要足夠大。

（5）原料油應(yīng)調(diào)和均勻，把好原料油和油漿性質(zhì)關(guān)，控制好反應(yīng)壓力、劑油比、霧化蒸汽用量。（6）嚴(yán)格按操作卡控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力。原料油愈重，反應(yīng)溫度愈高，否則蒸發(fā)不完全，原料油很難完全汽化；反應(yīng)壓力下降，降低了油氣分壓影響重質(zhì)餾分油的汽化。（7）合理匹配原料油霧化蒸汽用量，經(jīng)驗(yàn)是霧化蒸汽量為原料油量的5%--7%。

4.2沉降器

（1）對(duì)沉降器尺寸進(jìn)行核算，消除死區(qū)。（2）改進(jìn)提升管出口與旋風(fēng)分離器聯(lián)接方式，以降低反應(yīng)油氣在沉降器內(nèi)停留時(shí)間，最理想的方法是采用封閉式旋風(fēng)分離器或者彈射分離器。（3）避免沉降器熱損失過大，加強(qiáng)外保溫，降低熱損失。

4.3大油氣管線

大油氣管線，按高線速設(shè)計(jì)，縮短停留時(shí)間，并盡量減小進(jìn)分餾塔的水平管段，該水平段要求有一定坡度，有凝結(jié)油滴時(shí)能自流入分餾塔。

4.4分餾塔

（1）如油漿中烯烴、多環(huán)芳烴含量增加，要及時(shí)外甩油漿。（2）控制好油漿管線的線速，以大于1.2米/秒為宜。（3）加注油漿阻垢劑。（4）定期清理油漿泵入口過濾器。

4.5氣壓機(jī)平衡管及其出口管線

為防止氣壓機(jī)及其出口管線結(jié)焦、結(jié)鹽，可通過加強(qiáng)水洗，以控制富氣中H2S、鹽分含量。

5 沉降器防結(jié)焦改造

我廠利用2017年檢修對(duì)沉降器進(jìn)行防結(jié)焦改造。本次改造取消了油氣收集管，在翼閥上部一定高度位置設(shè)置金屬蓋板，利用防焦蒸汽將油氣控制在金屬蓋板下部有限的一個(gè)小空間內(nèi)，避免了油氣在封閉罩外停留而導(dǎo)致沉降器結(jié)焦。同時(shí)將下部4個(gè)槽口改為8個(gè)、尺寸加大，使料腿下來的催化劑和油氣一并從槽口進(jìn)入，避免催化劑在罩外堆積。

6 結(jié)論

本文所述防止催化設(shè)備結(jié)焦的原因及改造措施，是在經(jīng)過實(shí)踐證明的基礎(chǔ)上總結(jié)得出的，可直接選用或參考。

參考文獻(xiàn)

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[2]大港石化公司催化沉降器及高溫取熱爐隱患治理項(xiàng)目可行性研究報(bào)告[M].2017.

[3]郝希仁，淺論降低催化裂化過程生焦，《催化裂化1992年年會(huì)報(bào)告論文集》[M].1992：75.

作者簡(jiǎn)介：曹望廣（1984- ），男，工程師，從事石油化工機(jī)械設(shè)備維修管理工作。

孫春明（1986- ），男，工程師，從事石油化工機(jī)械設(shè)備維修管理工作。

（作者單位：中國(guó)石油大港石化公司）