催化裂化裝置油漿系統結焦的分析與對策

張愛芳

(延安煉油廠，陜西 洛川 727406)

催化裂化裝置油漿系統結垢，與分餾塔底溫度高;塔底液位高，停留時間長;在換熱器的線速度低;油漿中的固含量、芳烴含量高，有密切關系，使催化裂化油漿系統易結焦、堵塞，導致油漿循環量小和換熱效率差，影響到催化裂化油漿系統的安全、平穩運行。

延安煉油廠催化裂化裝置在2007年8月因油漿循環量提不起來，油漿換熱器換熱效率急劇下降，進行了搶修。后經過摸索和試驗，優化操作條件，注入油漿阻垢劑等措施，達到了油漿系統的長周期運行。

1 結垢現象及前期處理

該裝置分餾塔底油漿用B—208抽出泵加壓后分兩路，一路油漿回煉進提升管前進料環管，另一路先后經H—201/2、H—201/1與原料油換熱，再同時進H—204/1、2兩臺并聯的蒸汽發生器，產生為1.0 MPa的蒸汽，出來后合為一路，然后再分兩路分別進入分餾塔人字擋板上和塔底。

2007年以前，催化裝置每年檢修，檢查油漿系統結焦情況，常見有三個部位較嚴重:一是分餾塔底人字擋板上，油漿上返塔進塔的兩塊分配槽上，結焦厚度常見50～70 mm;塔底抽出的過濾網的周圍結焦厚度約400～700 mm，結焦量約在5～10 m3，且質地較硬，和反應器油氣管道結焦硬度差不多，清理時需要用鋼釬砸開;二是H－201/1、2油漿原料換熱器，H－201/2管程進口結焦堵塞較嚴重，約1/2～2/3的管束被堵，所以到裝置運行周期后期，油漿循環總量提不起來，最大量在80～90 t/h;三是H－204/1、2蒸汽發生器，為并聯，在油漿固含量較高時，油漿的線速度偏低，時常發生沉淀、結軟焦，堵塞換熱器管束。2007年以前，多次發生兩臺并聯的油漿蒸汽發生器H－204/1、2部分堵塞，引起換熱器停用，在裝置運行過程中不得不降量生產，H－204/1.2輪流切換進行搶修，處理清焦。因換熱不夠，有時采取外掛油漿外甩冷卻槽進行補充取熱，油漿蒸汽發生器產汽量減小，效率降低。

換熱器內形成的結焦，一般使用高壓水槍清理，但有時很難清理要使用專用電鉆，打通堵塞管束，這是由于油漿中形成了橡皮狀的石油醚不溶物附著在換熱器管束的內壁上［1］。操作中采取的主要方法就是:(1)加大油漿外甩量，將塔底及系統內的的大量催化劑外送出去;(2)增加油漿回煉量;(3)降低返塔溫度，增加回煉油返塔量，將回煉油組分由分餾塔二層返回分餾塔底。這樣，降低了油漿在塔底的停留時間，加強了塔底油漿的攪混;降低了分餾塔底溫度，抑制了少量不溶物的生成;油漿性質變輕，減輕了結焦趨勢。

2.3 2007年8月裝置開工后40天，分餾塔底溫度控制在375～380℃，油漿返塔溫度基本上保持在250～280℃ ，固體含量并不高，油漿蒸汽發生器發汽總量在5～6 t/h，呈逐漸減小;油漿循環量按工藝要求控制100±20 t/h，而此時最高量只能到60～70 t/h，流速遠達不到工藝生產要求，不能滿足塔底油漿循環的要求，已威脅到裝置的正常運行。8月20日不得不將裝置停工，搶修檢查。通過詳細檢查，在油漿抽出管線塔底止泵入口，多處開口檢查結焦和催化劑沉積情況，將四臺換熱器進口管線及浮頭打開檢查，這些地方結焦和催化劑沉積并不嚴重，影響不到油漿循環量提不起來;再次通過檢查，發現H－201/2進口閥門上又一圈高硬度積炭，流通面積只相當于Φ65管子的通經，而原進口管線為公稱通經Φ150的無縫鋼管，限制了油漿循環量。

后經技術分析會對此次事件討論分析，是由于H－201/2進口閥門上管線環未保溫，原料性質重，反應深度大，塔底溫度高，油漿性質持續惡化，油漿中高分子烴類遇冷沉積管內表面，逐步增厚，影響到油漿循環量。

2 原因分析

針對油漿系統的結焦，車間分期、多次召開專題技術分析會，從基礎理論到實際操作工況，進行了多方位、多角度的詳細分析、實踐，為解決油漿結焦影響生產的問題，起到了決定性的作用。回顧幾個多月來的處理過程，對影響油漿結焦的因素，作出如下一些分析和初步結論:

2.1 油漿性質

(1)我廠4×105t/y/年 FCCU是帶前置燒焦罐的高低并列式提升管催化裂化裝置，原料為常壓渣油，隨著常壓原油拔出率提高，做為催化原料的常渣性質日益變重;參煉外購渣油量增加，使油漿性質進一步惡化，成份變得復雜多樣;分餾塔的產品拔出率要求越來越高，油漿系統結焦也越來越嚴重。這些影響到油漿系統正常運行和分餾塔下段取熱，導致生產中需對油漿換熱器部分停用，進行清洗處理，也嚴重影響到裝置的長周期運行。原料和油漿的性質見表1。

從表1數據可以看出，原料的比重和殘炭呈逐年加重趨勢;因為催化劑跑損較大，密度因固含量升高而升高;由于原料變重，油漿中稠環化合物增加，粘度呈逐年遞增。所以，原料性質惡化，油漿性質必然相應變差。

表1 原料和油漿性質

(2)油漿性質影響換熱器的結焦

從分餾塔底帶入油漿系統的焦粒，逐步地沉積在管線的底部和換熱器管程入口處，在換熱器內所結的焦質地較硬，管程入口處結焦較多，管箱中結焦厚度為150～300 mm，而后面的幾程相對來說，結焦較輕。這也是限制油漿循環量的一個因素。

油漿性質劣化是換熱器結焦的直接原因，由于原料重、殘炭高和反應深度過高，而油漿外排量或回煉量不夠，油漿中稠環芳烴含量越來越高，油漿物系相溶性變差，造成油漿性質持續惡化，這些縮合物或沉積于換熱器中物流速度小的部位及死區或粘附于換熱面而富積。聚集的化合物達到某一極限時，稠環芳烴或其縮合物從油漿中析出，粘附于換熱面上，影響傳熱效果，可生成所謂的“軟焦”。油漿中的催化劑和稠環芳烴的吸附作用，“軟焦”客觀上起著“床”的作用。稠環芳烴“著床”后相互作用，生成更大分子的物質。同時在外力作用下(溫度、流體狀態改變等)發生催化劑顆粒之間的相互碰撞，使得不同催化劑顆粒上的稠環芳烴發生締合或者縮合。如此作用將出現催化劑顆粒的聚集。聚集的催化劑顆粒再與其它顆粒聚集，形成由有機物和無機物組成的混合油垢，結成硬度不同的焦塊，即結焦。

H—204/1、2容易堵塞，由于油漿溫度降低，析出物較多，傳熱效率下降得也多，油漿溫度上升后，促進了聚集物的縮合反應，因而生成的軟焦較多。

2.2 分餾塔底溫度是一個重要工藝指標

塔底溫度是許多因素綜合作用的結果。油漿性質隨著原料殘碳的變化和分餾塔底溫度的變化而變化.原料性質較重時，油漿不能裂化的重組分含量較多，分餾塔底的熱負荷增加較大，當超過油漿系統的取熱能力時，塔底溫度便開始上升，使油漿中的部分組分氣化到了回煉油中，造成油漿濃縮變重，回煉油也變重;同時，因塔底溫度較高，造成油漿中稠環芳烴的縮合反應加劇。受到這兩個關鍵因素的共同作用，分餾塔底和油漿換熱器進口等關鍵部位便開始結焦。因此在一定的原料性質下必須制定一個與之相適應的分餾塔底最高允許操作溫度。在油漿固含量相對穩定的情況下，塔底溫度、油漿比重、原料殘炭的對應關系數據見表2:

表2 溫度對油漿性質的影響

從該表可知，隨著塔底控制溫度的升高，油漿性質逐步加重，使稠環化合物增多，加劇熱縮合反應活性，其反應活性隨溫度的升高和時間的延長而加劇。導致油漿物系相容性變差，以致縮合產物能從油漿中析出來，沉積于換熱器中流速度小的部位及死區或粘附于換熱面而富積，結成“軟焦”。

檢修前，為了裝置片面追求收率，將分餾塔底溫度375～380℃，反應溫度控制在一般在510～515℃，增加反應深度，少排油漿的操作方法，增加回煉比，造成油漿性質快速劣質化。直接帶來了三方面的不利后果:一是油漿中重質組分含量增加，造成油漿性質惡化，膠質和瀝青質含量大幅增加，結焦趨勢明顯;二是生焦產率增加，造成再生器超溫，外取熱器超負荷運行，通過降加工量達到兩器熱量平衡;三是分餾塔底重組分上移，塔底液位降低，造成向分餾塔底補入少量冷新鮮原料的方法來降低塔底溫度，補充塔底液位，而補入渣油組分，如果其中的瀝青質含量多，則是油漿換熱器結焦的主要因素。

2.3 油漿循環量的影響

(1)油漿系統循環中，上返塔主要起冷凝冷卻、沖洗催化劑的作用。上返塔量要給合適，如上返塔量偏小，一是改變上返塔量時塔底液位相應變化明顯，二是油漿組分和催化劑粉末帶到分餾塔中部，組分分割不明顯，三是會造成油漿濃縮。上返塔量過大，一是將回煉油組分冷凝到了油漿中，影響裝置收率;二是取熱量過大，造成分餾塔上部熱量不足，影響塔中部內回流分布，產品質量的調節和控制波動大。從其作用來看，只要上返塔量能夠滿足這兩個要求即可，不需要將上返塔量提得過大。油漿下返塔是控制分餾塔底溫度的主要手段，只要分餾塔底溫度不超上限，不過低，溫度可控范圍大，使油漿下返塔量越大越好，降低油漿在塔底的停留時間，增大換熱器管道、管束內線速度，越能防止結焦。

(2)根據換熱器介質流速理論，管程介質流速一般控制0.9～1.5 m/s。油漿換熱器介質流速過低，造成反應油氣攜帶的催化劑顆粒在系統內沉積。保證換熱器內介質流速，可以有效地防止換熱器結焦。針對油漿蒸汽發生器易堵塞的情況，在取熱能力足夠大，三通閥調節余量很多，可采用了一用一備，此時油漿通過蒸汽發生器的線速比以前可提高一倍。管殼式換熱器中常用的流速范圍和不同流量對應換熱器內油漿線速，見表3和表4。

表3 管殼式換熱器中常用的流速范圍

表4 不同流量對應換熱器內線速

從表3、表4可以看出，催化油漿為易結垢液體，換熱器及蒸汽發生器的線速度均應大于1.0 m/s，最佳線速對應的流量應該在100～120 t/h。H－204/1、2并運時，線速降低幅度很大，這就要求定時活動三通閥，使流量大幅度波動，來影響換熱器內結焦的形成;或采取一備一運行。催化從開工至今，在2007年以前，油漿換熱器在總循環量小于等于80 t/h時，蒸汽發生器以堵塞停運，油漿換熱器進口浮頭結焦嚴重，這是由于較低的線速度導致了油漿在換熱器及蒸汽發生器上的結焦。

(3)油漿在分餾塔底的停留時間，以不大于5～6 min較為適宜。通過計算可得油漿在催化裂化裝置分餾塔底不同液面下，油漿循環量在110 t/h時的停留時間。見表5:

表5 塔底停留時間與液位的關系

從表5可以看出，裝置在油漿循環量正常的情況下，油漿在分餾塔底的停留時間，控制液面在30%～50%較合適。在運行一個周期后檢修，發現分餾塔底結焦不是很嚴重，控制適當的塔底液面，也可以避免油漿在高溫情況下因停留時間過長而發生結焦。

2.4 油漿固含量

油漿固體含量多少不是換熱器結焦的主要原因，結焦的形成，首先是油漿中有一些稠環化合物等縮合物，在一定的溫度的升高和時間下，生成“軟焦”。“軟焦”起著“床”的作用［2］，否則催化劑只是沉積下來，沒有條件和稠環芳烴等縮合物發生吸附作用，形成軟焦。

油漿中固含量高時，易在分餾塔底、換熱器流速度小的部位及死區沉積，形成大量軟焦，堵塞換熱器，影響到油漿循環量。因此，采用的主要辦法是:(1)加大油漿外甩量，將塔底的大量催化劑通過外甩的油漿方法排出去;(2)提高油漿回煉、油漿循環量，油漿回煉重新打回反應器;(3)調整反應器平穩操作，減少反應油氣中催化劑攜帶量。(4)向分餾塔內補充原料，加大油漿外甩量。采用這些措施，減緩了油漿系統的結焦，但也帶來不利影響。一是為控制油漿固含量在一定范圍內，需降低反應溫度，或補充新鮮原料，造成損失加大，油漿產率較高，降低了輕油收率;二是增加了裝置能耗。

3 措施

根據上述分析，在目前原料性質較差的情況下，根據催化裂化裝置油漿運行的實際情況，防止油漿系統結焦、堵塞，保持長周期運行，應采取如下一些措施:

(1)嚴格控制分餾塔底溫度。從搶修后的長期觀察，在塔底溫度不高于360℃ 時，油漿換熱器沒有明顯結焦現象，分餾塔內底部結焦少、無硬焦。運行中如發生塔底溫度顯著升高時，應降低原料殘碳、降低反應溫度、加大油漿外甩量，把塔底溫度控制在指標范圍內，防止油漿組分因高溫聚合生焦。

(2)嚴格控制好一層塔盤下氣相溫度，控制回煉油抽出溫度不高于340℃，改變油漿性質，減輕結焦傾向。

(3)控制好油漿性質。在油漿性質變差，比重大于1.0時，增加油漿外甩兩量，減少油漿回煉量，直至油漿性質好轉。合理調整反應器、分餾塔各段蒸汽用量。改善產品分布及油漿性質，減少油漿系統結焦的可能性。

(4)控制好反應溫度。反應溫度過高，大于515℃時，油漿產率增加，性質變重。

(5)控制好油漿循環量。油漿上返塔量應控制在60 t/h以上，油漿下返塔量根據塔底溫度需要按最大控制，總循環量保持在100 t/h以上，確保油漿通過換熱系統的線速度在0.9 m/s以上，一是避免油漿在換熱過程中，由于油溫降低，粘度增大，停留時間長而結軟焦;二是能使油漿在分餾塔底保持較短的停留時間，同時維持較低的分餾塔液面，降低停留時間以避免油漿在高溫情況下結焦。

(6)與阻垢劑廠家聯系改進阻垢劑配方，同時適當增加阻垢劑用量。選用合適的油漿阻垢劑，選擇合適的注入點，根據實際狀況，調整加入量，連續注入，提高防結焦能力，阻止油漿中不溶物在系統內結焦。阻垢劑的性質見表6:

表6 阻垢劑性質

阻垢劑加入量為油漿中阻垢劑含量控制160～180 μm/g，加入處溫度控制在360℃ 以下，采用連續加入的方法。

4 效果

對工藝參數的調整和適量加入阻垢劑，經過近兩三年大檢修的觀察，對2007年前后做了以下對比，取得了明顯的效果:

4.1 分餾塔底結焦情況對比

從2008年和2009年的裝置大檢修來看，分餾塔內人字擋板上的油漿回流分配槽上結焦減少，厚度約100 mm左右，結焦和前期相比變軟，且大部分是油漿循環洗下來催化劑粉塵。塔底部分結焦情況變化最明顯，從原來500～700 mm硬焦，到現在只有100 mm厚，且質地較軟，總體積數減少。

4.2 油漿換熱器結焦情況對比

H－201/2、1油漿進口處的管箱沉積的焦粒很少，幾乎沒有。管束被堵塞得較少，而前期近2/3不同程度被堵塞;在一個裝置運行周期中，H－204/1、2兩臺并聯沒有發生堵塞停用現象，相比前期每隔三四個月就要降量切換處理一次，也取得較大變化。

4.3 油漿循環量增大

在裝置正常運行時，油漿循環總量基本保持90～120 t/h，最大流量能達到160 t/h，操作靈活，可調范圍大，流量穩定。

4.4 在渣油較重時，油漿的稠環芳烴多、粘度大，但只要工藝參數控制合適，適當增加阻垢劑量，就能大大減輕油漿系統的結焦，確保裝置的長周期正常運行。

［1］劉國祥，梁文堅.催化裂化油漿系統結垢研究 石油煉制與化工［J］.1999.30(6):61.

［2］徐惠.防止催化裂化分餾塔底結焦的新措施［J］.煉油設計，1999，12:20 －22.