催化裂化裝置反應沉降器內部旋風分離器改造*

孔德銳

(茂名天源石化有限公司，廣東 茂名 525000)

1 催化裂化裝置的介紹

催化裂化裝置是企業(yè)二次加工單元，龍頭裝置，承接上下游單元，因而催化裂化裝置能否正常運行，影響企業(yè)的運營。本裝置為常規(guī)催化裂化裝置，處理量100萬 t/a，為高低并列式兩器系統(tǒng)，以渣油、蠟油混合進料為原料，采用單反應沉降器、雙提升管反應器、單分餾塔流程，重油提升管反應生成的粗輕芳烴進輕油提升管回煉以提高丙烯產率。反應沉降器內反應產物油氣，經(jīng)旋風分離器分離后進入分餾塔，洗滌、脫除油氣中的催化劑，并實現(xiàn)產品的分離，產品有汽油、柴油、富氣，副產品油漿和干氣。

自2020年4月10日開始，反應沉降器旋風分離器異常，大量跑劑，單級旋風分離器壓降由9.1 kPa降至7.7 kPa，分餾油漿固含量突升(高達13.9 g/L)，已經(jīng)超出設計標準≤6 g/L,后來通過加大油漿外甩量(約13 t/h)，收率達13%，并將約25 t/h油漿送回重油提升管回煉以回收部分跑損的催化劑及降低油漿外甩量，維持油漿系統(tǒng)長期較高固含量、低密度運行，油漿分析統(tǒng)計見表1。加大兩器系統(tǒng)催化劑注入量，維持操作料位，催化劑使用單耗達2.2 kg/t。

表1 油漿分析統(tǒng)計(檢修改造前生產)

生產期間出現(xiàn)油漿下部回流調節(jié)閥芯磨損、沖蝕，油漿泵出口循環(huán)量下降，電機臨界額定電流運轉，油漿泵葉輪嚴重磨損、沖蝕的情況。在通過對油漿系統(tǒng)設備“特護”，現(xiàn)場應急物資增設，巡檢頻次增多，裝置現(xiàn)場不離人，操作人員定期按事故應急預案演練，外委專業(yè)人員定期對油漿系統(tǒng)壓力管道超聲測厚檢查等措施，操作、管理人員及時發(fā)現(xiàn)、處理問題，保證了裝置安全生產，但也提高了工人勞動強度與生產成本，結合生產運營情況，2020年12月22日停工檢修。

在停工檢修中，發(fā)現(xiàn)重油旋風分離器翼閥折翼板上部出現(xiàn)1～3 mm深的磨損溝槽，見圖1；翼閥周圍結焦嚴重已被覆蓋見圖2，影響折翼板的正常開啟，分析判斷這是造成跑劑的直接原因；重油單級旋風分離器升氣管內部外沿存在結硬焦，見圖3；此外，反應沉降器內集氣室頂結焦也較多，檢修時已清焦處理。

圖1 翼閥密封面 圖2 結焦覆蓋的翼閥圖3 旋風分離器內部升氣管結焦

2 旋風分離器技術改造

2.1 旋風分離器技術改造

反應器沉降器內有4組旋風分離器，其中3組旋風分離器入口連接重油提升管出口，1組連接輕油提升管出口。每組旋風分離器由一臺粗旋風分離器的升氣管出口連接一臺單級旋風分離器的入口，在粗旋風分離器升氣管出口分別設有一臺波紋管膨脹節(jié)，所有連接均為密閉型硬連接。反應沉降器內旋風分離器的翼閥、料腿、升氣管見圖4。

圖4 反應沉降器內旋風分離器內部結構

2.1.1 翼閥更換及重油粗旋風分離器的料腿加長

翼閥內外存在一定的溫差，高沸點油氣組分在翼閥周圍冷凝和催化劑積聚長大而結焦。特別是在翼閥板吊環(huán)出現(xiàn)結焦后，閥板無法正常開啟，料腿料位越來越高，從而導致旋風分離器失效、跑劑的情況[1]。故將原半封閉有護籠、擋板的翼閥更換為采用無護籠護罩裸露型翼閥。并且在3臺重油粗旋風分離器的料腿分別加長800 mm，旋風分離器的粗旋料腿加長后，與輕油粗旋料腿長度基本一致，目的是為了讓粗旋料腿末端埋在密相床層，減少油氣隨催化劑排入反應沉降器中壓區(qū)，降低中壓區(qū)壓力，降低翼閥排料時油氣反竄入單級旋風分離器料腿，沖蝕磨損翼閥閥板，降低旋分效率，同時減少了油氣在翼閥周圍停留時間，減少結焦，以免影響翼閥的開啟[2]。

原翼閥閥板與閥管口出現(xiàn)輕度磨損，是由于反竄氣體造成翼閥沖蝕、磨損和料腿的振動造成，存在安全隱患[3]。因此更換耐磨翼閥，更好發(fā)揮翼閥排料鎖氣的功能，保證旋風分離器的氣固分離效率。翼閥外部壓力是大于料腿內氣相壓力的，嚴格控制翼閥安裝角度(允許偏差不大于+0.5°)，因此使翼閥開啟排料時不會有太多的氣體夾帶催化劑反竄入單級旋風分離器料腿，減小對翼閥閥板和彎管接觸面的磨損，而出現(xiàn)溝槽式磨損[4]。故更換其結構形式及使用堆焊耐磨材料密封面的翼閥，翼閥材質為30408，閥板密封面堆焊D802，提高密封面的耐磨強度[5]。

2.1.2 粗旋風分離器升氣管的平衡管加長

每臺粗旋風分離器升氣管的平衡管有2條，重油粗旋風分離器和輕油旋風分離器的平衡管原有長度350 mm，根據(jù)反應沉降器內構件分布情況，輕油粗旋風分離器的兩條平衡管分別加長至5253 mm，重油的每臺分別加長至8033 mm、10233 mm。 加長的平衡管孔與重油旋風分離器料腿兩出料出口距離分別減少了8150 mm、10350 mm，與輕油旋風分離器料腿兩出料出口距離減少了5500 mm。因而待生催化劑汽提置換出來的油氣和旋風分離器料腿排出的部分油氣，能夠快速由平衡管導入單級旋風分離器，及早排出反應沉降器中壓區(qū)，降低了反應沉降器中壓區(qū)壓力，降低油氣停留時間，減少結焦[2]。

2.1.3 單級旋風分離器升氣管改造

結合停工檢修，發(fā)現(xiàn)單級旋風分離器內部升氣管有結焦情況，油氣在“滯流層”，由于含未汽化高沸點組分，以及未進行催化裂化反應的油滴和催化劑，在一定的停留時間下就會結焦。在“滯流區(qū)”所受的離心力較小，隨著油滴、催化劑不斷黏附在滯流低壓區(qū)形成結焦長大。內部升氣管形成的大焦塊如脫落掉入灰斗或料腿，堵塞料腿正常下料，造成旋風分離器跑劑，油漿固含量突升，甚至被迫緊急停工。為保證催化裂化裝置的長周期運行，在內部升氣管進行改造。在油氣入口的升氣管背部低壓區(qū)焊接兩排“掛焦片”，擾動氣流，減少結焦[6]。單級旋風分離器升氣管出口在反應沉降器的內集氣室里，4組旋風分離的單級旋風分離器升氣管出口管上半圓截面焊接半圓斜切板。防止在反應沉降器內集氣室焦塊脫落后通過升氣管出口，進入單級旋風分離器料腿，從而引發(fā)跑劑。

3 改造效果

目前,裝置改造后已經(jīng)開工平穩(wěn)運行了3個月多,各項參數(shù)顯示運行正常。主要表現(xiàn)如下三方面:1) 油漿質量恢復正常。油漿固含量、篩份組成恢復正常,大幅降低設備磨損速度。從表2可知油漿固含量正常。從油漿中催化劑篩分表3分析可知,改造后通過反應沉降器油氣攜帶出來的催化劑進入分餾塔油漿的催化劑粒度99.1%是0～40 μm的細粉，固含量3.5～4 g/L，且沒有大于80 μm催化劑，相比改造前，催化劑跑損明顯減少。

表3 改造前后油漿內催化劑篩分對比 %

2) 反應沉降器結焦減少。反應沉降器內部結焦較同期相比減少，油漿不必返回重油提升管回煉，為生產裝置長周期運行提供基礎。檢修時發(fā)現(xiàn)，在沉降器稀相溫度熱電偶及其周圍大量結焦，從而導致沉降器內部溫度測量值出現(xiàn)大幅度下降，從表4數(shù)據(jù)來看，現(xiàn)反應沉降器運行稀相溫度較上期高，沉降器的稀相密度較小，這表明沉降器內稀相段的催化劑含量少，沉降器表征溫度高，沉降器內壁不會有大量焦生成。

表4 反應沉降器開工后運行3個月的時間稀相溫度、密度對比

3) 生產裝置效益提升。主產品收率提升，催化劑消耗量大幅下降。汽油、柴油收率上升，副產品油漿收率下降至6.5%。固含量正常約3.7 g/L，密度為1.02 g/cm3。較檢修改造前，每加工1 t原料油，催化劑用量減少0.77 kg，催化劑單耗降至1.43 kg/t。按80%負荷生產，按每天節(jié)省催化劑約1.7 t，每月節(jié)約93萬元。

3 結語

通過對反應沉降器內部旋風分離器改造，旋風分離器操作恢復正常，減少結焦，防止結焦對旋風分離器產生不利影響，節(jié)省了生產成本，提高企業(yè)競爭力。