催化裂化装置结焦原因分析及对策

2022-09-10

1 催化裂化装置内结焦的形成过程

催化裂化装置内结焦, 主要是原料油中多环芳烃通过热聚合反应的结果。结焦形成的过程见图1。

2 反再系统结焦的原因

2.1 提升管进料喷嘴处

装置提升管内喷嘴上方的内部管壁上经常出现结焦, 严重时结焦造成提升管内径变细, 影响催化剂循环量。提升管喷嘴上部结焦一般分布在喷嘴正上方, 成环状附着在提升管内壁上。一般焦块外面为油焦、内部为硬质焦, 有时分层。该处焦的催化剂含量较高, 一般为灰黑色。提升管喷嘴区域结焦与进料性质、喷嘴形式、雾化效果, 进料温度、剂油接触效果等因素有关。

2.2 沉降器内壁部位

沉降器内壁和沉降器内部构件上结焦较为常见, 一般催化装置沉降器内部都有结焦, 焦块少时沉降器内壁上薄薄一层焦粉;结焦多时凡是能够挂焦的的地方均容易结焦。温度越高焦质越硬。沉降器稀相段上部焦块一般为黑色发亮、催化剂含量较少, 越往下越靠近汽提段催化剂含量越高。沉降器出口到分馏塔入口的油气管线上结焦基本为黑亮硬焦、层状分布, 当焦层结到一定厚度后, 因油气流速增加, 结焦程度一般不再发展。油气停留时间越长, 热裂化反应越多, 结焦也越严重。

2.3 油气线

油气大管线内结焦主要与保温、油气线速等因素有关, 油气中的重组分在保温不好的情况下易造成温度降低, 形成冷凝结焦, 油气中的重组分易在水平段沉积, 因此水平段结焦较厚。大盲板法兰处保温不及时或保温效果不好时, 且高速的油气在进入分馏塔扩容处形成涡流, 产生局部返混, 增加了油气停留时间, 故在此处结焦严重。由于油气线速很高, 油气大管线内结焦都有明显的冲刷痕迹。

3 分馏油浆系统结焦的原因

3.1 分馏塔底

一般分馏塔底结焦并不严重, 主要分布在抽出口过滤网周围, 其主要原因:一是塔底温度过高, 油浆循环量低, 停留时间长, 易造成富含芳烃及胶质沥青的塔底油浆发生缩合结焦。二是事故状态下, 油浆固含过高, 给塔底结焦创造了条件, 起到了催化作用。另外, 油浆上返塔分配槽偶尔结焦严重, 并将分配槽几乎填满, 主要原因还是由于这一周期油浆固含较高, 造成催化剂的沉积, 进而促进结焦现象的发生。

3.2 油浆换热器

在油浆换热器中发现的结焦并不严重, 主要是油浆固含过高, 易造成粘度很大的稠油沉积。另外, 调节不当 (如开油浆换热器付线) 会造成油浆系统线速降低, 停留时间增长, 为结焦创造了有利条件。

4 减少结焦的对策

4.1 改善原料性质

原料性质变重是导致提升管、沉降器结焦的本质原因。原料越重, 产生的湿催化剂越多, 湿催化剂极易粘附在设备表面结焦, 且随着原料变重, 反应产物中油浆的生成量越多, 而油浆在沉降器内是以气液两相形式存在, 容易在沉降器内粘附在设备表面上结焦。所以在生产上尽量为催化提供适合催化裂解的原料, 控制原料的性质尤为重要, 必要情况可以对催化原料的进行预处理, 如渣油溶剂脱沥青, 油浆抽提除去重芳烃都可将劣质原料变为较好原料, 减少设备结焦, 取得较大的经济效益。

4.2 采用VQS快分、多段进料等技术

VQS提升管出口快分技术是目前防止沉降器结焦成熟有效的技术。使沉降器油气停留时间大大缩短, 从而降低了沉降器的结焦倾向。催化裂化装置提升管出口采用VQS系统, 提升管中上部采用急冷中止剂技术, 底部采用干气预提升和粗汽油回炼, 进料采用多段进料技术, 同时注入抗焦活化剂以利于减少二次裂化等技术有效减少了结焦。

4.3 加强设备保温

加强设备保温一方面可以节能降耗, 对重油催化裂化还有防止结焦的作用。在重油高温部位选择绝热性能优良的保温材料, 并适应加大保温层厚度, 并使保温材料的接缝处密实无缝, 从而减少油气管线温降, 可以防止油气中的高沸点组成物遇冷凝结, 粘附在器壁上, 长时间高温下缩合生成焦块。油气大管特别是入分馏塔前结焦较为严重的原因就是因为保温差, 由于这段油气线在开停工拆装盲板使保温被破坏, 从而使局部散热加大, 这段管线出现了低温冷凝面, 当油气通过时其中的重芳烃、胶质和沥青质组分部分会在此冷凝聚积, 长时间在高温作用下缩合成焦炭, 随开工时间延长而增厚。

4.4 优化装置操作

维持平稳操作, 防止反应温度及进料量大幅波动;增大催化剂循环量以增大剂油比, 使油雾滴与催化剂充分接触, 从而使进料中的高沸点组分如胶质、沥青质充分吸附在催化剂颗粒上, 从而避免设备结焦;操作上合理控制分馏塔底温度在350℃左右, 防止油浆组分因高温发生聚合结焦;此外, 提高原料预热温度, 降低进喷嘴的原料油粘度, 也是提高原料雾化效果有效手段之一。