催化裂化裝置未汽化油的產(chǎn)生、影響和抑制措施

楊文慧，郝希仁，劉艷蘋

(中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司，山東 青島 266000)

催化裂化是重要的重質(zhì)油輕質(zhì)化過(guò)程，在汽油和柴油等輕質(zhì)油品的生產(chǎn)過(guò)程中占有重要地位[1-3]。重質(zhì)油向輕質(zhì)油的轉(zhuǎn)化依靠提升管反應(yīng)器內(nèi)原料油與催化劑的相互作用實(shí)現(xiàn)。該作用不僅包括催化裂化的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)包含使原料具備化學(xué)反應(yīng)條件的原料油的霧化、汽化和吸附過(guò)程。目前，高校和科研單位對(duì)催化裂化反應(yīng)，尤其是催化劑的研究眾多，但對(duì)原料的霧化和汽化過(guò)程缺乏量化的分析和判斷。

在催化裂化裝置摻煉渣油的大趨勢(shì)下，出現(xiàn)了關(guān)于未汽化油的討論，討論集中于其存在對(duì)裝置生焦的影響。然而，在反應(yīng)系統(tǒng)中，黏附未汽化油的催化劑混雜在反應(yīng)油氣及催化劑中，既非肉眼可見，也很難通過(guò)試驗(yàn)分離分析。因此總體上，裝置操作人員對(duì)未汽化油的概念“無(wú)感”，其存在對(duì)裝置運(yùn)行基本沒(méi)有影響。然而，在某些特定條件下，未汽化油的影響會(huì)凸顯出來(lái)，甚至造成裝置停工，因此設(shè)計(jì)和操作人員均有必要對(duì)未汽化油有所認(rèn)識(shí)。

本研究著眼于催化裂化反應(yīng)系統(tǒng)，明確未汽化油的存在和對(duì)裝置運(yùn)行的影響，進(jìn)而分析其產(chǎn)生的原因，提出對(duì)應(yīng)的抑制措施，為實(shí)現(xiàn)裝置安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行提供幫助。

1 未汽化油的存在

由于對(duì)裝置的運(yùn)行無(wú)直觀的影響，關(guān)于未汽化油的文獻(xiàn)報(bào)道十分少見，僅出現(xiàn)在某些關(guān)于重油催化裂化裝置沉降器和油氣管線結(jié)焦的原因分析中，同樣裝置在蠟油進(jìn)料時(shí)則鮮有結(jié)焦現(xiàn)象。然而，究竟沉降器和油氣管線的結(jié)焦是否由未汽化油產(chǎn)生，值得探討。

對(duì)于沉降器結(jié)焦原因，主要有兩類觀點(diǎn)：①氣態(tài)反應(yīng)油氣中部分重組分在沉降器內(nèi)冷凝、縮合形成；②提升管中少量原料未完全汽化，夾雜著催化劑的油滴黏附在沉降器內(nèi)壁后縮合形成。

不論沉降器結(jié)焦成因是氣相油氣冷凝，還是原料未汽化，均經(jīng)歷了包含催化劑顆粒的液相油滴(即“濕催化劑”)的熱縮合過(guò)程。熱縮合與熱裂化相伴發(fā)生，符合自由基理論，產(chǎn)物多為(CH2)n結(jié)構(gòu)。故可通過(guò)增加—CH2的方式在沉降器和油氣管線焦塊的有機(jī)物組成中人為將焦塊的氫、碳組成還原至易冷凝且難汽化的重餾分油(以H質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.0%計(jì)，下同)，然后歸一算得最初沉積在壁上的濕催化劑中的灰分。

以文獻(xiàn)[4]中大油氣管線結(jié)焦物組成為依據(jù)，倒推H質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.0%的重油中包裹或粘連的催化劑含量。之所以選擇油氣管線結(jié)焦物而不以沉降器結(jié)焦物為依據(jù)，是由于沉降器結(jié)焦伴隨著低線速區(qū)域“干催化劑”顆粒的黏附；而大油氣管線的結(jié)焦是發(fā)生在線速度為20～30 ms(與旋風(fēng)分離器線速度相近)的高溫油氣中，沉積量相對(duì)較少，可近似認(rèn)為此處結(jié)焦前軀物由重油和原始與之接觸的催化劑顆粒組成。

某2套催化裂化裝置(分別簡(jiǎn)稱裝置1和裝置2)大油氣管線結(jié)焦物的組成[4]及相關(guān)計(jì)算結(jié)果如表1所示。由表1可見：裝置1和裝置2的大油氣管線結(jié)焦物中灰分分別為18.00%和21.30%，均在20%左右；由結(jié)焦物的組成數(shù)據(jù)計(jì)算得到裝置1、裝置2大油氣管線結(jié)焦物有機(jī)組分中H質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.45%和3.35%；通過(guò)增加—CH2的方式將結(jié)焦物有機(jī)組分中H質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至8.0%時(shí)，歸一化計(jì)算得到裝置1、裝置2大油氣管線結(jié)焦物的灰分分別為11.47%和13.70%，平均值為12.59%。

表1 裝置1、裝置2大油氣管線結(jié)焦物的組成及相關(guān)計(jì)算結(jié)果

以反應(yīng)劑油質(zhì)量比為7計(jì)，折算得到反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.5%。提升管出口的粗旋(粗旋風(fēng)分離器)+一級(jí)旋分(一級(jí)旋風(fēng)分離器)效率以99.95%計(jì)，則油氣管線內(nèi)油氣中的催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.044%。倘若油氣管線結(jié)焦的原因是氣相反應(yīng)油氣中重組分的冷凝縮合，則焦塊中灰分接近于0.044%。因此判斷焦塊主要來(lái)源于黏附或包裹著催化劑細(xì)粉的未汽化原料，即未汽化油。

2 未汽化油的危害

實(shí)際生產(chǎn)中，因未汽化油的源頭是原油中的重油漿組分，主要由多環(huán)芳烴構(gòu)成，發(fā)生的反應(yīng)主要為斷芳環(huán)側(cè)鏈并縮合生焦，其汽化程度上的少量差別對(duì)裝置液體收率的影響可以忽略。有必要探討這種“無(wú)感”的未汽化油在何種條件下會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生危害，為此本研究將對(duì)未汽化油在反應(yīng)系統(tǒng)的生命周期進(jìn)行討論。討論僅針對(duì)正常操作工況下反應(yīng)各部位的結(jié)焦情況，進(jìn)料噴嘴損壞、突發(fā)的反應(yīng)溫度降低、催化劑循環(huán)中斷等非正常工況不在討論范圍內(nèi)。

討論基于以下假定：①未汽化的重組分和催化劑顆粒都在反應(yīng)器汽化段內(nèi)均勻分布；②反應(yīng)劑油質(zhì)量比以7計(jì)，原料油中未汽化的重組分中H質(zhì)量分?jǐn)?shù)以8.0%計(jì)；③反應(yīng)器出口處有1%的原料油以液相形式存在，并忽略反應(yīng)器出口至油氣管線內(nèi)液相油滴因熱反應(yīng)而導(dǎo)致的減少。

2.1 提升管內(nèi)結(jié)焦

在假定條件下，反應(yīng)進(jìn)料在汽化段內(nèi)與來(lái)自預(yù)提升段的催化劑接觸，H質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.0%的重組分均勻分布在大小不等的催化劑顆粒表面。對(duì)于同樣溫度的催化劑，大顆粒的催化劑熱容大，提供的熱量有利于重組分全部汽化，小顆粒催化劑熱容小，未汽化油在小顆粒表面存留的幾率更大，因此未汽化油包裹和粘連的催化劑以小顆粒為主。實(shí)測(cè)沉降器結(jié)焦物中催化劑粒徑分布，平均粒徑小于25 μm[5]。

因汽化段內(nèi)反應(yīng)介質(zhì)返混較強(qiáng)，未汽化油滴隨反應(yīng)介質(zhì)移動(dòng)并黏附到提升管內(nèi)壁上，因此原料油噴嘴上方1～2.5 m的位置較容易結(jié)焦。隨后，反應(yīng)介質(zhì)流型逐漸轉(zhuǎn)化為平推流。由于平推流的介質(zhì)間傳質(zhì)傳熱有限，未汽化的油滴難以在此反應(yīng)段汽化，而是在高溫環(huán)境中發(fā)生熱裂化和縮合反應(yīng)，導(dǎo)致一部分未汽化油滴在反應(yīng)器內(nèi)完全生焦并附著在催化劑上，歸于焦炭分類中的附加焦，另一部分未汽化的油滴則仍以液態(tài)黏附在催化劑上離開反應(yīng)器。

2.2 沉降器結(jié)焦

提升管出口型式多種多樣，均有快速分離油劑的作用。由于未汽化油更趨于黏附在小顆粒催化劑上，因而未汽化油在提升管出口的分離作用下逐漸在反應(yīng)油氣中濃集。

對(duì)于采用三葉快分(快速分離器)的裝置，取三葉快分效率為70%，由于濃集，50%的“濕催化劑”隨反應(yīng)氣向上排出，則沉降器內(nèi)快分出口以上位置的反應(yīng)物料中“濕催化劑”與總催化劑的質(zhì)量比為1∶524?？梢姡诔两灯鲀?nèi)“濕催化劑”的占比仍很少，快分下部的“濕催化劑”更少，沉降器內(nèi)各處基本無(wú)結(jié)焦現(xiàn)象。

對(duì)于采用粗旋+頂旋(頂旋風(fēng)分離器)軟連接的裝置，大多數(shù)的“濕催化劑”隨著其他催化劑由粗旋料腿排出，但由于更多的未汽化油黏附和包裹在小顆粒催化劑表面，因此粗旋料腿內(nèi)“濕催化劑”與總催化劑量的比例略低于提升管出口，且因?yàn)榱贤葍?nèi)催化劑的流通量大，“濕催化劑”隨大量的催化劑在壓差作用下流出下料口，對(duì)料腿內(nèi)壁存在強(qiáng)烈的沖刷，因此粗旋料腿內(nèi)無(wú)結(jié)焦等現(xiàn)象。

粗旋效率以99.5%計(jì)，假設(shè)3%的“濕催化劑”由粗旋升氣管流出，則粗旋氣相出料中“濕催化劑”快速濃集，其與總催化劑的質(zhì)量比為1∶146。

隨后，粗旋升氣管出來(lái)的油氣因微差壓呼吸作用間歇地進(jìn)入沉降器，其中質(zhì)量輕的組分更容易受微差壓波動(dòng)的影響而溢出至沉降器。沉降器內(nèi)，呼出來(lái)攜帶催化劑的油氣緩慢擴(kuò)散和沉降，其中的“濕催化劑”易在粗旋外壁、料腿等處附著，日積月累發(fā)展為沉降器結(jié)焦。根據(jù)某催化裂化裝置(簡(jiǎn)稱裝置3)軟連接形式粗旋外壁結(jié)焦物組成分析數(shù)據(jù)[5]進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，結(jié)果列于表2。

表2 裝置3粗旋外壁結(jié)焦物的組成及相關(guān)計(jì)算結(jié)果

由表2可知，歸一化計(jì)算所得有機(jī)組分中H質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)，裝置3粗旋外壁結(jié)焦物的灰分為26.55%。以原始未汽化油中包裹的催化劑顆粒占“濕催化劑”的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.59%計(jì)，對(duì)比可知粗旋外壁上結(jié)焦前體中“濕催化劑”和總催化劑的質(zhì)量比約為1∶2.5，說(shuō)明在此處結(jié)焦物中不僅含初始的“濕催化劑”，還包括一部分在沉降過(guò)程中黏附的干催化劑。此處結(jié)焦物灼燒后得到的催化劑顆粒的中粒徑為21.45 μm。

為解決沉降器結(jié)焦問(wèn)題，多種防結(jié)焦技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，代表技術(shù)有沉降器旋風(fēng)分離器直連技術(shù)[6]和旋流快分技術(shù)(VSS和VQS)。采用沉降器旋風(fēng)分離器直連技術(shù)的裝置，反應(yīng)油氣由提升管出口經(jīng)粗旋分離后，氣相由升氣管直接進(jìn)入一級(jí)旋分，然后由集氣室出沉降器，油氣不進(jìn)入沉降器，因此沉降器不結(jié)焦。VSS和VQS則采用旋流頭粗分離器+一級(jí)旋分的結(jié)構(gòu)，油氣由反應(yīng)器出口旋流至密封罩，再由升氣管進(jìn)入一級(jí)旋分，該技術(shù)通過(guò)向密封罩外的空腔通入約3 th蒸汽，將油氣壓在密封罩內(nèi)，可防止沉降器結(jié)焦，缺點(diǎn)是需要以消耗大量蒸汽為代價(jià)。

2.3 大油氣管線結(jié)焦

油氣進(jìn)入頂旋后，固、氣實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步分離。以頂旋效率為90%計(jì)，由于未汽化油集中在小顆粒催化劑上，假定20%的“濕催化劑”進(jìn)入頂旋升氣管后部結(jié)構(gòu)，則經(jīng)粗旋+頂旋分離后，集氣室、大油氣管線內(nèi)“濕催化劑”與總催化劑的質(zhì)量比為1∶73。

可見，經(jīng)過(guò)多次濃集，“濕催化劑”相比反應(yīng)油氣中的催化劑仍是少量。由于旋分內(nèi)催化劑與旋分內(nèi)壁以及催化劑顆粒間擾動(dòng)劇烈，“濕催化劑”難以在旋分本體內(nèi)存留，因此鮮有頂旋結(jié)焦的報(bào)道。集氣室和大油氣管線內(nèi)因油氣線速不同，存在“濕催化劑”黏附管道內(nèi)壁的條件，經(jīng)過(guò)3年開工周期的積累，在油氣線速較低時(shí)，大油氣管線內(nèi)結(jié)焦情況普遍存在。

反應(yīng)各部位“濕催化劑”含量與結(jié)焦情況見表3。由表3可見，與反應(yīng)各部位總催化劑量相比，“濕催化劑”僅占少部分?！皾翊呋瘎痹诮?jīng)過(guò)粗旋、頂旋后發(fā)生濃集，濃集后的“濕催化劑”在與設(shè)備或管道表面接觸后容易發(fā)生黏附，導(dǎo)致結(jié)焦。反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)焦的另一影響因素是“濕催化劑”所在物料的流速。采用軟連接技術(shù)的沉降器內(nèi)，催化劑流速小，易于黏附在設(shè)備表面而結(jié)焦。經(jīng)多裝置驗(yàn)證，油氣的線速度對(duì)結(jié)焦有顯著影響。

表3 反應(yīng)各部位“濕催化劑”含量與結(jié)焦情況

催化裂化裝置穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)焦物對(duì)裝置的危害不易顯現(xiàn)，但由于焦炭與鋼構(gòu)件的膨脹系數(shù)差別較大，沉降器的溫度變化可引起焦塊脫落而堵塞催化劑流通通道，從而導(dǎo)致裝置非計(jì)劃停工。另外，焦塊脫落事故還常發(fā)生在旋風(fēng)分離器升氣管上，脫落的焦塊堵塞灰斗下的料腿入口，造成催化劑的大量跑損。

2.4 煙機(jī)結(jié)垢

煙機(jī)上的垢狀物為無(wú)定形結(jié)構(gòu)，是催化劑細(xì)粉高溫熔融轉(zhuǎn)化為液相黏性物質(zhì)后，在三旋(三級(jí)旋風(fēng)分離器)下料口、煙機(jī)葉片等部位受高速離心作用黏附到易結(jié)垢部位并隨著溫度驟降而形成的。少量原料油滴在反應(yīng)汽化段內(nèi)不能完全汽化，未汽化油黏附在催化劑細(xì)粉表面縮合生焦。進(jìn)入再生器后，微量焦炭顆粒未能燒盡，到煙道后繼續(xù)燃燒產(chǎn)生局部高溫，達(dá)到了催化劑細(xì)粉的熔融溫度，形成了結(jié)垢前體。因此，未汽化油的產(chǎn)生是煙機(jī)垢物形成的原因[7]。

由于采取嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制，原材料的檢驗(yàn)選定、提高計(jì)量精度、運(yùn)輸過(guò)程的控制等措施，混凝土在生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定，未出現(xiàn)堵管、裂縫、蜂窩、麻面等缺陷，混凝土強(qiáng)度和抗凍抗?jié)B等指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

3 有關(guān)未汽化油的計(jì)算

催化裂化反應(yīng)為氣固非均相反應(yīng)，反應(yīng)物以氣相狀態(tài)吸附在催化劑活性中心后，催化裂化反應(yīng)才得以進(jìn)行。圖1為催化裂化反應(yīng)部分示意，預(yù)熱后的液相原料首先經(jīng)過(guò)原料油霧化噴嘴分散成微米級(jí)小液滴，然后在提升管汽化段與再生催化劑多次接觸傳熱完成汽化。

圖1 催化裂化反應(yīng)部分示意

以《2014年中石化數(shù)據(jù)匯編：催化裂化裝置年度匯編》(以下統(tǒng)稱《匯編》)為依據(jù)，選取了采用不同工藝技術(shù)且數(shù)據(jù)較為完整的6個(gè)裝置，計(jì)算提升管汽化段壓力下進(jìn)料的露點(diǎn)和汽化段內(nèi)進(jìn)料和催化劑的混合溫度。其中，汽化段壓力下進(jìn)料的露點(diǎn)為原料在汽化段內(nèi)完全汽化所需要的最低溫度；進(jìn)料和催化劑的混合溫度則為汽化段實(shí)際能達(dá)到的溫度。通過(guò)對(duì)比露點(diǎn)和汽化段溫度，可分析原料油在宏觀上的汽化程度。

3.1 汽化段壓力下進(jìn)料露點(diǎn)溫度的計(jì)算

根據(jù)《匯編》中6套催化裂化裝置(分別稱作茂名4、青煉、石煉3、洛陽(yáng)2、茂名3和安慶2)的原料密度和模擬蒸餾數(shù)據(jù)，應(yīng)用SIMSCI公司的PROⅡ流程模擬軟件，分別模擬計(jì)算各裝置混合進(jìn)料在汽化段壓力下的露點(diǎn)。由圖1可知，汽化段的物質(zhì)包含原料、霧化蒸汽、預(yù)提升介質(zhì)以及再生劑。計(jì)算露點(diǎn)時(shí)，僅考慮氣液相混合物，混合進(jìn)料包括原料油、霧化蒸汽和預(yù)提升介質(zhì)(二者合計(jì)按原料質(zhì)量7%的低壓蒸汽計(jì))。6套裝置的原料性質(zhì)及模擬計(jì)算得到的混合進(jìn)料露點(diǎn)如表4所示。

由表4可知：6套裝置的原料性質(zhì)各異，安慶2的原料終餾點(diǎn)為519 ℃，而摻渣比為81.39%的茂名3原料終餾點(diǎn)高達(dá)723 ℃；6套裝置汽化段壓力下混合進(jìn)料的露點(diǎn)為445～573 ℃，且露點(diǎn)高低與原料油性質(zhì)和汽化段壓力有關(guān)，整體而言，原料油餾分越重，汽化段壓力越高，露點(diǎn)越高。

表4 6套催化裂化裝置的原料性質(zhì)及汽化段壓力下的混合進(jìn)料露點(diǎn)

3.2 汽化段油劑混合溫度的計(jì)算

首先對(duì)圖1所示方框2內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行熱量衡算，當(dāng)常規(guī)FCC裝置反應(yīng)熱以336 kJkg計(jì)，MIP裝置反應(yīng)熱以210 kJkg計(jì)，DCC裝置反應(yīng)熱以630 kJkg計(jì)時(shí)，計(jì)算得到裝置的催化劑循環(huán)量。然后對(duì)方框1內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行熱量衡算，計(jì)算汽化段油劑混合傳熱能達(dá)到的溫度。系統(tǒng)熱量輸入包括預(yù)熱后的原料熱量、霧化蒸汽熱量、預(yù)提升介質(zhì)熱量及高溫再生催化劑熱量，熱量輸出為汽化完成去反應(yīng)段的油劑混合物料熱量及散熱量。計(jì)算結(jié)果列于表5。由表5可知，6套裝置的汽化段溫度在523～564 ℃之間。

表5 6套裝置的汽化段溫度

由于催化裂化裝置在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不控制汽化段溫度，汽化段溫度由反應(yīng)溫度間接決定，故將3.1節(jié)計(jì)算得到的汽化段壓力下混合進(jìn)料露點(diǎn)與提升管出口溫度、汽化段溫度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖2。由圖2可知：因茂名4和青煉裝置采用MIP技術(shù)，反應(yīng)吸熱量少，故提升管出口溫度和汽化段溫度的差別比其他4套采用常規(guī)FCC或DCC技術(shù)的裝置低，但整體上，提升管出口溫度與汽化段溫度呈現(xiàn)一致的規(guī)律。

圖2 汽化段壓力下混合進(jìn)料露點(diǎn)與提升管出口溫度、汽化段溫度的對(duì)比

比較汽化段溫度及汽化段壓力下混合進(jìn)料的露點(diǎn)，可知安慶2裝置的混合進(jìn)料露點(diǎn)遠(yuǎn)低于汽化段溫度，推知該裝置的原料在汽化段具備完全汽化的熱力學(xué)條件，利于催化反應(yīng)的進(jìn)行；洛陽(yáng)2裝置的露點(diǎn)與汽化段溫度相等，認(rèn)為該裝置的原料基本完全汽化；而茂名4、青煉、石煉3、茂名3這4套裝置的露點(diǎn)溫度高于汽化段溫度，說(shuō)明這4套裝置的原料在汽化段不能完全汽化，汽化段出口存在一定比例的未汽化油。

徐春明、鈕根林等[8-9]在提升管在線采樣的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，提升管反應(yīng)段內(nèi)，距原料油噴嘴0.5～1 m處催化劑的焦炭含量較高，隨著高度增加，焦炭含量先降低后又逐漸增加。此現(xiàn)象從試驗(yàn)角度證實(shí)：原料油在進(jìn)入提升管后因不能完全汽化而黏附在催化劑上；隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，部分未汽化的油品進(jìn)行熱裂化和縮合反應(yīng)，催化劑上焦炭含量降低；隨后由于油氣反應(yīng)生焦，催化劑上焦炭含量增加。

3.3 油劑接觸傳熱的限制

前述關(guān)于汽化段溫度的計(jì)算是在原料油與催化劑充分混合傳熱、汽化段出口物料均一的假設(shè)下進(jìn)行的。然而，高溫催化劑與油滴的傳熱依靠二者的接觸，決定于霧化后油滴尺寸、催化劑顆粒尺寸以及提升管截面內(nèi)油劑的分布，各項(xiàng)影響已在文獻(xiàn)[7]中進(jìn)行了充分討論。根據(jù)討論結(jié)果，裝置汽化段油滴和催化劑分布不均勻，即便是汽化段溫度高于汽化段壓力下混合進(jìn)料露點(diǎn)的裝置，仍有極少量高溫催化劑和液相油滴共存，未汽化油的產(chǎn)生難以避免。其次，油滴需與催化劑顆粒多次接觸才能得到足夠的熱量而汽化，油滴接觸到小顆粒催化劑得到的熱量較少，需與更多的催化劑接觸，而在油滴進(jìn)入平推流后，接觸到足夠多的催化劑有一定難度，也是形成未汽化油的原因之一。

值得關(guān)注的是，在提升管反應(yīng)器的原料油噴嘴上游設(shè)置汽油、柴油的回?zé)捔鞒虝r(shí)，若保持再生催化劑溫度不變，則催化劑進(jìn)入提升管后首先參與回?zé)捚裼偷钠?，致使原料油汽化溫度降低，因此單個(gè)原料油滴需與更多的催化劑接觸才能完成汽化，造成未汽化油增多。

結(jié)合第2節(jié)可知，雖然未汽化油的產(chǎn)生較普遍，且難以避免，但其對(duì)大多數(shù)裝置的運(yùn)行影響不大，對(duì)產(chǎn)品收率的影響亦可忽略不計(jì)，最終對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響甚至危害的未汽化油數(shù)量?jī)H是多次濃集后的很少一部分。

4 未汽化油的抑制措施

由上述分析可知，未汽化油的產(chǎn)生原因?yàn)椋孩倨螠囟鹊陀谄螇毫ο禄旌线M(jìn)料的露點(diǎn)；②油劑的傳熱不充分。因此可采取如下措施來(lái)抑制未汽化油的產(chǎn)生。

4.1 提高汽化段溫度

裝置設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)行階段，均根據(jù)原料性質(zhì)和產(chǎn)品需求給定預(yù)熱溫度和反應(yīng)出口溫度，汽化段溫度不作為控制變量，再生劑帶入熱量、原料汽化程度均由系統(tǒng)自平衡確定。在不改變控制方案的情況下，可通過(guò)提高反應(yīng)出口溫度來(lái)提高汽化段溫度，但同時(shí)勢(shì)必會(huì)改變產(chǎn)品分布，此法理論上有效，但不一定可行。

4.2 降低汽化段壓力下混合進(jìn)料的露點(diǎn)

降低汽化段壓力下混合進(jìn)料的露點(diǎn)的措施主要有加工組分更輕的原料油和降低汽化段油氣分壓。顯然，通過(guò)改變?cè)闲再|(zhì)或增大霧化蒸汽、預(yù)提升介質(zhì)等用量的手段來(lái)改善原料汽化效果的可操作性不強(qiáng)。

4.3 優(yōu)化油劑接觸

4.3.1 優(yōu)化原料油噴嘴的霧化效果經(jīng)計(jì)算，1個(gè)粒徑為60 μm的油滴與3.37個(gè)粒徑為60 μm的催化劑傳熱后可完全汽化，而1個(gè)粒徑為80 μm的油滴則需要吸收7.99個(gè)粒徑為60 μm的催化劑顆粒提供的熱量才能完全汽化，但在汽化段中1個(gè)油滴與8個(gè)催化劑顆粒進(jìn)行接觸傳熱幾乎不能實(shí)現(xiàn)?？梢姡嫌鸵红F粒徑大小直接影響著它本身的升溫和汽化速率，從而進(jìn)一步影響著提升管反應(yīng)器進(jìn)料段內(nèi)氣固兩相的流動(dòng)、傳熱以及裂化反應(yīng)。據(jù)田原[10]報(bào)道，某催化裂化裝置采用了霧化效果更好的噴嘴后，焦炭產(chǎn)率降低1.47百分點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，優(yōu)化原料油噴嘴的霧化效果，有利于原料油的汽化，降低焦炭產(chǎn)率。

4.3.2 合適的再生催化劑溫度和反應(yīng)劑油比為使產(chǎn)品分布更優(yōu)化，大劑油比一直是催化裂化裝置的有效措施。隨著劑油比提高，再生催化劑溫度降低，使得單個(gè)催化劑顆粒在原料汽化的過(guò)程中可提供的熱量減少。由于汽化段內(nèi)油劑接觸存在限制，造成未汽化油的產(chǎn)生。從裝置生產(chǎn)角度，再生催化劑溫度降低到660 ℃以下，原料油汽化效果變差。

另外，每個(gè)噴嘴處催化劑的均勻性直接影響原料油汽化效果。這就需要先進(jìn)的預(yù)提升設(shè)備[11]，使再生催化劑在噴嘴所在截面上分布盡量均勻穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料汽化段油劑高效接觸。

4.3.3 合適的系統(tǒng)粉塵含量對(duì)于流化床催化裂化裝置，平衡催化劑中粒徑小于40 μm的細(xì)粉起到潤(rùn)滑劑的作用，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為3%～15%。細(xì)粉含量過(guò)少，催化劑的輸送可能出現(xiàn)困難，不利于裝置平穩(wěn)操作；細(xì)粉含量過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致單個(gè)原料液滴完成汽化所需接觸的催化劑顆粒數(shù)增加，未汽化油數(shù)量增多。因此，需尋求兩器系統(tǒng)內(nèi)細(xì)粉含量合適的措施。

5 結(jié) 論

重油催化裂化裝置出現(xiàn)未汽化油是很難避免的。未汽化油對(duì)產(chǎn)品收率的影響可忽略不計(jì)。未汽化油對(duì)裝置運(yùn)行多數(shù)影響不大。但未汽化油可能造成的危害不可忽視，會(huì)造成煙機(jī)、三旋結(jié)垢，沉降器、大油氣管線結(jié)焦，甚至堵塞料腿導(dǎo)致裝置停工。盡量減少未汽化油有助于裝置的安全運(yùn)行，主要措施有：適當(dāng)提高進(jìn)料段溫度；優(yōu)化霧化噴嘴的霧化效果；改善汽化段內(nèi)油劑分布的均勻程度；盡量降低平衡劑中催化劑的細(xì)粉含量。