催化裂化設備結焦原因及防結焦措施探討

曹望廣 孫春明 董旭

摘要：在分析大港140萬噸/年催化裂化裝置設備結焦所產生危害的基礎上，重點對設備結焦的原因從理論與實踐的角度進行了探討，綜合國內部分煉廠改造的成功經驗和本企業實際，對催化裂化設備防結焦措施及改造情況進行了歸納和總結。

關鍵詞：催化裂化；結焦危害；原因；防焦措施；改造

1 簡介

大港石化140萬噸/年催化裂化裝置為兩段再生、高低并列式，1996年12月投產。我廠在催化設備結焦問題上進行過長期研究和探索，2017年檢修期間，我廠借鑒哈石化催化沉降器改造的成功經驗，采用中國石化工程建設有限公司（SEI）“催化沉降器防結焦蓋板技術”進行改造，取得良好效果，目前已平穩運行2年，設備未出現結焦傾向。本文將對催化設備結焦進行了較為詳盡的原因分析，并給出相應防結焦措施，以供參考。

2 結焦部位及危害

各廠催化裝置都曾經遇到過在反應系統（提升管、沉降器、大油氣線等）及下游設備（如分餾塔、油漿系統等）內不同位置、程度不同的結焦，給裝置運行帶來程度不同的危害。

2.1提升管

2.1.1噴嘴出口及其周圍

2.1.2噴嘴上方提升管內壁一小段

2.1.3噴嘴上方熱電偶及測壓套管頂部

噴嘴出口一旦結焦，噴嘴壓降增加。嚴重時只有降量操作，進而影響到裝置的加工能力；噴嘴上方提升管內壁一小段結焦，如過于嚴重，提升管阻力增加，增大了再生線路的阻力，嚴重時只能降催化劑循環量，進而影響劑油比。噴嘴出口上方熱電偶和測壓套管頂部結焦堵死，將會影響測溫測壓。

2.2沉降器

2.2.1沉降器上段及穹頂內壁

2.2.2旋風分離器入口、筒體及料腿內壁

2.2.3旋風分離器一級升氣管、一、二級聯箱外表面

2.2.4集氣室、防焦蒸汽環

旋風分離器入口、筒體及料腿內結焦，一旦掉入料腿內，堵死料腿或翼閥，會造成大量跑損催化劑，進而影響油漿固含量乃至威脅裝置的正常運行；其余三處結焦，如焦塊脫落堵塞待生斜管、待生滑閥，催化劑循環中斷，裝置只能停工檢修，即使焦塊落不下來，結的焦炭容易自燃，而使沉降器超溫導致穹頂變形。停工時過早打開人孔，沉降器溫度未降到位，空氣進入后易引發著火事故。

2.3大油氣管線

2.3.1沉降器大油氣管線出口

2.3.1大油氣線進分餾塔前水平管段

大油氣管線結焦嚴重將導致壓力降增加。為保持壓力平衡，須提高反應壓力和再生壓力，前者增加了氣壓機負荷，后者使主風機能力下降。焦炭一旦脫落，經分餾塔進入油漿系統，堵塞油漿換熱器，憋壞油漿泵，嚴重時裝置停工。

2.4分餾塔

2.4.1分餾塔底、人字擋板及塔底內壁

2.4.2分餾塔上段及頂部結鹽

一旦焦炭脫落進入油漿系統，堵塞油漿泵、管線、原料-油漿換熱器、油漿蒸汽蒸發器，裝置只能停工清理；結鹽嚴重時，分餾塔壓降增加，頂溫波動加大，分餾效果變差，影響產品質量。

2.5油漿系統

2.5.1油漿泵入口管

2.5.2原料油-油漿換熱器、油漿蒸汽蒸發器

油漿系統結焦危害性極大，油漿泵、原料油-油漿換熱器、油漿蒸汽蒸發器一旦堵死，分餾塔熱平衡破壞，只能停工處理。

2.6氣壓機平衡管及出口管線

氣壓機平衡管及出口管線一旦結焦或結鹽，輕則氣壓機軸位移及振動增加，嚴重時聯鎖停機，富氣放火炬，引發環保事故。

3 結焦原因分析

3.1結焦因素

（1）未及時根據原料油和油漿性質調整操作所致。（2）催化劑選型不當。國外有文獻提出低活性、高稀土、低比表面積的催化劑有利結焦。（3）因原料變重（如殘炭含量大于4%）、變雜后設備結焦明顯增加。經加氫處理過的原料可以有效防止設備結焦；石蠟基原料，轉化率和劑油比低時設備容易結焦；高沸點、高芳烴原料設備容易結焦。（4）提升管、沉降器、大油氣管線等設計不合理。如沉降器有死區、快分升氣管距旋風分離器太長；大油氣管線粗長；提升管下端Y型段不能均勻分配催化劑；進料噴嘴霧化性能不好等都易使設備結焦；另外，保溫不良，也易結焦。（5）劑油比、反應溫度、霧化蒸汽用量、防焦蒸汽用量等設定不當，易使設備結焦。

4 防結焦措施

4.1提升管

（1）選取霧化性能好的進料噴嘴。（2）噴嘴應布置在返混程度小、流化穩定、不易磨損、線速適中的部位，對稱布置。（3）噴嘴與提升管中心夾角，為增加油滴與高溫催化劑接觸時間，以充分汽化，夾角小一些好。30度是不錯的選擇。（4）噴嘴下方應有足夠長的整流段，預提升蒸汽或干氣應采用分布器進行分配，提升介質用量要足夠大。

（5）原料油應調和均勻，把好原料油和油漿性質關，控制好反應壓力、劑油比、霧化蒸汽用量。（6）嚴格按操作卡控制反應溫度和反應壓力。原料油愈重，反應溫度愈高，否則蒸發不完全，原料油很難完全汽化；反應壓力下降，降低了油氣分壓影響重質餾分油的汽化。（7）合理匹配原料油霧化蒸汽用量，經驗是霧化蒸汽量為原料油量的5%--7%。

4.2沉降器

（1）對沉降器尺寸進行核算，消除死區。（2）改進提升管出口與旋風分離器聯接方式，以降低反應油氣在沉降器內停留時間，最理想的方法是采用封閉式旋風分離器或者彈射分離器。（3）避免沉降器熱損失過大，加強外保溫，降低熱損失。

4.3大油氣管線

大油氣管線，按高線速設計，縮短停留時間，并盡量減小進分餾塔的水平管段，該水平段要求有一定坡度，有凝結油滴時能自流入分餾塔。

4.4分餾塔

（1）如油漿中烯烴、多環芳烴含量增加，要及時外甩油漿。（2）控制好油漿管線的線速，以大于1.2米/秒為宜。（3）加注油漿阻垢劑。（4）定期清理油漿泵入口過濾器。

4.5氣壓機平衡管及其出口管線

為防止氣壓機及其出口管線結焦、結鹽，可通過加強水洗，以控制富氣中H2S、鹽分含量。

5 沉降器防結焦改造

我廠利用2017年檢修對沉降器進行防結焦改造。本次改造取消了油氣收集管，在翼閥上部一定高度位置設置金屬蓋板，利用防焦蒸汽將油氣控制在金屬蓋板下部有限的一個小空間內，避免了油氣在封閉罩外停留而導致沉降器結焦。同時將下部4個槽口改為8個、尺寸加大，使料腿下來的催化劑和油氣一并從槽口進入，避免催化劑在罩外堆積。

6 結論

本文所述防止催化設備結焦的原因及改造措施，是在經過實踐證明的基礎上總結得出的，可直接選用或參考。

參考文獻

[1]大港石化公司140萬噸/年催化裂化裝置操作規程[M].2017.

[2]大港石化公司催化沉降器及高溫取熱爐隱患治理項目可行性研究報告[M].2017.

[3]郝希仁，淺論降低催化裂化過程生焦，《催化裂化1992年年會報告論文集》[M].1992：75.

作者簡介：曹望廣（1984- ），男，工程師，從事石油化工機械設備維修管理工作。

孫春明（1986- ），男，工程師，從事石油化工機械設備維修管理工作。

（作者單位：中國石油大港石化公司）