防止催化裂化裝置結(jié)焦的技術(shù)措施

徐可金，胡金亮

（山東?；瘓F(tuán)石油化工分公司催化裂化裝置，山東濰坊 262737）

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和科技水平的進(jìn)一步提升，人們對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和生活品質(zhì)的要求不斷提高，對(duì)石油資源的消費(fèi)需求也穩(wěn)步增強(qiáng)。另一方面，隨著全球原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢(shì)的不斷加強(qiáng)，催化裂化技術(shù)已成為煉油企業(yè)獲取重要化工原材料的核心加工手段，擁有較為廣闊的發(fā)展前景。但是，催化裂化裝置的不同部位卻很容易在使用過程中出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，進(jìn)而影響到整個(gè)催化裂化裝置的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。在現(xiàn)階段石油資源需求量較大和各種不利因素不斷增加的情況下，如何提高催化裂化裝置的防結(jié)焦水平成為相關(guān)技術(shù)人員和管理人員考慮的重要內(nèi)容。在此背景下，對(duì)防止催化裂化裝置結(jié)焦的技術(shù)措施進(jìn)行一定探討和研究便有著不容忽視的重要理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 催化裂化裝置結(jié)焦的原因分析

1.1 結(jié)焦部位

近年來隨著原油劣質(zhì)化、重質(zhì)化趨勢(shì)的進(jìn)一步增強(qiáng)，常壓、減壓渣油直接成為石油煉化企業(yè)催化裂化的原材料，其較差的化學(xué)物理性質(zhì)使得催化裂化裝置相關(guān)部位的結(jié)焦問題進(jìn)一步加重，已然成為影響催化裂化裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行和可靠?jī)?yōu)質(zhì)生產(chǎn)的重要原因之一。通常情況下，催化裂化裝置在原油劣質(zhì)化環(huán)境下非常容易出現(xiàn)結(jié)焦的部位主要有提升管原料油噴嘴上方、旋風(fēng)分離器外壁、沉降器穹頂、分餾油漿系統(tǒng)等重要部位。

1.2 造成結(jié)焦的因素

一般而言，原油催化裂化裝置結(jié)焦的根本原因在于原油重質(zhì)，原料霧化和汽化的不良反應(yīng)，還有原料在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的雙烯、大分子芳烴縮合及雙烯烴聚合物反應(yīng)等。同時(shí)，催化裂化面臨較高的溫度環(huán)境和外在劣質(zhì)油氣環(huán)境，因此催化裂化裝置結(jié)焦的可能性是客觀存在且不可避免的，催化裂化裝置的某些特殊部位在冷凝沉積和長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境下停留縮合，進(jìn)而出現(xiàn)關(guān)鍵部位結(jié)焦的情形。就原料性質(zhì)而言，現(xiàn)階段原油重質(zhì)化和劣質(zhì)化趨勢(shì)不斷明顯，重質(zhì)原料導(dǎo)致催化裂化裝置的沉降器結(jié)焦，更在一定程度上使其后續(xù)霧化效果大打折扣。而劣質(zhì)渣油中所含有的一定份額的重組分，在高溫下環(huán)境下并不能得到汽化。同時(shí)，重金屬的存在又進(jìn)一步加劇了原油煉化過程中的脫氫反應(yīng)和縮合反應(yīng)，進(jìn)而大幅度增加了催化裂化反應(yīng)過程中相關(guān)部位結(jié)焦的可能性。就停留時(shí)間而言，石油裂化過程中油氣資源在流動(dòng)中心位置的實(shí)際流動(dòng)方式為湍流，整體流動(dòng)速度較快，且其停留時(shí)間較短，而在催化裂化裝置的沉降器內(nèi)壁附近，油氣資源的實(shí)際流動(dòng)方式為層流，流動(dòng)速度較慢，且停留時(shí)間較長(zhǎng)，這就在一定程度上加大了沉降器周圍出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象的可能性。此外，催化裂化裝置中的實(shí)際溫度和壓強(qiáng)等也是導(dǎo)致系統(tǒng)整體出現(xiàn)結(jié)焦問題的重要原因。

2 防止催化裂化裝置結(jié)焦的技術(shù)措施

2.1 反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)焦的防治措施

針對(duì)原油劣質(zhì)化環(huán)境下催化裂化裝置反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)焦，油氣線結(jié)焦的可能性在極大程度上直接取決于保溫效果和油氣線速，而通過多年的理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)摸索可知，油氣線速的不斷提高對(duì)預(yù)防控制油氣線結(jié)焦問題有著不容忽視的重要意義，當(dāng)油氣線速度在30-50m/s時(shí)，油氣管線結(jié)焦問題能得到較大程度的改善。而當(dāng)大油氣管線采用外保溫的熱壁式工法時(shí)，整個(gè)油氣管線結(jié)焦的可能性更大。當(dāng)采用冷壁式設(shè)計(jì)方法時(shí)，油氣管線的襯里擁有較好保溫效果，也能大幅度降低油氣管線結(jié)焦的可能性。在油氣管線管壁少量結(jié)焦后，其厚度略微增加，會(huì)使實(shí)際保溫效果更好，更在一定程度上降低了后續(xù)結(jié)焦的可能性。

2.2 改善與優(yōu)化汽提效果的措施

改善和優(yōu)化汽提效果是大幅度降低催化裂化裝置結(jié)焦可能性的重要技術(shù)手段。利用高效的汽提技術(shù)，從改進(jìn)催化裂化裝置的整體擋板結(jié)構(gòu)、改良蒸汽在催化裂化裝置中的整體分配和增加催化劑停留時(shí)間等三大方面入手，將汽提段由人字擋板改為正四方錐，在改善汽提效果的同時(shí)減少了可汽提碳，最大程度上減少催化劑在流化過程中所攜帶的整體油氣量，進(jìn)而最大程度上降低可汽提炭產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)率，使催化裂化裝置系統(tǒng)能在蒸汽消耗量較低的情況下取得較為理想的汽提效果。

2.3 沉降器的防焦塊脫落措施

在沉降器的防焦塊脫落措施方面，可進(jìn)一步選用粗旋＋細(xì)旋雙效結(jié)合的方式，盡可能地縮短油氣在沉降器內(nèi)的實(shí)際停留時(shí)間，以設(shè)置導(dǎo)氣管和粗旋氣管相通的方式，盡可能地增加沉頂段內(nèi)的防焦蒸汽，從而大幅度降低沉降器內(nèi)各零散部件結(jié)焦的可能性。此外，相關(guān)工作人員還可進(jìn)一步在催化裂化裝置的汽提段頂部增設(shè)隔柵設(shè)施，利用該設(shè)施防止大焦塊脫落堵塞立管、滑閥等后續(xù)設(shè)備，同時(shí)還可以更加均勻地分配待生催化劑，從而為保證催化裂化的整體效果奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 設(shè)置預(yù)提升器的防結(jié)焦措施

提升器是催化裂化系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)該部分防結(jié)焦措施的科學(xué)合理設(shè)置和利用能有效提升整個(gè)催化裂化裝置系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)效率。針對(duì)80kt/a的催化裂化裝置而言，防焦措施主要是利用技術(shù)改造、設(shè)置預(yù)提升器代替原有傳統(tǒng)模式下的預(yù)提升段的方式提高提升管的防焦水平，同時(shí)，利用高效的TM原料油噴嘴、原料油預(yù)混合甚至提升管注終止劑，控制低的反應(yīng)壓力等多樣化方法，最大程度上增加提升管的整體防焦水平，確保催化裂化系統(tǒng)的整體生產(chǎn)效率。在利用預(yù)提升混合技術(shù)時(shí)，可借助催化劑與原料接觸前的流動(dòng)狀態(tài)，最大程度上使油氣和催化劑在接觸前以接近活塞流的形式向上流動(dòng)，促使催化劑和原料間保持均勻接觸和均勻流動(dòng)，還可進(jìn)一步借助提升介質(zhì)為自產(chǎn)干氣的方式，最大程度上減輕催化劑水熱失活的不良影響，為大幅度降低蒸汽消耗奠定一定基礎(chǔ)。

2.5 分餾油漿系統(tǒng)的防焦措施

針對(duì)分餾油漿系統(tǒng)的防焦問題而言，分餾塔底和油漿過濾器、換熱器是分餾油漿系統(tǒng)出現(xiàn)焦結(jié)現(xiàn)象最多的三大部位，針對(duì)分餾塔底，有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)適當(dāng)提高油漿返回分餾塔的循環(huán)量和攪拌蒸汽，攪拌油漿量，保持塔底油漿處于擾動(dòng)狀態(tài)，從而降低分餾塔底部結(jié)焦的可能性。而針對(duì)油漿過濾器和換熱器的結(jié)焦問題而言，增加油漿的循環(huán)量，提高油漿的線速可進(jìn)一步減少油漿在管道和設(shè)備內(nèi)滯留層的實(shí)際厚度，起到大幅度縮短油漿在分餾塔底實(shí)際停留時(shí)間的作用，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)較低的分餾塔底液位的控制，以使油漿在整個(gè)催化裂化分餾塔底的停留時(shí)間進(jìn)一步縮短，以此方式減少整個(gè)油漿系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)焦面積。此外，相關(guān)技術(shù)人員可還可進(jìn)一步采取分餾塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)優(yōu)化流程和配置的方式，盡可能地降低整個(gè)催化裂化系統(tǒng)壓力降，降低整個(gè)氣壓機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷和裝置能量消耗，憑借預(yù)留適當(dāng)豐裕度和提高催化裂化裝置操作彈性的方式提高生產(chǎn)率，進(jìn)而減少裝置結(jié)焦。

3 結(jié)論

總之，現(xiàn)階段劣質(zhì)油、重質(zhì)油和減壓渣油使催化裂化裝置及其重點(diǎn)部位結(jié)焦的可能性客觀存在且不可避免，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)盡可能地采取積極有效和科學(xué)合理的技術(shù)措施，降低裝置重要部位的實(shí)際結(jié)焦速度和縮小實(shí)際結(jié)焦范圍，借助控制分餾油漿系統(tǒng)、提升器、沉降器及其他催化裂化裝置核心部位的方式，科學(xué)管控影響催化裂化結(jié)焦的因素，進(jìn)而為防止催化裂化結(jié)焦做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。