淺析重油催化裂化油漿系統(tǒng)結(jié)焦的因素與處理方法

毛英臣 陶曉勇 陳亞輝

摘 要：油漿系統(tǒng)結(jié)焦會威脅裝置的長周期運行，本文研究了催化裂化裝置結(jié)焦的原因及結(jié)焦機理，并從實際出發(fā)提出了預(yù)防結(jié)焦的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：重油催化裂化;油漿系統(tǒng);結(jié)焦

近年來隨著原油不斷重質(zhì)化，油漿中的固體顆粒含量也在逐步上升，而油漿系統(tǒng)的流速偏低也是固體含量上升的原因之一。由此管道和機泵面臨磨損故障的風(fēng)險也在不斷增加，結(jié)垢后的油漿造成系統(tǒng)運轉(zhuǎn)困難，嚴(yán)重影響到了裝置的平穩(wěn)運行，是極其重大的隱患。

1 油漿結(jié)垢原理及危害

1.1 理論原因

催化劑與高溫油氣形成的混合原料經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后進入分餾塔人字擋板，分餾塔底部的油漿回流負(fù)責(zé)脫出多余熱量和洗滌催化劑顆粒和膠質(zhì)（圖1）。油漿由于各部分中的膠質(zhì)物、重金屬和重質(zhì)烯烴含量較高，非常容易在溫度上升后發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而形成焦結(jié)現(xiàn)象，使油漿系統(tǒng)使用狀況受到影響。油漿系統(tǒng)結(jié)焦直接造成有機物與無機物中的含量成分發(fā)生轉(zhuǎn)變，尤其是在有機物中。溫度狀況改變后油漿系統(tǒng)中烷烴類物質(zhì)高分子聚合物、芳烴類聚合物等均脫氫形成大分子聚合物。這些聚合物在與金屬無機物結(jié)合后反應(yīng)、聚合，最終形成焦炭。油漿系統(tǒng)中各項物質(zhì)在氧氣和金屬的催化下能夠以化學(xué)反應(yīng)作為媒介完成轉(zhuǎn)變，形成高分子化合物。上述高分子化合物中部分在系統(tǒng)運行的過程中無法在水中充分溶解，大多吸附于設(shè)備表面，逐漸積累，最后形成表面殘渣。另一部分在水中與催化劑作用后形成大顆粒并相互粘結(jié)，形成聚集塊，最后形成沉積的顆粒[1]。

圖1? ? 分餾塔人字擋板圖

1.2 油漿結(jié)垢的危害

油漿受于其性質(zhì)，本身就容易結(jié)焦。其焦塊極易堵塞換熱器的管束，使換熱器換熱效果變差，影響油漿產(chǎn)品質(zhì)量。其次油氣若是在大油氣管線大量結(jié)焦，則管壁流通性變差，可能會使沉降器壓力上升，影響正常催化裂化操作。另外油漿中固體含量過高也會導(dǎo)致機泵輸送效率低，過流部位磨蝕導(dǎo)致設(shè)備可靠性變差等情況[2]。

2 油漿結(jié)垢的現(xiàn)象

2.1 油漿換熱器結(jié)垢

油漿換熱器一旦結(jié)垢，最明顯的現(xiàn)象則是汽包發(fā)汽量嚴(yán)重下滑。其中管箱、小浮頭的結(jié)垢以重力積沉的方式進行，結(jié)垢程度由油漿中的固體含量和流速決定。而管束的結(jié)垢過程則以冷卻沉積的方式進行，結(jié)垢程度以油漿中的固體含量，生焦傾向物與流速決定。

2.2 分餾塔底結(jié)焦

分餾塔塔徑較大，并且塔底液面在實際操作中也較為平穩(wěn)，因此油漿在分餾塔中有較長的停留時間。分餾塔內(nèi)存在緩流區(qū)和死區(qū)，塔壁存在滯留邊界層，線速度并不均勻，使固體顆粒的沉積有了必要條件[3]。分餾塔在脫過熱段洗滌和與反應(yīng)油氣的傳熱中有著全塔最高的熱量，塔底溫度高，生焦傾向物的熱聚反應(yīng)就會增加，加上塔底的長時間停留，稠環(huán)化合物會發(fā)生更多的熱縮合反應(yīng)，使塔壁管壁結(jié)焦。分餾塔底的結(jié)焦大致可分為三層：第一層為堆積層質(zhì)地松軟易除去;第二層為過渡層，質(zhì)地松軟，但有粘性;第三層為焦層，質(zhì)地堅硬難以去除。嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致沉降器壓力上升，分餾塔處理量下降。

3 影響油漿結(jié)垢的因素

3.1 塔底溫度對油漿系統(tǒng)的影響

隨著塔底溫度的升高，輕組分也在蒸發(fā)，油漿在高溫下極易濃縮，生焦性能增強。同時油漿中的多環(huán)芳烴、烯烴等有機物縮合反應(yīng)加劇，生焦能力也大大提高。

3.2 油漿的流速及停留時間

油漿中的催化劑顆粒對稠環(huán)芳烴有著吸附作用，在低流速下更易發(fā)生沉淀聚集，其易附著在分餾塔塔壁以及換熱器的管束中。因此在實際生產(chǎn)中將流速控制在1.3m/s以上，油漿停留時間一般可低于5min。

3.3 油漿性質(zhì)

油漿結(jié)焦于其本身性質(zhì)有著必然聯(lián)系，粘度越大流動性越差。用來表征油漿性質(zhì)的參數(shù)有密度、固含、粘度等，油漿系統(tǒng)的組成飽和烴、芳烴、瀝青、膠質(zhì)等[4]。隨著催化裂化摻煉重油的比例增加，油漿中多環(huán)芳烴也增加，相對密度增大，因而縮合生焦的能力增強（圖2）。

圖2? ? 油漿密度與固含分析

4 解決油漿結(jié)垢的措施

4.1 采用合適的塔底溫度和管道流速

除了油漿本身性質(zhì)，對其影響最大的外部條件就是分餾塔底溫度和管道流速，降低塔底溫度和加快流速都會使油漿系統(tǒng)減少結(jié)焦，分餾塔底溫度以不大于350℃為宜，且在不影響裝置平穩(wěn)操作的前提下，應(yīng)適當(dāng)提高油漿系統(tǒng)的循環(huán)量和外排量。

4.2 降低油漿固體含量

油漿中固體催化劑含量對其結(jié)焦有決定性的影響，因此我們應(yīng)該經(jīng)常監(jiān)測油漿產(chǎn)品中的固體催化劑含量，一般油漿中固體含量不大于6g/L，最好不大于2g/L，如發(fā)現(xiàn)固含變高，應(yīng)提使油漿外甩量增加，以降低其密度。

4.3 選取高效的阻垢劑

外購人員應(yīng)應(yīng)采購合理高效的阻垢劑依照催化裝置的需求對阻垢劑進行控制，保證其效益最大化。阻垢劑對油漿系統(tǒng)進行處理時，不僅可以抑制聚集物的生成，還可以順帶清洗管道有顯著的經(jīng)濟利益。使用優(yōu)質(zhì)的阻垢劑，可以降低膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等聚合物的年粘度，可在不同環(huán)境與溫度中清理沉淀物與控制沉淀趨勢。

4.4 采用優(yōu)質(zhì)的催化劑

反再系統(tǒng)循環(huán)時，催化劑處于一種流化狀態(tài)，耐磨性差的催化劑在面對油氣的沖擊、催化劑顆粒間的碰撞、與器壁的碰撞時會發(fā)生破裂與磨損，使催化劑中細(xì)粉含量增加;鎳、釩等重金屬在高溫條件下破壞催化劑結(jié)構(gòu)，加速催化劑在流動中的磨損;而催化劑中0.40μm的細(xì)粉含量較多時，旋風(fēng)分離器的分離效果就會下降，大量細(xì)粉會被帶入到分餾塔底進入油漿系統(tǒng)[5]。因此采用優(yōu)質(zhì)的催化劑就尤為重要。

4.5 適當(dāng)提高沉降器旋風(fēng)分離器線速

沉降器線速度一般要求在15～22m/s，最小8m/s，低于13m/s時效率會使旋風(fēng)分離器分離效果變差，容易夾帶催化劑顆粒到分餾塔底?？刹捎么謿庥突蝽斞h(huán)油回練，提高預(yù)提升干氣和蒸汽量，必要時也可適當(dāng)降低反應(yīng)壓力。

綜上所述，催化裂化的原料不斷向重質(zhì)化方向發(fā)展，而操作上對平穩(wěn)化高效化的要求也不斷提高。在這種大環(huán)境下，加強對油漿成績的監(jiān)控，定期分析原料組成就尤為必要，合理的使用上述措施，認(rèn)真巡檢，認(rèn)真觀察設(shè)備工況，以保證裝置的長周期平穩(wěn)運行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李戈，孫輝，沈興，石占君等.淺析重油催化裂化裝置油漿系統(tǒng)結(jié)焦原因及解決措施[J].化工管理，2014（17）：104.

[2]尚偉，吳艷萍.重油催化裂化裝置油漿泵過流部位磨蝕機理及應(yīng)對措施[J].化工機械，2018，45（4）：474-477.

[3]馬伯文，馬曉君，秦翔，等.催化裂化技術(shù)問答（第2版）[M].北京：中國石化出版社，2003：235-237.

[4]呂良露.重油催化裂化裝置油漿系統(tǒng)結(jié)焦原因分析及優(yōu)化措施[J].安徽化工，2017，43（3）：67-69.

[5]盧海峰.催化裂化裝置催化劑跑劑原因分析[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2019，48（18）：64-66.