催化裂化裝置油漿系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞原因分析及整改措施研究

楊虎

摘 要：本文主要分析了催化裂化裝置油漿系統(tǒng)設(shè)備、管道結(jié)垢、堵塞的原因，并結(jié)合原因分析找出解決措施，避免對(duì)裝置長周期運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。選用相對(duì)來說合理的催化劑的用法、用量，結(jié)合停留時(shí)間這幾個(gè)方面，對(duì)催化裂化裝置油漿系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，找出比較適合自身實(shí)際操作的方式方法。

關(guān)鍵詞：催化裂化裝置;油漿系統(tǒng);堵塞;原因

0 引言

針對(duì)近年來催化裂化裝置原料性質(zhì)不斷惡化的情況，優(yōu)化催化裂化裝置油漿系統(tǒng)運(yùn)行是保證催化裂化裝置長周期運(yùn)行的主要措施之一。而像大多數(shù)裝置一樣，催化裂化裝置油漿系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢、堵塞的問題。特別是隨著越來越劣質(zhì)的原料問題和對(duì)提高加工深度要求的出現(xiàn)，油漿系統(tǒng)堵塞的情況已經(jīng)日益嚴(yán)重起來。而油漿系統(tǒng)的堵塞就直接導(dǎo)致能源消耗增加、裝置運(yùn)行能力下降。在運(yùn)行中系統(tǒng)熱平衡遭受到的嚴(yán)重影響，油漿剩余的熱量堆積無法取走，不僅影響裝置的正常工作節(jié)奏，還對(duì)企業(yè)造成了無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。由此可見，為了清楚潛在的生產(chǎn)運(yùn)行瓶頸隱患和提高經(jīng)濟(jì)效益，研究出能夠防止或者是減輕催化裂化裝置油漿系統(tǒng)堵塞、結(jié)垢的方法已經(jīng)刻不容緩。

1 油漿基本性質(zhì)和結(jié)垢機(jī)理

1.1 油漿基本性質(zhì)

油漿是催化裂化裝置所產(chǎn)出的性質(zhì)不穩(wěn)定的殘?jiān)?。其?0%-50%為飽和烴，芳烴和多環(huán)芳烴含量占比40%-60%，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量在10%左右，還有1%為催化劑粉塵。由于其是在催化裂化中產(chǎn)生的產(chǎn)物，又被稱作催化油漿。催化裂化裝置原料是減壓渣油、蠟油，其密度為950-1050kg/m3，殘?zhí)繛?.21%。膠質(zhì)和瀝青含量在14.1%。油漿中固體顆粒的含量在3-5g/L。其中催化劑顆粒能夠在油漿系統(tǒng)中吸附稠環(huán)芳烴這類物質(zhì)，逐漸成為大分子顆粒，與無機(jī)物相互之間碰撞，粘附在一起，慢慢生成有機(jī)物和無機(jī)物摻雜在一起的垢漬。

1.2 油漿結(jié)垢機(jī)理

因?yàn)橛蜐{中有沉降器反應(yīng)油氣帶進(jìn)來的含量比較高的硅鋁元素，與油氣中的催化劑細(xì)粉一起經(jīng)過分餾塔底部的油漿沖洗后留在底部，或者跟隨油漿進(jìn)入到換熱器和油漿管線里面。油漿結(jié)垢主要有三種方式，其中包含：第一種是在高溫下，油漿中的多環(huán)芳烴物質(zhì)與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)發(fā)生了脫氫縮合反應(yīng)。第二種是因?yàn)榉逐s塔底溫度偏高，油漿中物質(zhì)發(fā)生裂解，生成烯烴和二烯烴。這種物質(zhì)停留的時(shí)間越長越容易使自由基越多，導(dǎo)致結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。第三種是因?yàn)橛蜐{是由大分子結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，在低溫下容易冷凝，從而導(dǎo)致結(jié)垢現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2 油漿結(jié)垢、堵塞的原因

2.1 原料性質(zhì)差

催化裂化的原料性質(zhì)變差是造成油漿結(jié)垢的原因之一，而其中導(dǎo)致原料性質(zhì)變化的原因則是其中摻雜了減壓渣油、焦化蠟油等重組分。出現(xiàn)這種情況的原因有以下幾種：第一種，因?yàn)闇p壓渣油、焦化蠟油運(yùn)動(dòng)粘度大、稠環(huán)芳烴含量高，導(dǎo)致在和常壓渣油混合進(jìn)入到催化提升管反應(yīng)器中后，因?yàn)橹亟M分含量比較高造成一部分的重組分因?yàn)樵蠂娮祆F化效果不好并沒有在提升管內(nèi)充分進(jìn)行催化裂化反應(yīng)就跟隨反應(yīng)油氣進(jìn)入到分餾系統(tǒng)。油氣中未充分應(yīng)的重質(zhì)油組分粘連、聚集在一起形成巨大的“軟焦”。并且在流速比較慢的地方進(jìn)行沉淀和積累。慢慢的形成了油漿結(jié)垢，造成堵塞的情況發(fā)生。

2.2 生產(chǎn)波動(dòng)

在裝置停工設(shè)備檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，油漿系統(tǒng)設(shè)備、管道內(nèi)部雖沒有造成堵塞，卻出現(xiàn)了粘稠沉積物吸附在管道內(nèi)壁上，主要成分是鐵和催化劑細(xì)粉。通過分析得知：首先，正常生產(chǎn)期間處理量大幅波動(dòng)，導(dǎo)致催化劑細(xì)粉在單旋風(fēng)分離器中分離效果下降，從而使催化劑細(xì)粉被迫帶入到分餾系統(tǒng)中。其次，油漿循環(huán)量降低到450t/h以下，油漿蒸汽發(fā)生器管束內(nèi)的流速就會(huì)降低將近0.11m/s，使催化劑細(xì)粉因?yàn)榱魉俳档投鴮?dǎo)致沉積在管束內(nèi)。最后，裝置在低處理量運(yùn)行的過程中，油漿蒸汽發(fā)生器中的高溫油漿由于線速過低，在管束內(nèi)表面粘連、形成油膜，并以此為“中心”不斷吸附，最終導(dǎo)致油漿裝置結(jié)垢堵塞。

2.3 催化劑的活性程度

在油漿反應(yīng)產(chǎn)物中不飽和反應(yīng)烴和芳烴因其高沸點(diǎn)的特性會(huì)因?yàn)榇呋瘎┺D(zhuǎn)移的反應(yīng)活性而被影響。烯烴作為氫的雙分子反應(yīng)，一方面接受氫生成飽和物，另一方面作為氫的給予者使自身變成正碳離子或者是不飽和物發(fā)生氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成的物質(zhì)我們稱作結(jié)焦母體，吸附在催化劑顆粒表面，未被沉降器旋風(fēng)分離器分離的催化劑隨著高溫油氣進(jìn)入分餾塔，最終沉降至分餾塔底油漿系統(tǒng)，也是造成油漿系統(tǒng)結(jié)焦中心增多的重要原因之一。在生產(chǎn)過程中，為了提高產(chǎn)量和增加液體收率，油漿會(huì)進(jìn)行回練，這就相當(dāng)于在原有的原材料中增加了不容易被催化裂化反應(yīng)的重芳烴含量，這一行為更加加劇了油漿系統(tǒng)結(jié)垢、結(jié)焦情況。

2.4 分餾塔底溫度

分餾塔底部的溫度控制對(duì)分餾塔底系統(tǒng)結(jié)焦具有顯著影響，分餾塔底溫度越高，到達(dá)340℃以上，就會(huì)生產(chǎn)大量瀝青質(zhì)。并且油漿性質(zhì)也會(huì)隨著溫度變化而變化，原料性質(zhì)比較重的時(shí)候，導(dǎo)致油漿中不能被裂化的重組分量比較多，也就使得分餾塔底的溫度越來越高。當(dāng)分餾塔溫度超過了油漿系統(tǒng)能夠收取的熱量時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致分餾塔底熱量滯留上升，讓組分氣進(jìn)入到回?zé)捰椭?，?duì)油漿、回?zé)捰托再|(zhì)造成影響。因?yàn)闇囟壬叩脑?，稠環(huán)芳烴又將發(fā)生劇烈的縮合反應(yīng)。在這兩種情況的同時(shí)作用下，就會(huì)使油漿系統(tǒng)管道造成結(jié)焦堵塞。

3 整改油漿結(jié)垢、堵塞的措施

3.1 改善原料性質(zhì)

原料性質(zhì)變差的主要成分組成是瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的產(chǎn)生，這些物質(zhì)基本上會(huì)在沉降器頂端和分離器的入口粘附堵塞。企業(yè)可以對(duì)瀝青和膠質(zhì)含量比較高的原料進(jìn)行提純。首先通過溶劑剝離重金屬物質(zhì)，在原料性質(zhì)變差之前，為了讓油漿性質(zhì)變好，可以采取增加油漿外甩量的方式來使油漿回練量減少，這樣得到的抽余油就是比較好的原料，可以有效控制結(jié)垢。

3.2 減少裝置操作波動(dòng)，避免大幅度提降處理量

如果裝置在低負(fù)荷的狀態(tài)下工作，旋風(fēng)分離器入口線速就會(huì)提升到16m/s，低于設(shè)置值4.3m/s。當(dāng)裝置所處理的最大容量剛好是該設(shè)備其設(shè)計(jì)的負(fù)荷容量的時(shí)候，就會(huì)使設(shè)備相對(duì)處于一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中。這樣沉降器中單旋風(fēng)分離器就會(huì)處于一個(gè)正常運(yùn)作的范圍內(nèi)，對(duì)催化劑細(xì)粉進(jìn)行正常的分離，使分餾塔中催化劑細(xì)粉降到最低。

3.3 選用合理的催化劑

減少氫反應(yīng)物的生成是降低結(jié)垢的重要環(huán)節(jié)，控制好催化劑的反應(yīng)使結(jié)焦母體生成的環(huán)烯烴和芳烴等物質(zhì)。將油漿的密度控制在剛好能通過反應(yīng)深度的范圍內(nèi)，同時(shí)減少催化劑形成細(xì)粉的可能性。對(duì)催化劑的機(jī)械強(qiáng)度參數(shù)做好把控，使細(xì)粉進(jìn)入到油漿中的幾率降低。選擇催化劑磨損指數(shù)小于1.8%的催化裂化裝置。

3.4 控制停留時(shí)間

經(jīng)過一段時(shí)間的觀察發(fā)現(xiàn)，只要分餾塔底溫度控制在360℃左右，就會(huì)達(dá)到明顯的效果，結(jié)焦堵塞的情況隨之減輕。將油漿循環(huán)量控制在不小于450t/h，底液為控制在30%-40%之間，可以縮短催化油漿在分餾塔底部滯留時(shí)間周期，使滯留時(shí)間縮短就會(huì)使分餾塔底系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞概率降低。

3.5 合理利用阻垢劑

阻垢劑的適當(dāng)使用一定程度上降低了結(jié)垢程度，一般情況下，每千克原料中加入200mg的除垢劑就可以達(dá)到生產(chǎn)需求。阻垢劑主要有三個(gè)作用，第一種就是分散作用，使油漿中催化劑細(xì)粉沒有辦法與其他顆粒聚集沉淀，使其由緊致粘附在管壁上變成游離在油漿中。第二種是防止氧化，在烴自由基遇到除垢劑后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種新的物質(zhì)叫做惰性分子，不再與其他物質(zhì)反應(yīng)，使其不能形成比較大的分子。第三種就是防止烴類物質(zhì)的雙向反應(yīng)聚集。

4 結(jié)論

合理控制分餾塔底液相溫度，就不會(huì)使回?zé)捰突亓鲗?dǎo)致質(zhì)量增加。再者，通過添加與原料性質(zhì)相適應(yīng)的阻垢劑，也可以有效控制內(nèi)部物質(zhì)反應(yīng)結(jié)垢從而造成系統(tǒng)管路堵塞，保證裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊斌，曾光樂.催化裂化煙氣脫硫裝置水系統(tǒng)優(yōu)化及效果[J].石油石化綠色低碳，2018，3（6）：58-61.

[2]李孟，程勁，劉勝濤.催化裂化裝置煙氣輪機(jī)結(jié)垢原因分析與對(duì)策[J].煉油技術(shù)與工程，2019，49（8）：31-35.

[3]齊恒山，杜曉輝，劉璞生，等.催化裂化裝置煙機(jī)結(jié)垢：催化劑在全周期循環(huán)過程中的性質(zhì)變化[J].工業(yè)催化， 2019，27（11）：67-72.