張愛芳

(延安煉油廠，陜西 洛川 727406)

催化裂化裝置油漿系統(tǒng)結(jié)垢，與分餾塔底溫度高;塔底液位高，停留時(shí)間長;在換熱器的線速度低;油漿中的固含量、芳烴含量高，有密切關(guān)系，使催化裂化油漿系統(tǒng)易結(jié)焦、堵塞，導(dǎo)致油漿循環(huán)量小和換熱效率差，影響到催化裂化油漿系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

延安煉油廠催化裂化裝置在2007年8月因油漿循環(huán)量提不起來，油漿換熱器換熱效率急劇下降，進(jìn)行了搶修。后經(jīng)過摸索和試驗(yàn)，優(yōu)化操作條件，注入油漿阻垢劑等措施，達(dá)到了油漿系統(tǒng)的長周期運(yùn)行。

1 結(jié)垢現(xiàn)象及前期處理

該裝置分餾塔底油漿用B—208抽出泵加壓后分兩路，一路油漿回?zé)掃M(jìn)提升管前進(jìn)料環(huán)管，另一路先后經(jīng)H—201/2、H—201/1與原料油換熱，再同時(shí)進(jìn)H—204/1、2兩臺(tái)并聯(lián)的蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生為1.0 MPa的蒸汽，出來后合為一路，然后再分兩路分別進(jìn)入分餾塔人字擋板上和塔底。

2007年以前，催化裝置每年檢修，檢查油漿系統(tǒng)結(jié)焦情況，常見有三個(gè)部位較嚴(yán)重:一是分餾塔底人字擋板上，油漿上返塔進(jìn)塔的兩塊分配槽上，結(jié)焦厚度常見50～70 mm;塔底抽出的過濾網(wǎng)的周圍結(jié)焦厚度約400～700 mm，結(jié)焦量約在5～10 m3，且質(zhì)地較硬，和反應(yīng)器油氣管道結(jié)焦硬度差不多，清理時(shí)需要用鋼釬砸開;二是H－201/1、2油漿原料換熱器，H－201/2管程進(jìn)口結(jié)焦堵塞較嚴(yán)重，約1/2～2/3的管束被堵，所以到裝置運(yùn)行周期后期，油漿循環(huán)總量提不起來，最大量在80～90 t/h;三是H－204/1、2蒸汽發(fā)生器，為并聯(lián)，在油漿固含量較高時(shí)，油漿的線速度偏低，時(shí)常發(fā)生沉淀、結(jié)軟焦，堵塞換熱器管束。2007年以前，多次發(fā)生兩臺(tái)并聯(lián)的油漿蒸汽發(fā)生器H－204/1、2部分堵塞，引起換熱器停用，在裝置運(yùn)行過程中不得不降量生產(chǎn)，H－204/1.2輪流切換進(jìn)行搶修，處理清焦。因換熱不夠，有時(shí)采取外掛油漿外甩冷卻槽進(jìn)行補(bǔ)充取熱，油漿蒸汽發(fā)生器產(chǎn)汽量減小，效率降低。

換熱器內(nèi)形成的結(jié)焦，一般使用高壓水槍清理，但有時(shí)很難清理要使用專用電鉆，打通堵塞管束，這是由于油漿中形成了橡皮狀的石油醚不溶物附著在換熱器管束的內(nèi)壁上［1］。操作中采取的主要方法就是:(1)加大油漿外甩量，將塔底及系統(tǒng)內(nèi)的的大量催化劑外送出去;(2)增加油漿回?zé)捔?(3)降低返塔溫度，增加回?zé)捰头邓浚瑢⒒責(zé)捰徒M分由分餾塔二層返回分餾塔底。這樣，降低了油漿在塔底的停留時(shí)間，加強(qiáng)了塔底油漿的攪混;降低了分餾塔底溫度，抑制了少量不溶物的生成;油漿性質(zhì)變輕，減輕了結(jié)焦趨勢。

2.3 2007年8月裝置開工后40天，分餾塔底溫度控制在375～380℃，油漿返塔溫度基本上保持在250～280℃ ，固體含量并不高，油漿蒸汽發(fā)生器發(fā)汽總量在5～6 t/h，呈逐漸減小;油漿循環(huán)量按工藝要求控制100±20 t/h，而此時(shí)最高量只能到60～70 t/h，流速遠(yuǎn)達(dá)不到工藝生產(chǎn)要求，不能滿足塔底油漿循環(huán)的要求，已威脅到裝置的正常運(yùn)行。8月20日不得不將裝置停工，搶修檢查。通過詳細(xì)檢查，在油漿抽出管線塔底止泵入口，多處開口檢查結(jié)焦和催化劑沉積情況，將四臺(tái)換熱器進(jìn)口管線及浮頭打開檢查，這些地方結(jié)焦和催化劑沉積并不嚴(yán)重，影響不到油漿循環(huán)量提不起來;再次通過檢查，發(fā)現(xiàn)H－201/2進(jìn)口閥門上又一圈高硬度積炭，流通面積只相當(dāng)于Φ65管子的通經(jīng)，而原進(jìn)口管線為公稱通經(jīng)Φ150的無縫鋼管，限制了油漿循環(huán)量。

后經(jīng)技術(shù)分析會(huì)對(duì)此次事件討論分析，是由于H－201/2進(jìn)口閥門上管線環(huán)未保溫，原料性質(zhì)重，反應(yīng)深度大，塔底溫度高，油漿性質(zhì)持續(xù)惡化，油漿中高分子烴類遇冷沉積管內(nèi)表面，逐步增厚，影響到油漿循環(huán)量。

2 原因分析

針對(duì)油漿系統(tǒng)的結(jié)焦，車間分期、多次召開專題技術(shù)分析會(huì)，從基礎(chǔ)理論到實(shí)際操作工況，進(jìn)行了多方位、多角度的詳細(xì)分析、實(shí)踐，為解決油漿結(jié)焦影響生產(chǎn)的問題，起到了決定性的作用?；仡檸讉€(gè)多月來的處理過程，對(duì)影響油漿結(jié)焦的因素，作出如下一些分析和初步結(jié)論:

2.1 油漿性質(zhì)

(1)我廠4×105t/y/年 FCCU是帶前置燒焦罐的高低并列式提升管催化裂化裝置，原料為常壓渣油，隨著常壓原油拔出率提高，做為催化原料的常渣性質(zhì)日益變重;參煉外購渣油量增加，使油漿性質(zhì)進(jìn)一步惡化，成份變得復(fù)雜多樣;分餾塔的產(chǎn)品拔出率要求越來越高，油漿系統(tǒng)結(jié)焦也越來越嚴(yán)重。這些影響到油漿系統(tǒng)正常運(yùn)行和分餾塔下段取熱，導(dǎo)致生產(chǎn)中需對(duì)油漿換熱器部分停用，進(jìn)行清洗處理，也嚴(yán)重影響到裝置的長周期運(yùn)行。原料和油漿的性質(zhì)見表1。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，原料的比重和殘?zhí)砍手鹉昙又刳厔?因?yàn)榇呋瘎┡軗p較大，密度因固含量升高而升高;由于原料變重，油漿中稠環(huán)化合物增加，粘度呈逐年遞增。所以，原料性質(zhì)惡化，油漿性質(zhì)必然相應(yīng)變差。

表1 原料和油漿性質(zhì)

(2)油漿性質(zhì)影響換熱器的結(jié)焦

從分餾塔底帶入油漿系統(tǒng)的焦粒，逐步地沉積在管線的底部和換熱器管程入口處，在換熱器內(nèi)所結(jié)的焦質(zhì)地較硬，管程入口處結(jié)焦較多，管箱中結(jié)焦厚度為150～300 mm，而后面的幾程相對(duì)來說，結(jié)焦較輕。這也是限制油漿循環(huán)量的一個(gè)因素。

油漿性質(zhì)劣化是換熱器結(jié)焦的直接原因，由于原料重、殘?zhí)扛吆头磻?yīng)深度過高，而油漿外排量或回?zé)捔坎粔颍蜐{中稠環(huán)芳烴含量越來越高，油漿物系相溶性變差，造成油漿性質(zhì)持續(xù)惡化，這些縮合物或沉積于換熱器中物流速度小的部位及死區(qū)或粘附于換熱面而富積。聚集的化合物達(dá)到某一極限時(shí)，稠環(huán)芳烴或其縮合物從油漿中析出，粘附于換熱面上，影響傳熱效果，可生成所謂的“軟焦”。油漿中的催化劑和稠環(huán)芳烴的吸附作用，“軟焦”客觀上起著“床”的作用。稠環(huán)芳烴“著床”后相互作用，生成更大分子的物質(zhì)。同時(shí)在外力作用下(溫度、流體狀態(tài)改變等)發(fā)生催化劑顆粒之間的相互碰撞，使得不同催化劑顆粒上的稠環(huán)芳烴發(fā)生締合或者縮合。如此作用將出現(xiàn)催化劑顆粒的聚集。聚集的催化劑顆粒再與其它顆粒聚集，形成由有機(jī)物和無機(jī)物組成的混合油垢，結(jié)成硬度不同的焦塊，即結(jié)焦。

H—204/1、2容易堵塞，由于油漿溫度降低，析出物較多，傳熱效率下降得也多，油漿溫度上升后，促進(jìn)了聚集物的縮合反應(yīng)，因而生成的軟焦較多。

2.2 分餾塔底溫度是一個(gè)重要工藝指標(biāo)

塔底溫度是許多因素綜合作用的結(jié)果。油漿性質(zhì)隨著原料殘?zhí)嫉淖兓头逐s塔底溫度的變化而變化.原料性質(zhì)較重時(shí)，油漿不能裂化的重組分含量較多，分餾塔底的熱負(fù)荷增加較大，當(dāng)超過油漿系統(tǒng)的取熱能力時(shí)，塔底溫度便開始上升，使油漿中的部分組分氣化到了回?zé)捰椭?，造成油漿濃縮變重，回?zé)捰鸵沧冎?同時(shí)，因塔底溫度較高，造成油漿中稠環(huán)芳烴的縮合反應(yīng)加劇。受到這兩個(gè)關(guān)鍵因素的共同作用，分餾塔底和油漿換熱器進(jìn)口等關(guān)鍵部位便開始結(jié)焦。因此在一定的原料性質(zhì)下必須制定一個(gè)與之相適應(yīng)的分餾塔底最高允許操作溫度。在油漿固含量相對(duì)穩(wěn)定的情況下，塔底溫度、油漿比重、原料殘?zhí)康膶?duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)見表2:

表2 溫度對(duì)油漿性質(zhì)的影響

從該表可知，隨著塔底控制溫度的升高，油漿性質(zhì)逐步加重，使稠環(huán)化合物增多，加劇熱縮合反應(yīng)活性，其反應(yīng)活性隨溫度的升高和時(shí)間的延長而加劇。導(dǎo)致油漿物系相容性變差，以致縮合產(chǎn)物能從油漿中析出來，沉積于換熱器中流速度小的部位及死區(qū)或粘附于換熱面而富積，結(jié)成“軟焦”。

檢修前，為了裝置片面追求收率，將分餾塔底溫度375～380℃，反應(yīng)溫度控制在一般在510～515℃，增加反應(yīng)深度，少排油漿的操作方法，增加回?zé)挶?，造成油漿性質(zhì)快速劣質(zhì)化。直接帶來了三方面的不利后果:一是油漿中重質(zhì)組分含量增加，造成油漿性質(zhì)惡化，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量大幅增加，結(jié)焦趨勢明顯;二是生焦產(chǎn)率增加，造成再生器超溫，外取熱器超負(fù)荷運(yùn)行，通過降加工量達(dá)到兩器熱量平衡;三是分餾塔底重組分上移，塔底液位降低，造成向分餾塔底補(bǔ)入少量冷新鮮原料的方法來降低塔底溫度，補(bǔ)充塔底液位，而補(bǔ)入渣油組分，如果其中的瀝青質(zhì)含量多，則是油漿換熱器結(jié)焦的主要因素。

2.3 油漿循環(huán)量的影響

(1)油漿系統(tǒng)循環(huán)中，上返塔主要起冷凝冷卻、沖洗催化劑的作用。上返塔量要給合適，如上返塔量偏小，一是改變上返塔量時(shí)塔底液位相應(yīng)變化明顯，二是油漿組分和催化劑粉末帶到分餾塔中部，組分分割不明顯，三是會(huì)造成油漿濃縮。上返塔量過大，一是將回?zé)捰徒M分冷凝到了油漿中，影響裝置收率;二是取熱量過大，造成分餾塔上部熱量不足，影響塔中部內(nèi)回流分布，產(chǎn)品質(zhì)量的調(diào)節(jié)和控制波動(dòng)大。從其作用來看，只要上返塔量能夠滿足這兩個(gè)要求即可，不需要將上返塔量提得過大。油漿下返塔是控制分餾塔底溫度的主要手段，只要分餾塔底溫度不超上限，不過低，溫度可控范圍大，使油漿下返塔量越大越好，降低油漿在塔底的停留時(shí)間，增大換熱器管道、管束內(nèi)線速度，越能防止結(jié)焦。

(2)根據(jù)換熱器介質(zhì)流速理論，管程介質(zhì)流速一般控制0.9～1.5 m/s。油漿換熱器介質(zhì)流速過低，造成反應(yīng)油氣攜帶的催化劑顆粒在系統(tǒng)內(nèi)沉積。保證換熱器內(nèi)介質(zhì)流速，可以有效地防止換熱器結(jié)焦。針對(duì)油漿蒸汽發(fā)生器易堵塞的情況，在取熱能力足夠大，三通閥調(diào)節(jié)余量很多，可采用了一用一備，此時(shí)油漿通過蒸汽發(fā)生器的線速比以前可提高一倍。管殼式換熱器中常用的流速范圍和不同流量對(duì)應(yīng)換熱器內(nèi)油漿線速，見表3和表4。

表3 管殼式換熱器中常用的流速范圍

表4 不同流量對(duì)應(yīng)換熱器內(nèi)線速

從表3、表4可以看出，催化油漿為易結(jié)垢液體，換熱器及蒸汽發(fā)生器的線速度均應(yīng)大于1.0 m/s，最佳線速對(duì)應(yīng)的流量應(yīng)該在100～120 t/h。H－204/1、2并運(yùn)時(shí)，線速降低幅度很大，這就要求定時(shí)活動(dòng)三通閥，使流量大幅度波動(dòng)，來影響換熱器內(nèi)結(jié)焦的形成;或采取一備一運(yùn)行。催化從開工至今，在2007年以前，油漿換熱器在總循環(huán)量小于等于80 t/h時(shí)，蒸汽發(fā)生器以堵塞停運(yùn)，油漿換熱器進(jìn)口浮頭結(jié)焦嚴(yán)重，這是由于較低的線速度導(dǎo)致了油漿在換熱器及蒸汽發(fā)生器上的結(jié)焦。

(3)油漿在分餾塔底的停留時(shí)間，以不大于5～6 min較為適宜。通過計(jì)算可得油漿在催化裂化裝置分餾塔底不同液面下，油漿循環(huán)量在110 t/h時(shí)的停留時(shí)間。見表5:

表5 塔底停留時(shí)間與液位的關(guān)系

從表5可以看出，裝置在油漿循環(huán)量正常的情況下，油漿在分餾塔底的停留時(shí)間，控制液面在30%～50%較合適。在運(yùn)行一個(gè)周期后檢修，發(fā)現(xiàn)分餾塔底結(jié)焦不是很嚴(yán)重，控制適當(dāng)?shù)乃滓好?，也可以避免油漿在高溫情況下因停留時(shí)間過長而發(fā)生結(jié)焦。

2.4 油漿固含量

油漿固體含量多少不是換熱器結(jié)焦的主要原因，結(jié)焦的形成，首先是油漿中有一些稠環(huán)化合物等縮合物，在一定的溫度的升高和時(shí)間下，生成“軟焦”?！败浗埂逼鹬按病钡淖饔茫?］，否則催化劑只是沉積下來，沒有條件和稠環(huán)芳烴等縮合物發(fā)生吸附作用，形成軟焦。

油漿中固含量高時(shí)，易在分餾塔底、換熱器流速度小的部位及死區(qū)沉積，形成大量軟焦，堵塞換熱器，影響到油漿循環(huán)量。因此，采用的主要辦法是:(1)加大油漿外甩量，將塔底的大量催化劑通過外甩的油漿方法排出去;(2)提高油漿回?zé)?、油漿循環(huán)量，油漿回?zé)捴匦麓蚧胤磻?yīng)器;(3)調(diào)整反應(yīng)器平穩(wěn)操作，減少反應(yīng)油氣中催化劑攜帶量。(4)向分餾塔內(nèi)補(bǔ)充原料，加大油漿外甩量。采用這些措施，減緩了油漿系統(tǒng)的結(jié)焦，但也帶來不利影響。一是為控制油漿固含量在一定范圍內(nèi)，需降低反應(yīng)溫度，或補(bǔ)充新鮮原料，造成損失加大，油漿產(chǎn)率較高，降低了輕油收率;二是增加了裝置能耗。

3 措施

根據(jù)上述分析，在目前原料性質(zhì)較差的情況下，根據(jù)催化裂化裝置油漿運(yùn)行的實(shí)際情況，防止油漿系統(tǒng)結(jié)焦、堵塞，保持長周期運(yùn)行，應(yīng)采取如下一些措施:

(1)嚴(yán)格控制分餾塔底溫度。從搶修后的長期觀察，在塔底溫度不高于360℃ 時(shí)，油漿換熱器沒有明顯結(jié)焦現(xiàn)象，分餾塔內(nèi)底部結(jié)焦少、無硬焦。運(yùn)行中如發(fā)生塔底溫度顯著升高時(shí)，應(yīng)降低原料殘?zhí)?、降低反?yīng)溫度、加大油漿外甩量，把塔底溫度控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，防止油漿組分因高溫聚合生焦。

(2)嚴(yán)格控制好一層塔盤下氣相溫度，控制回?zé)捰统槌鰷囟炔桓哂?40℃，改變油漿性質(zhì)，減輕結(jié)焦傾向。

(3)控制好油漿性質(zhì)。在油漿性質(zhì)變差，比重大于1.0時(shí)，增加油漿外甩兩量，減少油漿回?zé)捔浚敝劣蜐{性質(zhì)好轉(zhuǎn)。合理調(diào)整反應(yīng)器、分餾塔各段蒸汽用量。改善產(chǎn)品分布及油漿性質(zhì)，減少油漿系統(tǒng)結(jié)焦的可能性。

(4)控制好反應(yīng)溫度。反應(yīng)溫度過高，大于515℃時(shí)，油漿產(chǎn)率增加，性質(zhì)變重。

(5)控制好油漿循環(huán)量。油漿上返塔量應(yīng)控制在60 t/h以上，油漿下返塔量根據(jù)塔底溫度需要按最大控制，總循環(huán)量保持在100 t/h以上，確保油漿通過換熱系統(tǒng)的線速度在0.9 m/s以上，一是避免油漿在換熱過程中，由于油溫降低，粘度增大，停留時(shí)間長而結(jié)軟焦;二是能使油漿在分餾塔底保持較短的停留時(shí)間，同時(shí)維持較低的分餾塔液面，降低停留時(shí)間以避免油漿在高溫情況下結(jié)焦。

(6)與阻垢劑廠家聯(lián)系改進(jìn)阻垢劑配方，同時(shí)適當(dāng)增加阻垢劑用量。選用合適的油漿阻垢劑，選擇合適的注入點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際狀況，調(diào)整加入量，連續(xù)注入，提高防結(jié)焦能力，阻止油漿中不溶物在系統(tǒng)內(nèi)結(jié)焦。阻垢劑的性質(zhì)見表6:

表6 阻垢劑性質(zhì)

阻垢劑加入量為油漿中阻垢劑含量控制160～180 μm/g，加入處溫度控制在360℃ 以下，采用連續(xù)加入的方法。

4 效果

對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)整和適量加入阻垢劑，經(jīng)過近兩三年大檢修的觀察，對(duì)2007年前后做了以下對(duì)比，取得了明顯的效果:

4.1 分餾塔底結(jié)焦情況對(duì)比

從2008年和2009年的裝置大檢修來看，分餾塔內(nèi)人字擋板上的油漿回流分配槽上結(jié)焦減少，厚度約100 mm左右，結(jié)焦和前期相比變軟，且大部分是油漿循環(huán)洗下來催化劑粉塵。塔底部分結(jié)焦情況變化最明顯，從原來500～700 mm硬焦，到現(xiàn)在只有100 mm厚，且質(zhì)地較軟，總體積數(shù)減少。

4.2 油漿換熱器結(jié)焦情況對(duì)比

H－201/2、1油漿進(jìn)口處的管箱沉積的焦粒很少，幾乎沒有。管束被堵塞得較少，而前期近2/3不同程度被堵塞;在一個(gè)裝置運(yùn)行周期中，H－204/1、2兩臺(tái)并聯(lián)沒有發(fā)生堵塞停用現(xiàn)象，相比前期每隔三四個(gè)月就要降量切換處理一次，也取得較大變化。

4.3 油漿循環(huán)量增大

在裝置正常運(yùn)行時(shí)，油漿循環(huán)總量基本保持90～120 t/h，最大流量能達(dá)到160 t/h，操作靈活，可調(diào)范圍大，流量穩(wěn)定。

4.4 在渣油較重時(shí)，油漿的稠環(huán)芳烴多、粘度大，但只要工藝參數(shù)控制合適，適當(dāng)增加阻垢劑量，就能大大減輕油漿系統(tǒng)的結(jié)焦，確保裝置的長周期正常運(yùn)行。

［1］劉國祥，梁文堅(jiān).催化裂化油漿系統(tǒng)結(jié)垢研究 石油煉制與化工［J］.1999.30(6):61.

［2］徐惠.防止催化裂化分餾塔底結(jié)焦的新措施［J］.煉油設(shè)計(jì)，1999，12:20 －22.