洛阳石化二催化装置沉降器结焦原因分析

　　李艳松+杜焜
　　【摘 要】本文針对洛阳Ⅱ催化裂化沉降器严重结焦问题进行分析，对防止类似结焦现象发生提出了可操作性较强的意见。
　　【关键词】催化裂化；沉降器；汽提段；结焦；催化剂
　　一、概述
　　中国石油化工股份有限公司洛阳分公司二催化裂化装置，采用两器同轴、单器单段逆流完全再生技术，于1997年10月建成投产，处理量为1.40Mt/a的常压渣油。2012年12月28日，二催化裂化装置因汽提段格栅发生局部堵塞，待生催化剂流通不畅，致使两器催化剂无法正常循环，2013年1月12日装置停工抢修处理，1月27日开工正常。从1月12日9时10分切断反应进料，到1月27日12时58分提升管喷油成功，期间检修168小时。
　　二、结焦情况
　　打开沉降器装卸孔，发现含有催化剂的软焦已堵塞大部分装卸孔，戳开堵塞装卸孔的焦墙，站在装卸孔往里看，沉降器器壁结焦较轻，提升管出口至两个粗旋入口T型平台上堆积如钟乳石状的焦，粗旋筒体外壁结焦较厚，经测量最厚处达500mm，粗旋拉筋上堆积有焦，集气室顶部结焦很薄，进入沉降器内，透过单旋油气入口往里看，单旋升气管外壁结焦严重，经过检查为硬焦，表面呈灰白色，含催化剂。站在汽提段格栅上部向上看，单旋料腿拉筋上方未结焦，粗旋、单旋料腿结焦较薄，从粗旋、单旋料腿至灰斗、筒体，结焦逐渐加重，单旋油气出口至集气室外壁结焦较少。汽提段最上层格栅上部清除直径3.2m、高约1.3m的焦块堆积空间，检查汽提段五层格栅完好无损，均未结焦，只是局部孔道被小焦块堵塞。检查提升管内壁、粗旋入口内壁、大油气线内壁均结焦很少。
　　从结焦情况看，沉降器内粗旋及单旋筒体外壁、提升管出口至两个粗旋入口的T型平台结焦较为严重，底层为硬焦、表层为软焦，经化验分析软焦中的催化剂含量为50%，本次沉降器内清焦量约120吨。
　　三、沉降器结焦原因分析
　　（一）原料劣质化，装置结焦倾向加剧
　　一般适合做催化装置的原料终馏点一般不超530℃，但闪蒸塔底油中大于530℃的含量达41.39%，闪蒸塔底油95%点平均为707℃。终馏点越高，原料就越难汽化，也就越容易形成未汽化油，催化剂吸附未汽化油的液滴形成＂湿＂催化剂，原料汽化不完全而产生的＂湿催化剂＂和反应后重组分的冷凝形成沉降器结焦的物理原因；稠环芳烃、胶质、沥青质的高温缩合和油气中烯烃、二烯烃的聚合、环化反应形成沉降器结焦的化学因素。
　　（二）混合原料性质不稳，波动大，加剧结焦
　　日常生产中，二催化装置为了消化掉闪蒸油、加氢热蜡油两股进料的波动、保证产品质量合格、确保各项工艺参数控制在指标范围内，必须频繁调整操作，生产管理难度增大，同时也承担了一定的风险性。
　　（三）工艺条件对结焦的影响
　　进料汽化率与反应温度、喷嘴的雾化效果、原料预热温度、再生剂温度和剂油比等因素有关。
　　1. 反应温度对结焦的影响
　　对于重油催化相对而言，反应温度低、提升管出口湿催化剂多；反应温度高、会减少湿催化剂的含量，催化裂化装置防结焦导则中要求对掺渣比例高的催化装置，提升管出口温度应控制在500-530℃。日常生产中，二催化装置的反应温度控制范围基本都控制在500℃以上。
　　2. 喷嘴雾化效果的影响
　　喷嘴的主要作用是将液相进料雾化成与催化剂粒径较为接近的油滴，以便与催化剂颗粒接触后能够迅速汽化并在催化剂内外表面上发生反应，因此喷嘴雾化效果好坏直接影响到进料的汽化效果。Ⅱ套催化裂化使用的原料油喷嘴为CS-II型，厂家提供正常雾化蒸汽与进料的比例为3-5%。日常生产中，二催化装置的进料雾化蒸汽与进料的比值基本控制3-4%，满足喷嘴厂家要求3-5%的指标要求，但未达到防结焦导则上5-8%的要求。
　　3.原料预热温度的影响
　　提高原料预热温度，有利于增强原料雾化效果，防结焦导则要求重油催化裂化原料预热温度应控制在210℃以上。
　　4.再生剂温度和剂油比的影响
　　再生剂温度和剂油比越高，再生剂带给进料油的热量越多，汽化和反应越完全，但两者互为矛盾，降低再生剂温度，可以加大剂油比，提高进料油的汽化表面积，相应提高了汽化率，所以需要保持合适的再生温度及剂油比。
　　防结焦导则要求再生器密相温度应在640℃以上，剂油比控制在6-10之间。二催化装置剂油比、再生密相温度基本控制在此范围内。
　　（四）可能导致沉降器局部结焦加剧的设计问题
　　2011年9月大检修期间，粗旋按新图纸设计安装，安装过程中，由于设计的导流管过长，无法安装，经设计变更后，粗旋升气管孔道上四个导流管被取消。为了保证提升管油气进入粗旋为筒体圆周切线方向，在利旧四个单旋、且其在沉降器空间内位置不变的情况下，必须对新粗旋升气管孔道轴线进行转角，否则软连接处将发生错位，但新粗旋升气管孔道轴线转角后，又会带来新的问题，新粗旋升气管孔道轴线与单旋的切线方向形成11.82°、12.01°的夹角，非理想状态的切线方向，可能导致单旋的作用效果变差。在加工负荷高时，油气出现返混至沉降器空间，促成结焦。
　　通过现场观察，四个单旋升气管外壁均结有硬焦，结焦程度基本相当，不存在热电偶筋板阻挡一侧的粗旋筒体外壁结焦也较严重，因此，热电偶筋板部分阻挡油气应是加剧结焦的原因之一。
　　（五）平衡剂性质差，结焦恶化
　　2011年10月21日开工以来，2012年3月上旬，平衡剂筛分组成（0-40μm）含量高于20%，最高达26%，平衡剂中重金属总量由开工初期10000μg/g上升至15000μg/g，平衡剂活性控制65%左右。
　　一般旋风分离器对于粒径小于5-10μm的细颗粒分离效率不高，平衡剂筛分组成（0-40μm）含量高于20%，为形成软焦创造了催化剂的环境；同时平衡剂重金属污染严重，脱氢反应高，加剧结焦。
　　（六）特护期间加剧结焦
　　特护期间，二催化装置采取了负压差操作，进料掺渣比小于30%，控制进料140-160t/h的较低负荷，反应温度控制490-495℃，两器压差控制-14--10KPa的情况下，通过塞阀存在部分油气窜至再生器，造成再生密相温度高至670-680℃，汽提段两段汽提蒸汽会通过待生立管、塞阀进入再生器内，这样造成沉降器内油气滞留现象严重。由于反应温度低，沉降器内温度更低至460℃，相比正常情况下，沉降器内温度低约30-40℃，进一步加剧结焦。
　　两器负压差控制后，为了尽量不影响沉降器粗旋、单旋的分离效果，采取了降低再生器压力至0.160Mpa的控制措施，再生器压力降低后，稀密相温差变大，进一步限制了装置的加工量，为了缩小稀密相温差，再生器藏量由正常的155t，提高至180t控制，1月7日、8日先后补至再生器20t催化剂，特护期间催化剂大量减少，怀疑该部分催化剂与油气形成软焦。
　　四、缓沉降器的结焦的措施及建议
　　（一）建议改善闪蒸的进料性质，加强原料管理，增加二催化混合进料性质分析。车间应严格控制操作条件要求，控制好反应温度。
　　（二）确保进料平稳，装置进料负荷不超110%，千方百计搞好装置的平稳操作，主风机组未停的情况下，避免中断催化剂流化，严禁沉降器温度大幅度波动，防止沉降器内焦块因热胀冷缩脱落。
　　（三）提高防焦蒸汽和汽提蒸汽温度，建议将1.0MPa蒸汽引入再生器过热到400℃以上，进入沉降器用于防焦蒸汽和汽提，以减少结焦。