100萬t/年催化裂化分餾塔底結(jié)焦及油漿系統(tǒng)堵塞的探討

張忠誠

延安煉油廠，陜西洛川 727406

0 引言

催化裂化油漿系統(tǒng)堵塞，結(jié)焦直接影響裝置的長周期運(yùn)行，催化原料重質(zhì)化是造成分餾塔結(jié)焦的根本原因，油漿流速低和高的固含量是造成油漿系統(tǒng)堵塞的主要原因，提高塔底溫度，增加油漿回?zé)挘紩?huì)造成油漿變重，稠環(huán)芳烴增加，隨著超穩(wěn)沸石催化劑的使用，使一部分原本可生焦的中、重芳烴不形成焦而以稠環(huán)芳烴成焦碳前身的形式積聚在油漿中，使分餾塔結(jié)焦日趨嚴(yán)重。

油漿系統(tǒng)的低流速和高固含量會(huì)造成催劑在換熱器沉積，降低換熱面積，最后造成換熱器堵死。

延安煉油廠100萬噸侔催裂化在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)分餾塔底結(jié)焦嚴(yán)重，尤其在2006年檢修中發(fā)現(xiàn)分餾塔軟焦（前身物）和硬焦多達(dá)十幾噸（見圖1）。塔底結(jié)焦的水平高度已與防渦齊平，使油漿抽出口流動(dòng)區(qū)域僅形成一個(gè)圓狀環(huán)隙，油漿蒸汽發(fā)生器3、4兩臺(tái)因油漿流速低，在運(yùn)行一年后即被堵死。

圖1

在開工后，我們采取了防焦措施優(yōu)化了操作，改進(jìn)了工藝流程，加注了阻垢劑，裝運(yùn)得置了650天后，在2008年檢修中發(fā)現(xiàn)油漿系統(tǒng)結(jié)焦較以前大為減輕，但分餾塔底結(jié)焦情況仍較為嚴(yán)重。

1 結(jié)焦問題分析

1.1 塔底結(jié)焦與油漿性質(zhì)的關(guān)系

油漿中所含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和多環(huán)芳烴最易結(jié)焦，因此，塔底油漿系統(tǒng)結(jié)焦傾向與自身組成有十分重要的關(guān)系，油漿的多環(huán)芳烴含量、密度、粘度的增大都會(huì)引起結(jié)焦趨勢的增加，油漿中催化劑形成了結(jié)焦的核心，所以固含量的增大也是結(jié)焦趨勢增加的一個(gè)原因。延安煉油廠油漿性質(zhì)(見表1)較好，故塔底結(jié)焦中軟焦層較厚。

表1 油漿的性質(zhì)

殘?zhí)?8.49 HK 232 10% 405 50% 453 90% 501特性因素 10.46分子量 355.5

1.2 塔底結(jié)焦與塔底溫度、停留時(shí)問的關(guān)系

延安煉油廠習(xí)慣于塔底溫度控制在370℃～380℃之間，以提高收率但根據(jù)反應(yīng)工程中的液相烴類熱反應(yīng)原理，在反應(yīng)過程隨著溫度的升高，溶劑組分溶解能力下降，溶質(zhì)組分容易從溶液中分離出來，另外，由于體系溫度較高，被活化的組分增加，使縮合反應(yīng)加劇，油漿中芳烴縮合是導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)焦的主要原因。

油漿在塔底停留時(shí)間一般要求平均為5分鐘左右，但在分餾塔底四周平坦區(qū)域有一個(gè)緩流區(qū)，油漿在這一區(qū)域停留時(shí)間就會(huì)遠(yuǎn)大于5分鐘，最后造成緩流區(qū)沉積結(jié)焦，緩沖區(qū)變?yōu)樗绤^(qū)，緩沖區(qū)向前推進(jìn)，最終導(dǎo)致塔底抽出口只有一個(gè)環(huán)形口空間走油，而整個(gè)塔底其它部分區(qū)域結(jié)焦（見圖1）。

1.3 油漿換熱器堵塞原因分析

延安煉油廠100萬噸/年催化油漿流程先與原料換熱再進(jìn)人蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，目前的換熱流程為：與原料四個(gè)串聯(lián)，再與蒸汽發(fā)生器四個(gè)并聯(lián)，油漿經(jīng)過原料換熱器和油漿蒸汽發(fā)生器的線速分別為1.2m/s和0.62m/s，（循環(huán)量300噸/小時(shí)），較低的線速導(dǎo)致了油漿在蒸汽發(fā)生器上粘結(jié)和催化劑的沉積，最后導(dǎo)致部分管子結(jié)死。相比較下，原料換熱器因線速較高從未堵過。

2 防止結(jié)焦和堵塞的措施

2.1 減少塔底停留時(shí)間和降低塔底溫度

催化裝置油漿系統(tǒng)防堵塞和結(jié)焦，必須保持較高的流速，一般大于1.3m/s，分餾塔底保持較短的停留時(shí)間，不大于5分鐘，即保持大的油漿循環(huán)量，對(duì)于本套裝置而言，我們采取保持分餾塔液位≯50%（液位與停留時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2）、油漿循環(huán)量控制在290T/h～350T/h之間、同時(shí)降低塔底溫度至350℃～360℃之間，緩解油漿系統(tǒng)的結(jié)焦問題。

表2 油漿分餾塔底停留時(shí)間

注：油漿循環(huán)量：300t/h

2.2 優(yōu)化操作

反應(yīng)深度的變化直接影響油漿的組成，操作要根據(jù)日常油漿密度及固含量的變化及時(shí)調(diào)整，當(dāng)油漿密度大于1.05時(shí)，要及時(shí)外甩油漿，當(dāng)固含量升高時(shí)，要及時(shí)分析原因并調(diào)整操作，同時(shí)加大外甩量。根據(jù)我裝置的運(yùn)行特點(diǎn)及原料性質(zhì)較好的情況，在正常生產(chǎn)情況下采用定期外甩油漿，來降低油漿密度，在開停工過程及操作異常的情況下，部分催化劑會(huì)造成油漿固含量的增加，這時(shí)就采取邊補(bǔ)邊甩的措施，加大油漿外甩量，阻止催化劑沉積的油漿系統(tǒng)，但由于分餾塔底抽出口位置相對(duì)平坦，其角度遠(yuǎn)小于催化劑流動(dòng)的休止角，緩流區(qū)依然會(huì)沉積催化劑，所以這個(gè)措施對(duì)油漿系統(tǒng)防堵作用明顯，但對(duì)分餾塔底結(jié)焦只能緩解。

2.3 使用良好的阻垢劑

阻垢劑由于具有分散性能，能阻止懸浮在油漿中的催化劑粉末、結(jié)焦物的聚集；具有的抗氧性，能與被氧化的烴自由基形成惰性分子，阻止氧引發(fā)聚合。我們在2001年9月開始使用ZG-FCC-02型油漿阻垢劑，效果較好,油漿蒸汽發(fā)生器在使用1年8月后發(fā)汽量才逐漸減少，較原來提高了半年左右，這說明阻垢劑對(duì)油漿系統(tǒng)防堵塞是有一定效果的。

2.4 采用改變工藝流程和采用新型油漿泵

由于3、4號(hào)蒸汽發(fā)生器（圖2）處于流程末端，如果四臺(tái)全部投用，3、4號(hào)由于線速低容易被堵死，經(jīng)過核算，使用一組可滿足取熱和壓降要求，同時(shí)可提高流速至1.1m/s～1.4m/s。我們采用開3、4備l、2的方案，當(dāng)3、4有問題時(shí)投用1、2，及時(shí)搶修3、4，搶修完畢后繼續(xù)投用3、4。這樣既保證了流速，又保證3、4號(hào)不會(huì)被堵死，對(duì)油漿系統(tǒng)的長周期運(yùn)行非常有利，這也是經(jīng)過這次650天運(yùn)行證明了的。

圖2

開工過程中或事故恢復(fù)的過程中，轉(zhuǎn)劑過程中催化劑會(huì)大量進(jìn)入分餾塔底，需要盡快外甩塔底油，但塔底升溫過程中油漿泵容易抽空不上量。這是造催化劑在塔底沉積的另一個(gè)重要原因，因此我們選用氣蝕余量較原來機(jī)泵富裕的嘉利特的新型油泵，縮短抽空時(shí)問，對(duì)防止分餾塔底結(jié)焦是有利的。

3 結(jié)論

對(duì)于我裝置，采用了加注阻垢劑、改變工藝流程、優(yōu)化操作等措施解決了油漿系統(tǒng)的堵塞問題，但這些措施對(duì)分餾塔底結(jié)焦只是起了延緩作用，塔底結(jié)焦將是裝置長周期運(yùn)行的瓶頸問題。

4 問題及建議

分餾塔結(jié)焦由溫度、停留時(shí)間、油漿組成和催化劑含量四個(gè)因素決定，溫度、油漿組成、催化劑含量可通過調(diào)節(jié)工藝操作的方法改變，停留時(shí)間理論上可通過增加循環(huán)量及降低塔底液位來實(shí)現(xiàn)降低，但存在這樣兩個(gè)問題，一是分餾塔底平坦構(gòu)造及抽出形式，抽出角度小于催化劑流動(dòng)休止角，這樣就會(huì)造成沉積結(jié)焦；二是停留時(shí)間只是平均化概念，緩流區(qū)的停留時(shí)間較長，加之分餾塔液位是波動(dòng)的，這也是分餾塔結(jié)焦無法消除的一個(gè)重要原因，所以只要消除緩流區(qū)，分餾塔就不會(huì)嚴(yán)重結(jié)焦，根據(jù)兄弟單位的經(jīng)驗(yàn)，在緩流區(qū)引入循環(huán)油漿和回?zé)捰彤a(chǎn)生攪動(dòng)，（圖3）能充分阻止催化劑顆粒及結(jié)焦物在此沉積。

圖3

根據(jù)延安煉油廠實(shí)際情況，建議在分餾塔抽出口阻焦器沿外沿一圈帶分布孔的盤管，向下斜吹，介質(zhì)通入二中返塔油，一是由二中返塔油溫度較低可降低塔底溫度，防止初始焦碳生成；二則可降低油漿的密度；又起了攪拌作用，從三方面防止塔底結(jié)焦，延安煉油廠的分餾塔底結(jié)焦問題相信可通過這個(gè)辦法解決。

[1]毛樹梅.催化裂化，1997，4.

[2]徐惠.煉油設(shè)計(jì)，1999，12.

[3]董國森，丁泉.催化裂化，1998，8.