催化裂化裝置油漿系統結垢、堵塞原因分析及整改措施研究

楊虎

摘 要：本文主要分析了催化裂化裝置油漿系統設備、管道結垢、堵塞的原因，并結合原因分析找出解決措施，避免對裝置長周期運行造成嚴重影響。選用相對來說合理的催化劑的用法、用量，結合停留時間這幾個方面，對催化裂化裝置油漿系統進行維護，找出比較適合自身實際操作的方式方法。

關鍵詞：催化裂化裝置;油漿系統;堵塞;原因

0 引言

針對近年來催化裂化裝置原料性質不斷惡化的情況，優化催化裂化裝置油漿系統運行是保證催化裂化裝置長周期運行的主要措施之一。而像大多數裝置一樣，催化裂化裝置油漿系統也會出現結垢、堵塞的問題。特別是隨著越來越劣質的原料問題和對提高加工深度要求的出現，油漿系統堵塞的情況已經日益嚴重起來。而油漿系統的堵塞就直接導致能源消耗增加、裝置運行能力下降。在運行中系統熱平衡遭受到的嚴重影響，油漿剩余的熱量堆積無法取走，不僅影響裝置的正常工作節奏，還對企業造成了無法挽回的經濟損失。由此可見，為了清楚潛在的生產運行瓶頸隱患和提高經濟效益，研究出能夠防止或者是減輕催化裂化裝置油漿系統堵塞、結垢的方法已經刻不容緩。

1 油漿基本性質和結垢機理

1.1 油漿基本性質

油漿是催化裂化裝置所產出的性質不穩定的殘渣油。其中30%-50%為飽和烴，芳烴和多環芳烴含量占比40%-60%，膠質和瀝青質含量在10%左右，還有1%為催化劑粉塵。由于其是在催化裂化中產生的產物，又被稱作催化油漿。催化裂化裝置原料是減壓渣油、蠟油，其密度為950-1050kg/m3，殘炭為5.21%。膠質和瀝青含量在14.1%。油漿中固體顆粒的含量在3-5g/L。其中催化劑顆粒能夠在油漿系統中吸附稠環芳烴這類物質，逐漸成為大分子顆粒，與無機物相互之間碰撞，粘附在一起，慢慢生成有機物和無機物摻雜在一起的垢漬。

1.2 油漿結垢機理

因為油漿中有沉降器反應油氣帶進來的含量比較高的硅鋁元素，與油氣中的催化劑細粉一起經過分餾塔底部的油漿沖洗后留在底部，或者跟隨油漿進入到換熱器和油漿管線里面。油漿結垢主要有三種方式，其中包含：第一種是在高溫下，油漿中的多環芳烴物質與膠質、瀝青質發生了脫氫縮合反應。第二種是因為分餾塔底溫度偏高，油漿中物質發生裂解，生成烯烴和二烯烴。這種物質停留的時間越長越容易使自由基越多，導致結垢現象的發生。第三種是因為油漿是由大分子結構構成的，在低溫下容易冷凝，從而導致結垢現象的出現。

2 油漿結垢、堵塞的原因

2.1 原料性質差

催化裂化的原料性質變差是造成油漿結垢的原因之一，而其中導致原料性質變化的原因則是其中摻雜了減壓渣油、焦化蠟油等重組分。出現這種情況的原因有以下幾種：第一種，因為減壓渣油、焦化蠟油運動粘度大、稠環芳烴含量高，導致在和常壓渣油混合進入到催化提升管反應器中后，因為重組分含量比較高造成一部分的重組分因為原料噴嘴霧化效果不好并沒有在提升管內充分進行催化裂化反應就跟隨反應油氣進入到分餾系統。油氣中未充分應的重質油組分粘連、聚集在一起形成巨大的“軟焦”。并且在流速比較慢的地方進行沉淀和積累。慢慢的形成了油漿結垢，造成堵塞的情況發生。

2.2 生產波動

在裝置停工設備檢修時發現，油漿系統設備、管道內部雖沒有造成堵塞，卻出現了粘稠沉積物吸附在管道內壁上，主要成分是鐵和催化劑細粉。通過分析得知：首先，正常生產期間處理量大幅波動，導致催化劑細粉在單旋風分離器中分離效果下降，從而使催化劑細粉被迫帶入到分餾系統中。其次，油漿循環量降低到450t/h以下，油漿蒸汽發生器管束內的流速就會降低將近0.11m/s，使催化劑細粉因為流速降低而導致沉積在管束內。最后，裝置在低處理量運行的過程中，油漿蒸汽發生器中的高溫油漿由于線速過低，在管束內表面粘連、形成油膜，并以此為“中心”不斷吸附，最終導致油漿裝置結垢堵塞。

2.3 催化劑的活性程度

在油漿反應產物中不飽和反應烴和芳烴因其高沸點的特性會因為催化劑轉移的反應活性而被影響。烯烴作為氫的雙分子反應，一方面接受氫生成飽和物，另一方面作為氫的給予者使自身變成正碳離子或者是不飽和物發生氫轉移反應，生成的物質我們稱作結焦母體，吸附在催化劑顆粒表面，未被沉降器旋風分離器分離的催化劑隨著高溫油氣進入分餾塔，最終沉降至分餾塔底油漿系統，也是造成油漿系統結焦中心增多的重要原因之一。在生產過程中，為了提高產量和增加液體收率，油漿會進行回練，這就相當于在原有的原材料中增加了不容易被催化裂化反應的重芳烴含量，這一行為更加加劇了油漿系統結垢、結焦情況。

2.4 分餾塔底溫度

分餾塔底部的溫度控制對分餾塔底系統結焦具有顯著影響，分餾塔底溫度越高，到達340℃以上，就會生產大量瀝青質。并且油漿性質也會隨著溫度變化而變化，原料性質比較重的時候，導致油漿中不能被裂化的重組分量比較多，也就使得分餾塔底的溫度越來越高。當分餾塔溫度超過了油漿系統能夠收取的熱量時，就會導致分餾塔底熱量滯留上升，讓組分氣進入到回煉油中，對油漿、回煉油性質造成影響。因為溫度升高的原因，稠環芳烴又將發生劇烈的縮合反應。在這兩種情況的同時作用下，就會使油漿系統管道造成結焦堵塞。

3 整改油漿結垢、堵塞的措施

3.1 改善原料性質

原料性質變差的主要成分組成是瀝青質和膠質的產生，這些物質基本上會在沉降器頂端和分離器的入口粘附堵塞。企業可以對瀝青和膠質含量比較高的原料進行提純。首先通過溶劑剝離重金屬物質，在原料性質變差之前，為了讓油漿性質變好，可以采取增加油漿外甩量的方式來使油漿回練量減少，這樣得到的抽余油就是比較好的原料，可以有效控制結垢。

3.2 減少裝置操作波動，避免大幅度提降處理量

如果裝置在低負荷的狀態下工作，旋風分離器入口線速就會提升到16m/s，低于設置值4.3m/s。當裝置所處理的最大容量剛好是該設備其設計的負荷容量的時候，就會使設備相對處于一個穩定的環境中。這樣沉降器中單旋風分離器就會處于一個正常運作的范圍內，對催化劑細粉進行正常的分離，使分餾塔中催化劑細粉降到最低。

3.3 選用合理的催化劑

減少氫反應物的生成是降低結垢的重要環節，控制好催化劑的反應使結焦母體生成的環烯烴和芳烴等物質。將油漿的密度控制在剛好能通過反應深度的范圍內，同時減少催化劑形成細粉的可能性。對催化劑的機械強度參數做好把控，使細粉進入到油漿中的幾率降低。選擇催化劑磨損指數小于1.8%的催化裂化裝置。

3.4 控制停留時間

經過一段時間的觀察發現，只要分餾塔底溫度控制在360℃左右，就會達到明顯的效果，結焦堵塞的情況隨之減輕。將油漿循環量控制在不小于450t/h，底液為控制在30%-40%之間，可以縮短催化油漿在分餾塔底部滯留時間周期，使滯留時間縮短就會使分餾塔底系統結垢、堵塞概率降低。

3.5 合理利用阻垢劑

阻垢劑的適當使用一定程度上降低了結垢程度，一般情況下，每千克原料中加入200mg的除垢劑就可以達到生產需求。阻垢劑主要有三個作用，第一種就是分散作用，使油漿中催化劑細粉沒有辦法與其他顆粒聚集沉淀，使其由緊致粘附在管壁上變成游離在油漿中。第二種是防止氧化，在烴自由基遇到除垢劑后會發生化學反應，生成一種新的物質叫做惰性分子，不再與其他物質反應，使其不能形成比較大的分子。第三種就是防止烴類物質的雙向反應聚集。

4 結論

合理控制分餾塔底液相溫度，就不會使回煉油回流導致質量增加。再者，通過添加與原料性質相適應的阻垢劑，也可以有效控制內部物質反應結垢從而造成系統管路堵塞，保證裝置安穩長滿優運行。

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