洛陽石化二催化裝置沉降器結(jié)焦原因分析

李艷松+杜焜

【摘 要】本文針對洛陽Ⅱ催化裂化沉降器嚴(yán)重結(jié)焦問題進(jìn)行分析，對防止類似結(jié)焦現(xiàn)象發(fā)生提出了可操作性較強(qiáng)的意見。

【關(guān)鍵詞】催化裂化；沉降器；汽提段；結(jié)焦；催化劑

一、概述

中國石油化工股份有限公司洛陽分公司二催化裂化裝置，采用兩器同軸、單器單段逆流完全再生技術(shù)，于1997年10月建成投產(chǎn)，處理量為1.40Mt/a的常壓渣油。2012年12月28日，二催化裂化裝置因汽提段格柵發(fā)生局部堵塞，待生催化劑流通不暢，致使兩器催化劑無法正常循環(huán)，2013年1月12日裝置停工搶修處理，1月27日開工正常。從1月12日9時(shí)10分切斷反應(yīng)進(jìn)料，到1月27日12時(shí)58分提升管噴油成功，期間檢修168小時(shí)。

二、結(jié)焦情況

打開沉降器裝卸孔，發(fā)現(xiàn)含有催化劑的軟焦已堵塞大部分裝卸孔，戳開堵塞裝卸孔的焦墻，站在裝卸孔往里看，沉降器器壁結(jié)焦較輕，提升管出口至兩個(gè)粗旋入口T型平臺(tái)上堆積如鐘乳石狀的焦，粗旋筒體外壁結(jié)焦較厚，經(jīng)測量最厚處達(dá)500mm，粗旋拉筋上堆積有焦，集氣室頂部結(jié)焦很薄，進(jìn)入沉降器內(nèi)，透過單旋油氣入口往里看，單旋升氣管外壁結(jié)焦嚴(yán)重，經(jīng)過檢查為硬焦，表面呈灰白色，含催化劑。站在汽提段格柵上部向上看，單旋料腿拉筋上方未結(jié)焦，粗旋、單旋料腿結(jié)焦較薄，從粗旋、單旋料腿至灰斗、筒體，結(jié)焦逐漸加重，單旋油氣出口至集氣室外壁結(jié)焦較少。汽提段最上層格柵上部清除直徑3.2m、高約1.3m的焦塊堆積空間，檢查汽提段五層格柵完好無損，均未結(jié)焦，只是局部孔道被小焦塊堵塞。檢查提升管內(nèi)壁、粗旋入口內(nèi)壁、大油氣線內(nèi)壁均結(jié)焦很少。

從結(jié)焦情況看，沉降器內(nèi)粗旋及單旋筒體外壁、提升管出口至兩個(gè)粗旋入口的T型平臺(tái)結(jié)焦較為嚴(yán)重，底層為硬焦、表層為軟焦，經(jīng)化驗(yàn)分析軟焦中的催化劑含量為50%，本次沉降器內(nèi)清焦量約120噸。

三、沉降器結(jié)焦原因分析

（一）原料劣質(zhì)化，裝置結(jié)焦傾向加劇

一般適合做催化裝置的原料終餾點(diǎn)一般不超530℃，但閃蒸塔底油中大于530℃的含量達(dá)41.39%，閃蒸塔底油95%點(diǎn)平均為707℃。終餾點(diǎn)越高，原料就越難汽化，也就越容易形成未汽化油，催化劑吸附未汽化油的液滴形成“濕”催化劑，原料汽化不完全而產(chǎn)生的“濕催化劑”和反應(yīng)后重組分的冷凝形成沉降器結(jié)焦的物理原因；稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的高溫縮合和油氣中烯烴、二烯烴的聚合、環(huán)化反應(yīng)形成沉降器結(jié)焦的化學(xué)因素。

（二）混合原料性質(zhì)不穩(wěn)，波動(dòng)大，加劇結(jié)焦

日常生產(chǎn)中，二催化裝置為了消化掉閃蒸油、加氫熱蠟油兩股進(jìn)料的波動(dòng)、保證產(chǎn)品質(zhì)量合格、確保各項(xiàng)工藝參數(shù)控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，必須頻繁調(diào)整操作，生產(chǎn)管理難度增大，同時(shí)也承擔(dān)了一定的風(fēng)險(xiǎn)性。

（三）工藝條件對結(jié)焦的影響

進(jìn)料汽化率與反應(yīng)溫度、噴嘴的霧化效果、原料預(yù)熱溫度、再生劑溫度和劑油比等因素有關(guān)。

1. 反應(yīng)溫度對結(jié)焦的影響

對于重油催化相對而言，反應(yīng)溫度低、提升管出口濕催化劑多；反應(yīng)溫度高、會(huì)減少濕催化劑的含量，催化裂化裝置防結(jié)焦導(dǎo)則中要求對摻渣比例高的催化裝置，提升管出口溫度應(yīng)控制在500-530℃。日常生產(chǎn)中，二催化裝置的反應(yīng)溫度控制范圍基本都控制在500℃以上。

2. 噴嘴霧化效果的影響

噴嘴的主要作用是將液相進(jìn)料霧化成與催化劑粒徑較為接近的油滴，以便與催化劑顆粒接觸后能夠迅速汽化并在催化劑內(nèi)外表面上發(fā)生反應(yīng)，因此噴嘴霧化效果好壞直接影響到進(jìn)料的汽化效果。Ⅱ套催化裂化使用的原料油噴嘴為CS-II型，廠家提供正常霧化蒸汽與進(jìn)料的比例為3-5%。日常生產(chǎn)中，二催化裝置的進(jìn)料霧化蒸汽與進(jìn)料的比值基本控制3-4%，滿足噴嘴廠家要求3-5%的指標(biāo)要求，但未達(dá)到防結(jié)焦導(dǎo)則上5-8%的要求。

3.原料預(yù)熱溫度的影響

提高原料預(yù)熱溫度，有利于增強(qiáng)原料霧化效果，防結(jié)焦導(dǎo)則要求重油催化裂化原料預(yù)熱溫度應(yīng)控制在210℃以上。

4.再生劑溫度和劑油比的影響

再生劑溫度和劑油比越高，再生劑帶給進(jìn)料油的熱量越多，汽化和反應(yīng)越完全，但兩者互為矛盾，降低再生劑溫度，可以加大劑油比，提高進(jìn)料油的汽化表面積，相應(yīng)提高了汽化率，所以需要保持合適的再生溫度及劑油比。

防結(jié)焦導(dǎo)則要求再生器密相溫度應(yīng)在640℃以上，劑油比控制在6-10之間。二催化裝置劑油比、再生密相溫度基本控制在此范圍內(nèi)。

（四）可能導(dǎo)致沉降器局部結(jié)焦加劇的設(shè)計(jì)問題

2011年9月大檢修期間，粗旋按新圖紙?jiān)O(shè)計(jì)安裝，安裝過程中，由于設(shè)計(jì)的導(dǎo)流管過長，無法安裝，經(jīng)設(shè)計(jì)變更后，粗旋升氣管孔道上四個(gè)導(dǎo)流管被取消。為了保證提升管油氣進(jìn)入粗旋為筒體圓周切線方向，在利舊四個(gè)單旋、且其在沉降器空間內(nèi)位置不變的情況下，必須對新粗旋升氣管孔道軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)角，否則軟連接處將發(fā)生錯(cuò)位，但新粗旋升氣管孔道軸線轉(zhuǎn)角后，又會(huì)帶來新的問題，新粗旋升氣管孔道軸線與單旋的切線方向形成11.82°、12.01°的夾角，非理想狀態(tài)的切線方向，可能導(dǎo)致單旋的作用效果變差。在加工負(fù)荷高時(shí)，油氣出現(xiàn)返混至沉降器空間，促成結(jié)焦。

通過現(xiàn)場觀察，四個(gè)單旋升氣管外壁均結(jié)有硬焦，結(jié)焦程度基本相當(dāng)，不存在熱電偶筋板阻擋一側(cè)的粗旋筒體外壁結(jié)焦也較嚴(yán)重，因此，熱電偶筋板部分阻擋油氣應(yīng)是加劇結(jié)焦的原因之一。

（五）平衡劑性質(zhì)差，結(jié)焦惡化

2011年10月21日開工以來，2012年3月上旬，平衡劑篩分組成（0-40μm）含量高于20%，最高達(dá)26%，平衡劑中重金屬總量由開工初期10000μg/g上升至15000μg/g，平衡劑活性控制65%左右。

一般旋風(fēng)分離器對于粒徑小于5-10μm的細(xì)顆粒分離效率不高，平衡劑篩分組成（0-40μm）含量高于20%，為形成軟焦創(chuàng)造了催化劑的環(huán)境；同時(shí)平衡劑重金屬污染嚴(yán)重，脫氫反應(yīng)高，加劇結(jié)焦。

（六）特護(hù)期間加劇結(jié)焦

特護(hù)期間，二催化裝置采取了負(fù)壓差操作，進(jìn)料摻渣比小于30%，控制進(jìn)料140-160t/h的較低負(fù)荷，反應(yīng)溫度控制490-495℃，兩器壓差控制-14--10KPa的情況下，通過塞閥存在部分油氣竄至再生器，造成再生密相溫度高至670-680℃，汽提段兩段汽提蒸汽會(huì)通過待生立管、塞閥進(jìn)入再生器內(nèi)，這樣造成沉降器內(nèi)油氣滯留現(xiàn)象嚴(yán)重。由于反應(yīng)溫度低，沉降器內(nèi)溫度更低至460℃，相比正常情況下，沉降器內(nèi)溫度低約30-40℃，進(jìn)一步加劇結(jié)焦。

兩器負(fù)壓差控制后，為了盡量不影響沉降器粗旋、單旋的分離效果，采取了降低再生器壓力至0.160Mpa的控制措施，再生器壓力降低后，稀密相溫差變大，進(jìn)一步限制了裝置的加工量，為了縮小稀密相溫差，再生器藏量由正常的155t，提高至180t控制，1月7日、8日先后補(bǔ)至再生器20t催化劑，特護(hù)期間催化劑大量減少，懷疑該部分催化劑與油氣形成軟焦。

四、緩沉降器的結(jié)焦的措施及建議

（一）建議改善閃蒸的進(jìn)料性質(zhì)，加強(qiáng)原料管理，增加二催化混合進(jìn)料性質(zhì)分析。車間應(yīng)嚴(yán)格控制操作條件要求，控制好反應(yīng)溫度。

（二）確保進(jìn)料平穩(wěn)，裝置進(jìn)料負(fù)荷不超110%，千方百計(jì)搞好裝置的平穩(wěn)操作，主風(fēng)機(jī)組未停的情況下，避免中斷催化劑流化，嚴(yán)禁沉降器溫度大幅度波動(dòng)，防止沉降器內(nèi)焦塊因熱脹冷縮脫落。

（三）提高防焦蒸汽和汽提蒸汽溫度，建議將1.0MPa蒸汽引入再生器過熱到400℃以上，進(jìn)入沉降器用于防焦蒸汽和汽提，以減少結(jié)焦。endprint