催化裂化裝置再生器跑劑原因分析及對(duì)策

司偉，包忠臣，王東華

（1.中國(guó)石油大慶煉化公司煉油生產(chǎn)二部，黑龍江 大慶 163411；2.中國(guó)石油大慶石化公司煉油廠(chǎng)，黑龍江 大慶 163711）

某公司180×104t/a催化裂化裝置于1999年10月建成投產(chǎn)，采用中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的ARGG工藝。裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)高低并列布置，反應(yīng)部分采用全提升管反應(yīng)器，再生部分采用多段供風(fēng)的管式燒焦加床層完全再生型式。以減壓渣油等重質(zhì)油為原料，生產(chǎn)富含丙烯、異丁烯、異丁烷的液態(tài)烴，并生產(chǎn)高辛烷值汽油。2009年進(jìn)行MIP-CGP改造，2019年進(jìn)行外取熱器改造。

2019年檢修后，9月24日開(kāi)工復(fù)產(chǎn)，初期催化劑單耗0.9 kg/t左右。2019年10月至2020年3月，再生器跑劑情況逐漸惡化，催化劑單耗由10月初的1.2 kg/t達(dá)到3月初的3.1 kg/t，系統(tǒng)中再生劑中小于40μm的顆粒從剛開(kāi)工的20%以上減少至5%以下，三旋細(xì)粉中大于40μm以上的顆粒逐漸上升，最高達(dá)到40%以上［1～3］。

1 跑劑現(xiàn)象和調(diào)整過(guò)程

裝置自2019年9月24日開(kāi)工復(fù)產(chǎn)，至9月30日催化劑單耗為0.9 kg/t。10月1日至7日，發(fā)現(xiàn)再生器料位不再上漲，期間催化劑單耗為1.22 kg/t。

10月份對(duì)再生器旋分線(xiàn)速、外循滑閥開(kāi)度、各路主風(fēng)量、煙機(jī)入口調(diào)節(jié)閥閥位、再生器料位、外取熱循環(huán)量等操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)再生器跑劑量影響不大，全月自然跑損1.23 kg/t。再生劑小于40μm的顆粒占19.61%，比開(kāi)工初期略有下降，三旋細(xì)粉中大于40μm的顆粒上漲較快，占21.35%。

11月份通過(guò)調(diào)整再生器風(fēng)量、再生器料位等措施，來(lái)改變旋分線(xiàn)速和稀相密度，但依舊沒(méi)有改善，全月自然跑損1.42 kg/t。再生劑小于20μm的顆粒占0.81%，小于40μm的顆粒占11.97%，三旋細(xì)粉中大于40μm的顆粒占30.96%。

因擔(dān)心流化出現(xiàn)問(wèn)題，12月6日開(kāi)始將三旋細(xì)粉加入再生器，控制新鮮劑單耗1.0～1.2 kg/t，同時(shí)，加入平衡劑維持再生器料位，月自然跑損2.0 kg/t。再生劑小于20μm的顆粒占1.05%，小于40μm的顆粒占6.84%，三旋細(xì)粉中大于40μm的顆粒占33.17%。同時(shí)，隨著三旋細(xì)粉加入系統(tǒng)內(nèi)，在相同外甩油漿的情況下，油漿固體物含量由5.5 g/L左右開(kāi)始增加。

2020年1月15日至2月15日，控制新鮮劑單耗1.0～1.2 kg/t，加入平衡劑維持再生器料位，加入三旋細(xì)粉控制再生劑中細(xì)粉含量，期間自然跑損2.5 kg/t左右。再生劑小于40μm的顆粒占5.12%，三旋細(xì)粉中大于40μm的顆粒占38.02%。油漿固體物含量增加到6.3 g/L。

2月15日，停止向系統(tǒng)內(nèi)加入三旋劑，只通過(guò)新鮮劑和平衡劑保持料位，2月15日至3月初自然跑損達(dá)到3.0 kg/t以上。再生劑小于40μm的顆粒占3.28%，三旋細(xì)粉中大于40μm的顆粒占42.86%，油漿固體物含量7.8g/L。經(jīng)調(diào)整，再生器跑劑量仍呈上漲趨勢(shì)，具體見(jiàn)表1。

表1 催化劑跑損情況統(tǒng)計(jì)

2 跑劑原因分析

再生器跑劑可能由多種原因造成，主要從8個(gè)方面分析［4～6］。

2.1 檢修期間隱蔽項(xiàng)目檢查及處理

（1）檢修期間檢查的隱蔽項(xiàng)目除襯里問(wèn)題外，全部進(jìn)行了處理。處理的襯里問(wèn)題有：1級(jí)旋分比較嚴(yán)重的部位全部砸到底后重新抹襯里，起皮的問(wèn)題未處理；2級(jí)旋分內(nèi)升氣管以上的部位全部處理，3#、5#、10#旋分升氣管內(nèi)的部位用“拍立固”襯里料將大面積脫落的部分修復(fù)，小面積和其它2級(jí)旋分升氣管以?xún)?nèi)的起皮襯里未處理。

（2）施工后檢查再生器旋分，料腿試通時(shí)使用料腿內(nèi)徑0.9倍的加工件，并保證料腿暢通。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)因素的排查

（1）如果蒸汽或水與熱催化劑接觸，會(huì)造成催化劑熱崩，跑損量將增加。排查可能從再生器進(jìn)入蒸汽的部位、反應(yīng)系統(tǒng)各路蒸汽、外取熱管束，均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。通過(guò)電鏡觀察催化劑形狀，沒(méi)發(fā)現(xiàn)過(guò)于尖銳的棱角，可排除催化劑熱崩的原因［7］。

（2）如果開(kāi)工升溫時(shí)有超溫等情況，可能損壞旋分器設(shè)備，降低旋分效率，檢查再生器升溫曲線(xiàn)，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題［8］。

2.3 旋分器線(xiàn)速的影響

計(jì)算1級(jí)旋分線(xiàn)速在18.5～19.5 m/s，2級(jí)旋分線(xiàn)速在21.5～22.5 m/s，滿(mǎn)足1級(jí)旋分18～20 m/s、2級(jí)旋分20～24 m/s的設(shè)計(jì)要求。依照經(jīng)驗(yàn)，旋分器線(xiàn)速如果不是與設(shè)計(jì)值偏差很大，不會(huì)造成大量的催化劑跑損，而且，對(duì)旋分器的線(xiàn)速做的調(diào)整，并未改變催化劑的跑損量［9］。

2.4 檢修前后操作參數(shù)對(duì)比

從操作參數(shù)看，除外循滑閥開(kāi)度、再生器密相溫度、助燃劑加入量隨生焦量的變化進(jìn)行調(diào)整外，其它操作參數(shù)都和檢修之前變化不大［10］。

2.5 開(kāi)裂或穿孔

假設(shè)再生器2級(jí)旋分升氣管焊道開(kāi)裂，那么根據(jù)開(kāi)裂的距離可以計(jì)算出開(kāi)裂的面積，再用開(kāi)裂的面積占煙氣總流通面積的比例計(jì)算出從開(kāi)裂部位帶走的催化劑。因?yàn)?級(jí)旋分的流通部位中2級(jí)旋分的升氣管截面積最小、壓降最大，因此選擇12個(gè)2級(jí)旋分升氣管的總面積作為沒(méi)有開(kāi)裂時(shí)的總流通面積。根據(jù)升氣管開(kāi)裂的面積和總面積比值來(lái)計(jì)算催化劑跑損量［11］。

再生器的稀相密度按照1.5 kg/m3，主風(fēng)量按照5 000 m3/min，稀相催化劑有1/5被煙氣帶走計(jì)算，進(jìn)入到12組旋分入口的催化劑總量為2 709 t/d，12組2級(jí)旋分出口面積為3.06 m2，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 再生器旋分出現(xiàn)穿孔部位面積與跑劑量

從表2可以看出，如果出現(xiàn)穿孔開(kāi)裂部位，跑劑量會(huì)隨著開(kāi)孔部位變大而增加。

旋分器穿孔會(huì)造成壓降增加，影響旋分器內(nèi)部壓力平衡，旋分效率下降。查閱相應(yīng)數(shù)據(jù)，在相同主風(fēng)量的操作條件下，旋分器壓降由開(kāi)工初期的7.2 kPa左右逐漸降為6.2 kPa，壓降下降趨勢(shì)與跑劑量增加趨勢(shì)吻合。

2.6 2級(jí)旋分料腿被堵塞或催化劑架橋堵塞

料腿不通會(huì)造成催化劑大量跑損，分別計(jì)算1級(jí)、2級(jí)料腿堵塞，催化劑的跑損量，與實(shí)際跑損量對(duì)比，判斷是否是料腿堵塞的原因［12］。

假設(shè)：（1）2019年檢修前和檢修后從再生器稀相進(jìn)入12個(gè)1級(jí)旋分入口的催化劑總量不變；（2）再生器1級(jí)旋分和2級(jí)旋分效率相同。

在上述條件下，根據(jù)檢修前三旋、煙氣脫硫收集的催化劑總量m收和再生器稀相帶入到旋分的催化劑m總反推再生器2級(jí)旋分總效率，再用稀相帶入旋分的催化劑總量m總和1級(jí)旋分效率計(jì)算出1個(gè)2級(jí)旋分料腿堵塞催化劑跑損量m跑，見(jiàn)表3。

表3 再生器旋分料腿堵塞跑劑量估算

計(jì)算旋分效率：

式中η一級(jí)—1級(jí)旋分效率；D稀—稀相密度，kg/m3，主風(fēng)量，Nm3/min；m三旋—三旋卸劑量，t/d。

通過(guò)計(jì)算，1個(gè)1級(jí)或2級(jí)旋分料腿堵塞失去作用，催化劑總跑損量為9.4 t/d。如果再生器稀相的催化劑全部被煙氣帶入旋分器，跑劑量應(yīng)該是17.99 t/d。如果再生器稀相的催化劑全部被煙氣帶入旋分器，稀相密度按3 kg/m3計(jì)算跑劑量應(yīng)該是24.99 t/d。無(wú)論取哪個(gè)數(shù)據(jù)，再生器的跑損量都應(yīng)是固定的，所以此條原因并不成立。

2.7 再生器1#1級(jí)旋分改造割短料腿

檢修中，再生器內(nèi)外取熱增加了料斗，因料斗會(huì)與1#粗旋料腿碰撞，安裝時(shí)將粗旋料腿割掉了1 050 mm。再生器密相段測(cè)量?jī)x表見(jiàn)圖1。

圖1 再生器密相段測(cè)量?jī)x表

如果割短料腿后料腿底部密度太低，向內(nèi)部串氣會(huì)影響旋分效率，造成跑劑。但是此跑劑因素存在3個(gè)反對(duì)理由。

（1）由再生器料位計(jì)算得知，再生料位LI1104達(dá)到55%時(shí)，密相床層高度43.37 m，比割短的1級(jí)旋分料腿下沿高3.3 m，能夠滿(mǎn)足封料腿的要求。

（2）對(duì)該位置的密度進(jìn)行測(cè)量，再生器密相床層密度測(cè)量?jī)x表共有6個(gè)引壓點(diǎn)，分別是D3-1至D3-6，分別使用6個(gè)引壓點(diǎn)中的2個(gè)進(jìn)行測(cè)量后，再進(jìn)行計(jì)算得到結(jié)果，見(jiàn)表4。

表4 再生器密相床側(cè)各部位密度測(cè)量結(jié)果

割短以后的再生器1級(jí)料腿標(biāo)高39.98 m，在D3-2和D3-3之間，而此位置的密度達(dá)到279 kg/m3（一般認(rèn)為，密度超過(guò)200 kg/m3可視為密相），也驗(yàn)證了密相床層能夠封住割短的料腿。

（3）如果是料腿短的原因，跑劑應(yīng)該是個(gè)恒量，不應(yīng)該增加。

2.8 增加外取熱抽出斗

2019年增加抽出斗有脫氣功能，脫出的氣體向上走，串入到抽出斗上方的料腿內(nèi)，影響旋分效率。并且增加抽出斗以后，抽出斗阻擋了斗下方的主風(fēng)，會(huì)造成床層流化不均勻。外取熱抽出斗的位置見(jiàn)圖2、3。

圖2 外取熱抽出斗位置

圖3 外取熱抽出斗位置

反對(duì)的理由：

（1）煙氣抽出斗脫出的氣量較少，非常緩慢，同時(shí)抽出斗的設(shè)置還擋住了從主風(fēng)環(huán)管吹出的主風(fēng)，不會(huì)造成割短的1級(jí)旋分料腿串氣；

（2）再生器是低壓區(qū)，料腿因?yàn)榇嬖诹戏馐歉邏簠^(qū)，不會(huì)造成串氣；

（3）即使造成串氣，催化劑跑損不會(huì)逐漸增加，應(yīng)該穩(wěn)定在1個(gè)數(shù)值上。因此也否定了抽出斗的設(shè)置造成料腿串氣的可能；

（4）外取熱抽出斗的投影面積是5.87 m2，占同標(biāo)高下再生器橫截面積的6.4%；抽出斗的投影遮擋大空氣環(huán)的面積占大空氣環(huán)總面積的10.5%，此比例的遮擋和抽出斗的設(shè)置方式不會(huì)對(duì)再生器運(yùn)行產(chǎn)生影響。

該裝置以往在再生斜管抽出口處設(shè)置過(guò)抽出斗，面積大于此次新增的外取熱抽出斗，期間并未對(duì)再生器的運(yùn)行產(chǎn)生影響。綜合以上2點(diǎn)判斷，增設(shè)外取熱抽出斗不是造成再生器跑劑的原因。另外，如果抽出斗影響流化，應(yīng)該對(duì)再生器料位和主風(fēng)量比較敏感，在調(diào)整過(guò)程中并未發(fā)現(xiàn)，因此排除抽出斗造成跑劑的可能。

根據(jù)上述排查情況，結(jié)合旋分壓降變化、三旋篩分變化、劑耗持續(xù)增大趨勢(shì)，包括后期所做的三旋40μm以上顆粒達(dá)到40%，細(xì)篩分中60～80μm含量達(dá)到10%左右，大于80μm含量達(dá)到3%左右的檢測(cè)結(jié)果。排除了外取熱增加抽出斗、煙返線(xiàn)改造以及1級(jí)料腿割短影響跑劑的因素。

綜合判斷，基本認(rèn)定是再生器跑劑為2級(jí)旋分的外升氣管至集氣室管段開(kāi)裂，導(dǎo)致攜帶催化劑的煙氣直接進(jìn)入集氣室，或者2級(jí)旋分本體與料腿連接處開(kāi)裂，導(dǎo)致攜帶催化劑的煙氣走短路通過(guò)旋分所致。

3 停工檢查情況

再生器檢查發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題：（1）12#的2級(jí)旋分外升氣管法蘭下焊口開(kāi)裂寬約27 mm；（2）10#的1級(jí)旋分料腿與外取熱器抽出斗有明顯碰磨痕跡，抽出斗邊緣周向磨損約350 mm（熱態(tài)時(shí)碰磨）。

從上述發(fā)現(xiàn)問(wèn)題看，再生器12#的2級(jí)旋分外升氣管法蘭下焊口開(kāi)裂是導(dǎo)致跑劑的主因，與停工前的判斷是一致。

4 主要問(wèn)題處理情況

將12#旋分器用導(dǎo)鏈提起大約35 mm，12#的2級(jí)旋分升氣管與集氣室升氣管對(duì)接焊接，升氣管與連接法蘭角焊縫焊接。采用著色方法檢測(cè)。

將抽出斗在磨損處切割了1個(gè)弦長(zhǎng)350 mm，深120 mm的缺口，將切割產(chǎn)生的尖角打磨為鈍角，10#的1級(jí)旋分器料腿與抽出斗邊緣的距離為由原來(lái)的32 mm增加至100 mm。

5 效果驗(yàn)證

問(wèn)題處理后，裝置于3月24日開(kāi)工后再生劑篩分中小顆粒增加，三旋細(xì)粉中大于40μm的顆粒降低至1%以下的正常水平，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4、5。

表4 再生劑篩分變化/μm

表5 三旋細(xì)粉篩分變化/μm

6 結(jié)束語(yǔ)

催化劑跑損的原因是多方面的，不僅取決于旋分的操作線(xiàn)速，還與設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有極大關(guān)系，特別是2器內(nèi)各部件的結(jié)構(gòu)布置，如果2器內(nèi)的設(shè)備之間出現(xiàn)互相影響，都會(huì)影響旋風(fēng)分離器的工作效率。

文中所述的催化劑跑損現(xiàn)象主要是因?yàn)闄z修時(shí)對(duì)設(shè)備檢查不細(xì)，沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)再生器旋分升氣管本體焊道開(kāi)裂。另外，旋分料腿與外取熱抽出斗之間存在碰撞摩擦的問(wèn)題，此類(lèi)問(wèn)題都直接影響了旋風(fēng)分離器的效率，增加了催化劑跑損。