摘要：隨著原油價(jià)格上漲，原油重質(zhì)化和劣質(zhì)化是各煉油企業(yè)實(shí)現(xiàn)效益最大化的有效方法，由此帶來(lái)了催化裂化裝置結(jié)焦問(wèn)題，目前重油催化裂化裝置不可避免的存在結(jié)焦問(wèn)題。催化裂化結(jié)焦主要是由于原料性質(zhì)變重后，原料噴嘴的霧化效果差，原料油在催化劑上不能完全汽化而產(chǎn)生濕催化劑，這些濕催化劑粘附結(jié)焦是引起提升管及沉降器內(nèi)結(jié)焦的主要原因，而油氣中重組分油氣遇冷凝結(jié)，粘附在器壁上，長(zhǎng)時(shí)間高溫條件下發(fā)生縮合反應(yīng)生成焦塊，則是油氣大管結(jié)焦的主要原因。

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關(guān)鍵詞：催化裂化；結(jié)焦；分析

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1 前言

催化裂化裝置是煉油企業(yè)的核心裝置，也是影響煉油企業(yè)效益的重要裝置，如何減少催化裂化裝置結(jié)焦延長(zhǎng)裝置運(yùn)行周期，已成為各煉油企業(yè)實(shí)現(xiàn)效益最大化的重要手段。湛江東興1^#催化裂化裝置經(jīng)過(guò)數(shù)次改造，由蠟油催化裂化改為重油催化裂化，2005年由洛陽(yáng)設(shè)計(jì)院對(duì)催化裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造后，處理量提高至50萬(wàn)噸/年，設(shè)計(jì)減渣摻煉比例40%。隨著裝置摻渣量的提高，結(jié)焦已成為影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的重要因素，特別是沉降器的結(jié)焦長(zhǎng)期威脅著裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。1^#催化裂化裝置于05年3月16日一次性噴油成功后，由于摻渣量大，裝置結(jié)焦較為嚴(yán)重，見(jiàn)表一。2007年3月14日按計(jì)劃進(jìn)行檢修，停工打開(kāi)沉降器清焦時(shí)發(fā)現(xiàn)，裝置結(jié)焦嚴(yán)重，清出的焦炭共約50噸，見(jiàn)圖一。目前1^#催化裝置沉降器內(nèi)部結(jié)焦也較為嚴(yán)重，本周期運(yùn)行過(guò)程中曾兩次出現(xiàn)焦塊脫落，造成催化劑循環(huán)困難現(xiàn)象。本文通過(guò)分析結(jié)焦的原理及部位，結(jié)焦的原因，采取相應(yīng)的防范措施，避免在生產(chǎn)過(guò)程中提升管、沉降器、油氣大管、分餾塔底及油漿換熱系統(tǒng)結(jié)焦，確保裝置安穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

圖一：2007年3月檢修時(shí)，由沉降器清出的焦塊

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表一：沉降器至氣壓機(jī)入口壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

2 催化裂化裝置結(jié)焦原理

一般來(lái)說(shuō)結(jié)焦的過(guò)程可以分為兩種，一種為催化裂化反應(yīng)結(jié)焦，催化裂化反應(yīng)是一個(gè)重油脫碳的過(guò)程，由低氫碳比的重質(zhì)油生產(chǎn)高氫碳比的輕質(zhì)油的過(guò)程，因此必然生成一些焦炭，一些易生焦物(烯烴、芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì))在高溫下具有很強(qiáng)的結(jié)焦傾向，通過(guò)脫氫縮合反應(yīng)，以催化劑顆粒為結(jié)焦中心逐漸長(zhǎng)大，最后生成焦。另一種結(jié)焦則由高沸點(diǎn)的未汽化的重油粘附在催化劑或設(shè)備的表面，形成內(nèi)壁的結(jié)焦。結(jié)焦的過(guò)程可分為粘附、固化和增長(zhǎng)3個(gè)階段。重組分油氣以液滴的形態(tài)存在，這些液滴在運(yùn)動(dòng)中黏附在器壁上，或黏附在催化劑顆粒上再沉積到器壁上，然后在一定的溫度和時(shí)間條件下發(fā)生結(jié)焦反應(yīng)固化，并逐漸累積增長(zhǎng)形成焦塊。

3 催化裂化裝置結(jié)焦情況及原因??

1^#催化裂化裝置摻煉減壓渣油后，兩次檢修發(fā)現(xiàn)結(jié)焦主要發(fā)生以下幾個(gè)部位：

3.1 提升管上部

提升管?chē)娮焐喜拷Y(jié)焦一般分布在噴嘴正上方的提升管內(nèi)壁上。一般焦塊外面為油焦、內(nèi)部為硬質(zhì)焦，這些焦塊催化劑含量較高，一般為灰黑色。提升管內(nèi)壁噴嘴上方結(jié)焦初期對(duì)生產(chǎn)基本沒(méi)有影響。不過(guò)隨著焦層增厚，提升管內(nèi)徑縮小，內(nèi)部有效流通面積減少、流通量降低，催化劑循環(huán)量減少，導(dǎo)致提升管壓降升高，反應(yīng)溫度無(wú)法維持。此部分焦塊形成的可能原因有：①原料性質(zhì)過(guò)重；②混合進(jìn)料溫度低，原料霧化效果差；③原料噴嘴霧化效果差。

3.2 沉降器內(nèi)壁及沉降器內(nèi)部構(gòu)件

沉降器內(nèi)壁及沉降器內(nèi)部構(gòu)件結(jié)焦最為嚴(yán)重，且對(duì)裝置的安全運(yùn)行危害最大，焦層厚度可達(dá)30cm，在沉降器內(nèi)部凡是能夠掛焦的地方均結(jié)滿(mǎn)焦塊，焦塊質(zhì)地較硬，難以清除。沉降器內(nèi)壁和沉降器內(nèi)壁構(gòu)件上的焦塊在正常生產(chǎn)時(shí)對(duì)生產(chǎn)沒(méi)有影響。但如果生產(chǎn)出現(xiàn)波動(dòng)，特別是沉降器內(nèi)部發(fā)生較大的溫差變化（如反應(yīng)溫度大幅波動(dòng)），附著在沉降器內(nèi)壁和構(gòu)件上的焦塊可能會(huì)斷裂、脫落到沉降器汽提段上，進(jìn)入汽提段底部，堵塞待生斜管入口或者卡在待生滑閥上端，導(dǎo)致待生催化劑循環(huán)量下降或中斷。情況較輕時(shí)可降量維持生產(chǎn)、情況較重時(shí)則需切斷進(jìn)料。沉降器結(jié)焦是一系列物理變化和化學(xué)變化共同作用的結(jié)果，沉降器內(nèi)結(jié)焦的形成物理原因是：原料汽化不完全而產(chǎn)生的“濕催化劑”和反應(yīng)后重組分的冷凝是沉降器結(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)是沉降器結(jié)焦的化學(xué)因素。

3.3 油氣大管結(jié)焦

沉降器旋風(fēng)分離器出口到分餾塔入口的油氣管線(xiàn)上結(jié)焦基本為黑亮硬焦、層狀分布，焦塊厚度隨開(kāi)工時(shí)間延長(zhǎng)而增厚，但當(dāng)焦層結(jié)到一定厚度后，因有效流通面積減少，油氣流速增加，焦塊厚度不再增加。油氣大管如果結(jié)焦較為嚴(yán)重，系統(tǒng)壓降上升，氣壓機(jī)入口壓力降低，能耗增加，且不利于氣壓機(jī)的安全運(yùn)行。油氣大管結(jié)焦主要與保溫效果有關(guān)，當(dāng)反應(yīng)油氣經(jīng)旋分離器分離催化劑后，反應(yīng)產(chǎn)物中的重芳烴或原料中未被催化劑吸附的高分子、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，碰到氣流速度較低的區(qū)域表面或冷壁面后，高沸點(diǎn)組分遇冷凝結(jié)、從油氣中析出，粘附在器壁上，在長(zhǎng)時(shí)間高溫作用下，進(jìn)行熱分解縮合等化學(xué)反應(yīng)而最終變?yōu)榻固俊?