催化裂化裝置生焦率的影響因素及控制措施

劉小雋（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學院， 遼寧 錦州 121001）

催化裂化裝置生焦率的影響因素及控制措施

劉小雋（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學院， 遼寧 錦州 121001）

催化裂化是重要的原油二次加工過程，其能耗直接影響石油加工企業(yè)的總能耗和生產(chǎn)效益，而燒焦能耗在裝置能耗中占相當大的比例，必須結(jié)合裝置特點和生產(chǎn)方案，從原料、工藝條件、催化劑和設(shè)備結(jié)構(gòu)等方面入手，采取措施控制裝置生焦率，以有效降低裝置能耗水平。

催化裂化；生焦；措施

催化裂化是以重質(zhì)油輕質(zhì)化為目的的原油二次加工過程，旨在提高汽柴油產(chǎn)量，滿足市場需要，是煉油企業(yè)的主要創(chuàng)收裝置，也是能耗大戶。中國石油催化裂化能耗調(diào)研組通過對相關(guān)企業(yè)催化裂化裝置調(diào)查后，將能耗和焦炭產(chǎn)率進行關(guān)聯(lián)，得出兩者的關(guān)系式E=157.63Cc+1511.64。可知，焦炭產(chǎn)率高，裝置能耗明顯增加。一般來講，焦炭產(chǎn)率每增加0.1%，裝置能耗增加160MJ/t。為了降低裝置能耗，提高經(jīng)濟效益，必須采取措施控制焦炭產(chǎn)率。

1 催化裂化生焦原理

在催化裂化條件下，原料中的烷烴、烯烴、環(huán)烷烴和芳烴分別發(fā)生分解、異構(gòu)化、氫轉(zhuǎn)移、芳構(gòu)化、烷基化、疊合等反應(yīng)，上述反應(yīng)為復雜的平行順序反應(yīng)，隨著反應(yīng)深度增加，烯烴和芳烴等能夠縮合甚至產(chǎn)生焦炭，導致最終產(chǎn)物中焦炭數(shù)量增加。

催化裂化工藝產(chǎn)生的焦炭可以歸納為四種類型，分別是反應(yīng)縮合物產(chǎn)生的催化焦、原料本身固有的殘?zhí)哭D(zhuǎn)化生成的附加焦、吸附在催化劑表面沒有汽提干凈的油氣產(chǎn)生的可汽提焦和污染焦，其中前三種屬于可再生的焦炭。再生后，除去部分焦炭，恢復催化劑活性，并為反應(yīng)過程提供熱量。分子篩催化劑再生后焦炭含量通常要求＜0.2%，甚至更低。

2 影響催化裂化生焦的因素分析

2.1 原料的影響

（1）原料組成 從原料組成看，原料油中烷烴含量升高，反應(yīng)選擇性好，焦炭產(chǎn)率下降。芳烴含量高，選擇性差，焦炭產(chǎn)率高。

目前，催化裂化的餾分油原料主要為減壓餾分油、焦化蠟油、脫瀝青油等餾分油，所用的渣油原料為常壓渣油、減壓渣油。裝置可以單獨加工餾分油或渣油，也可以在餾分油中摻入渣油。催化裂化裝置自身分餾出的重組分回煉油與油漿，通常也進行回煉。渣油中的稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)難裂解，極易生焦。油漿的裂化性能比新鮮原料低，而其結(jié)焦性能卻比新鮮原料高2～4倍。中國石油催化裂化能耗調(diào)研組，對焦炭產(chǎn)率與原料性質(zhì)進行關(guān)聯(lián)，得出焦炭產(chǎn)率Cc與原料密度d、殘?zhí)緾s之間的關(guān)聯(lián)式：Cc=18.782d+0.826Cs-12.369，由此可見，隨著原料密度增大和殘?zhí)苛吭黾樱瑢е卵b置焦炭產(chǎn)率提高。

（2）原料中重金屬雜質(zhì) 原料中重金屬雜質(zhì)對催化劑有污染能力。隨著原料的重質(zhì)化程度提高，重金屬含量增加，特別是原料中的Ni、V等含量一般在13mg/kg以上，上述金屬加劇脫氫反應(yīng)進行，造成污染焦，引起生焦率偏高。

2.2 催化劑的影響

現(xiàn)代提升管催化裂化采用微球分子篩催化劑。要求其具有良好的活性、選擇性、穩(wěn)定性、再生性能和抗污染能力。重金屬沉積在催化劑表面，會降低催化劑性能，增加焦炭產(chǎn)率。裂化反應(yīng)后催化劑表面的積炭是否容易燒掉是催化劑的再生性能，再生性能差會造成活性中心恢復率低，造成性能不能充分發(fā)揮，導致結(jié)焦積炭量增加，還可能導致催化劑抗重金屬污染能力降低。

就催化劑組成和結(jié)構(gòu)而言，催化劑孔徑較大，重質(zhì)油在孔內(nèi)的停留時間縮短，高溫縮合減少。采用對氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)性能差的分子篩催化劑，可以一定程度抑制縮合。

2.3 操作條件的影響

（1）回煉比 在操作條件和原料性質(zhì)相同情況下，提高回煉比，轉(zhuǎn)化率提高，同時生焦率也增大。油漿量采出越大，越接近回煉油餾分，兩者均容易造成結(jié)焦。根據(jù)原料的組成、裂化深度和加工方案，確定油漿的排出量，減少油漿和回煉油的回煉量。

（2）原料預(yù)熱溫度 原料預(yù)熱溫度較低時，要確保裂解反應(yīng)所需能量，必須增大劑油比，在進料量不變情況下，汽提段負荷加大，效果變差，引起焦炭量增加。

（3）再生溫度 適當提高再生溫度，能加速進料的霧化和氣化，降低再生劑含炭量，因此催化劑循環(huán)量降低，從而減小劑油比，使總生焦率降低。

（4）汽提蒸汽量 催化劑循環(huán)量一定時，增加汽提蒸汽用量，可以從催化劑上汽提分離出更多烴類物質(zhì)，減少可汽提焦的產(chǎn)生。

（5）分餾塔塔底和回煉油的吹汽量 吹汽量減小，造成回煉油中留有一部分柴油餾分，返回提升管反應(yīng)器回煉，進而發(fā)生裂解或縮合產(chǎn)生焦炭。

3 控制生焦率的工藝措施應(yīng)用

3.1 解決原料問題

隨著原料摻渣比的不斷增大，原料中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和重金屬含量也隨之增加，導致裝置焦炭產(chǎn)率上升。降低裝置回煉比、停止油漿回煉，對降低焦炭產(chǎn)率效果良好。

根據(jù)生產(chǎn)中，關(guān)注原料中重金屬含量的變化，及時調(diào)整鈍化劑的注入量.減少鎳金屬脫氫反應(yīng)造成的污染焦。

青島煉化公司采用MIP—CGP工藝，采用兩段串聯(lián)提升管反應(yīng)器，反應(yīng)器總長度達50 m，催化劑與油氣接觸時間較長，存在過度裂化傾向。為降低焦炭產(chǎn)率，將常一線油作為急冷油注入一反出口來抑制后續(xù)的二次反應(yīng)。20 t/h工況下的焦炭產(chǎn)率下降了0.61百分點，相應(yīng)燒焦能耗降低38.2 MJ/t。

3.2 優(yōu)化進料形式

澤普石化廠采用新鮮原料、回煉油和油漿進行催化裂化，過去按照三者密度由小到大的順序，從下部向上依次進入提升管反應(yīng)器。由于新鮮原料在高溫催化劑上反應(yīng)后，溫度降低，催化劑活性降低。回煉油接著與催化劑接觸時，汽化效果變差，液態(tài)組分吸附在低活性的催化劑表面，影響催化反應(yīng)過程中的內(nèi)外擴散，導致生焦量增加。裝置改造后三種物料均勻混合后進入同一噴嘴，進行霧化、汽化，與活性較高的催化劑反應(yīng)，產(chǎn)品分布得以優(yōu)化。

3.3 選擇高性能的催化劑

以新型高活性分子篩為活性單元，結(jié)合分子篩晶粒高分散性和酸性優(yōu)化調(diào)變技術(shù)的LDO-70催化劑，增強了重油大分子高效選擇性裂化能力。在烏魯木齊石化公司應(yīng)用中，焦炭產(chǎn)率降低0.77%，輕質(zhì)油收率增加1.45%。在遼河石化公司應(yīng)用中，焦炭產(chǎn)率降低0.5%，輕質(zhì)油收率提高1.02%。

3.4 改進工藝設(shè)備

影響生焦率的工藝設(shè)備因素主要集中在預(yù)提升段、原料噴嘴、提升管出口快分、汽提段、旋風分離器等部位。改善噴嘴型式，使原料油的霧化粒度減小，提高傳熱效率。改善提升管催化劑流化狀態(tài)，提升管出口安裝快速分離設(shè)施，減少反應(yīng)生成油氣與催化劑的接觸時間，終止反應(yīng)，降低生焦率。減少油氣在沉降器的停留時間，油氣和催化劑在旋風分離器快速分離，減少了二次裂化反應(yīng)的發(fā)生，降低了焦炭產(chǎn)率，強化汽提段汽提效果，盡量減少催化劑表面的可汽提焦。

催化裂化裝置要結(jié)合原料性質(zhì)、生產(chǎn)方案、裝置特性，從改善裝置的原料、控制工藝條件、催化劑選擇和設(shè)備結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面入手，確保降低焦炭產(chǎn)率，實現(xiàn)催化裂化裝置的節(jié)能。

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劉小雋（1968-），女，河北 人， 副教授，從事石油化工生產(chǎn)技術(shù)及教學研究。