李戈 梁曉玲 楊振東(呼和浩特石化公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070)
呼和浩特石化公司280萬噸/年催化裂化裝置反再兩器采用同高并列式布置形式,反應(yīng)部分采用石油化工科學(xué)研究院MIP工藝技術(shù),以滿足催化生產(chǎn)高辛烷值低烯烴汽油組分的要求,再生部分采用LPEC開放的燒焦罐高效再生技術(shù),最大限度的恢復(fù)和保護(hù)催化劑活性,為進(jìn)一步優(yōu)化MIP的產(chǎn)品收率和質(zhì)量創(chuàng)造條件。該裝置2012年10月建成,開工投產(chǎn)以來,經(jīng)歷了多次異常狀態(tài),導(dǎo)致切進(jìn)料,放火炬,在2014年7月15日,突然發(fā)現(xiàn)待生線路不暢,待生滑閥壓降突然變小,汽提段藏量上升速度較快,反應(yīng)溫度下降較快,在經(jīng)歷多次調(diào)整后發(fā)現(xiàn)問題不能解決,于是進(jìn)行停工處理,在檢查過程中發(fā)現(xiàn)主要是由于反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)焦嚴(yán)重,造成焦塊脫落,堵塞待生線路,導(dǎo)致催化劑流化異常,致使裝置停工。
重油催化裂化原料主要為渣油,渣油的組成重,相對分子質(zhì)量大,經(jīng)噴嘴霧化后,在提升管底部與高溫再生催化劑接觸,部分重組分未氣化溫以小液滴形式存在。未氣化的小液滴直徑比催化劑孔徑大,不能進(jìn)入催化劑內(nèi)部進(jìn)行催化裂化反應(yīng),會在500℃以上的高溫下發(fā)生熱裂化反應(yīng)。熱裂化反應(yīng)使大分子烴類裂解成小分子烴類,在熱裂化反應(yīng)產(chǎn)物中含有烯烴和二烯烴。因此催化裂化反應(yīng)后的油氣中含有重芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、烯烴及二烯烴、飽和烴、輕芳烴等組分。飽和烴和輕芳烴一般經(jīng)過催化裂化反應(yīng)后生成小分子且不含芳環(huán)結(jié)構(gòu)隨油氣帶出因而生成焦炭的可能性較小。
1.1 重芳烴含有三個以上的芳環(huán),芳環(huán)在高溫下很難被斷開,側(cè)鏈斷裂后,脫氫生成稠環(huán)結(jié)構(gòu),縮合成焦炭。、
1.2 膠質(zhì)、瀝青質(zhì)是比重芳烴更重的餾分,含有五個以上芳環(huán),在熱轉(zhuǎn)化過程主要是縮合生成焦炭。
1.3 二烯烴非?;顫?,很容易發(fā)生聚合反應(yīng),二烯烴經(jīng)聚合和環(huán)化后,生成稠環(huán)芳烴,生成焦炭。
1.4 對于摻煉油漿和回?zé)捰偷拇呋鸦b置,其含有的重芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)經(jīng)過催化裂化反應(yīng)后,其性質(zhì)與渣油中的重芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)有所不同,在催化裂化反應(yīng)時其易裂解的側(cè)鏈已經(jīng)斷裂,組分較輕而芳香度更高,失去側(cè)鏈后的稠環(huán)芳烴更容易發(fā)生脫氫縮合反應(yīng)生成焦炭[]。
2.1 造成該部位結(jié)焦的可能原因
2.1.1 噴嘴選型不合理,霧化效果不良。
2.1.2 提升管進(jìn)料段劑油接觸效果差。
2.1.3 正常生產(chǎn)時,劑油比偏小,進(jìn)料性質(zhì)變重或進(jìn)料量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值
2.1.4 進(jìn)料溫度過低,部分重油未汽化
2.1.5 在進(jìn)料段,催化劑密度偏大或偏小。因催化劑滑落,返混嚴(yán)重,促使液焦增多,增大結(jié)焦傾向。
2.2 重油催化裂化裝置防止進(jìn)料噴嘴處結(jié)焦的方法
2.2.1 應(yīng)根據(jù)裝置進(jìn)料性質(zhì)和進(jìn)料量選擇適宜的進(jìn)料噴嘴
影響催化裂化原料霧化效果的主要因素有:①原料的進(jìn)料性質(zhì)。在其他相同條件下,原料霧滴的粒徑隨進(jìn)料的粘度和表面阻力的增大而增大,隨其密度的增大而變小[]。②原料噴嘴的結(jié)構(gòu)。優(yōu)異性能的噴嘴能使進(jìn)料霧滴平均粒徑接近催化劑的平均粒徑,并且空間分布均勻、運(yùn)動速度適宜。在保證良好的劑油接觸的同時又會使催化劑大量破碎跑損。③原料霧化蒸汽量。噴嘴汽液比越大,原料霧化效果越好。但汽液比太大,會限制處理量,從而增大了生產(chǎn)成本。
所以,①原料的進(jìn)料噴嘴應(yīng)選型合理并且具要有一定的操作彈性,進(jìn)料量應(yīng)與進(jìn)料噴組工況相匹配。進(jìn)料量太大,汽液比就會受到制約;進(jìn)料量太小,進(jìn)料段催化劑存在“邊壁“效應(yīng),劑油接觸不好,會造成進(jìn)料段結(jié)焦。②進(jìn)料噴嘴應(yīng)采用耐磨材質(zhì),尤其是線速高易沖刷的部位,保證噴嘴內(nèi)部不堵塞,選擇適宜的噴射角度,以確保原料的霧化質(zhì)量。
2.2.2 各噴嘴油、汽量要相對均勻,不能偏流
目前新建催化多采用多噴嘴進(jìn)料,使每路進(jìn)料都設(shè)有流量控制閥,每個噴嘴進(jìn)料及其霧化蒸汽都有流量指示。隨著摻渣率的提高,應(yīng)增大原料霧化蒸汽流量,可提高原料霧化效果,并可降低沉降器內(nèi)油氣分壓,控制重質(zhì)烴類的縮合生焦。
2.2.3 控制適宜的反應(yīng)操作條件
2.2.3.1 控制適宜的劑油比
提高摻渣率,應(yīng)相應(yīng)提高劑油比,以提供重油汽化率,并提高重油的裂化能力。
2.2.3.2 控制適宜的進(jìn)料溫度
控制原料預(yù)熱溫度>185℃,使原料油在進(jìn)料溫度下的粘度≤4cm3/s。進(jìn)料溫度太低使原料粘度增大、霧化效果差,致使液焦增多。
2.2.3.3 控制適宜的摻渣率和油漿回?zé)捔?/p>
油漿中含有較多的稠環(huán)芳烴,油漿回?zé)捔窟^大,會增大反應(yīng)生焦慮(尤其是液焦的生成)。因此,應(yīng)根據(jù)油漿密度和固體含量,適當(dāng)控制油漿回?zé)捔亢屯馑α?。一般摻渣率越高、原料性質(zhì)越差,應(yīng)適當(dāng)增大油漿外甩量而相應(yīng)降低油漿回?zé)捔俊?/p>
2.2.3.4 控制適宜的反應(yīng)溫度
對于常規(guī)重油催化裂化裝置,反應(yīng)溫度不應(yīng)低于490℃。隨著摻渣率的提高或原料變重,相應(yīng)提高反應(yīng)溫度。
2.2.3.5 進(jìn)料霧化蒸汽一般按總進(jìn)料的4%-9%控制,當(dāng)進(jìn)料量低于設(shè)計(jì)值時應(yīng)適當(dāng)加大霧化蒸汽流量[]。
2.2.4 優(yōu)化提升管反應(yīng)器的設(shè)計(jì)
2.2.4.1 預(yù)提升段采用分布均勻的分布器、適宜的提升高度。預(yù)提升段一般不低于5m或預(yù)提升段長徑比≥4.5。
2.2.4.2 提升管反應(yīng)器采用抗滑落設(shè)計(jì),減少催化劑的返混,使霧化油滴與穩(wěn)定的催化劑密度分布相適應(yīng),形成良好的反應(yīng)環(huán)境,使噴嘴始終處于最佳工況。
沉降器結(jié)焦多集中在旋分器吊架支梁和集氣室內(nèi)。危害是對于沉降器汽提段采用水平格柵的裝置,由于上部焦塊脫落會堵塞格柵,影響催化劑正常循環(huán),甚至中斷循環(huán);而集氣室內(nèi)結(jié)焦可能會因焦塊掉進(jìn)旋分器內(nèi)堵塞料腿或卡住翼閥造成催化劑大量跑損。
沉降器結(jié)焦無論是硬焦還是軟焦,大部分是催化劑細(xì)粉,除去催化劑后,焦中含氫量約3%-5%。說明生焦是由于高沸點(diǎn)大分子稠環(huán)芳烴縮合和熱烈化反應(yīng)的結(jié)果[]。
減輕沉降器結(jié)焦?fàn)顩r,除了改善提升管反應(yīng)器運(yùn)行工況減少液焦生成外,還應(yīng)做到:
3.1 加強(qiáng)沉降器及集氣室的保溫,減少裂化油氣在沉降器內(nèi)的溫度。
3.2 縮短催化裂化油氣在沉降器內(nèi)的停留時間。
目前重油催化裂化裝置采用提升管出口為粗旋快分、粗旋升氣管與頂旋入口軟連接等技術(shù)來快速分離油氣和催化劑以縮短停留時間。
3.3 改外集氣室,避免集氣室內(nèi)的焦塊掉進(jìn)旋分器
沉降器頂旋結(jié)焦集中在升氣管外壁和料腿翼閥,造成料腿堵塞或者翼閥閥板卡住失靈,導(dǎo)致催化劑大量跑損。
對于采用VQS或VSS的重油催化裂化裝置,由于正常生產(chǎn)時封閉罩內(nèi)外溫差大,一旦切斷反應(yīng)進(jìn)料,催化劑循環(huán)量小,極易使液焦在頂旋料腿翼閥凝結(jié),升氣管外壁的焦塊也容易脫落堵塞料腿、翼閥。所以,催化裂化裝置在切斷進(jìn)料后,應(yīng)迅速關(guān)閉進(jìn)料噴嘴前手閥,防止油品串進(jìn)反應(yīng)器;盡量維持反再兩器催化劑循環(huán),必要時可提升沉降器催化劑料位掩蓋住頂旋料腿翼閥,避免該部位結(jié)焦[]。
[1]梁鳳印.流化催化裂化[M].北京:中國石化出版社,2005.
[2]馬伯文.催化裂化裝置技術(shù)問答[M].北京:中國石化出版社,2003.
[3]陳俊武等.催化裂化工藝與工程[M].北京:中國石化出版社,2005.
[4]林世雄.石油煉制工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.
[5]羅強(qiáng),趙鵬宇,高生.催化裂化沉降器結(jié)焦的原因及對策[J].煉油技術(shù)與工程,2003,33(6):1-6.