重油催化裂化结焦原因及改进措施

张伟

（中国石油哈尔滨石化公司）

摘 要：本文主要以某商家生产的重油催化裂化装置作为主要论述对象，该设备的装置原料主要是以海洋重质环烷基渣油为主。相关人员在对重油进行加工的过程中，生焦量大概占据进料量的一小部分，并且会受到各种因素产生的影响，有时候所带带来的影响会给装置的顺利运作带来不利影响。基于此，从以下几个方面对重油催化裂化结焦的原因进行分析，并且依据多年经验提出恰当的处理手段，提供给相关人士，供以借鉴。

关键词：重油催化裂化；沉降器；雾化蒸汽；结焦；原因

某商家生产的重油催化裂化装置是在近几年开始使用的，反应器的安装是采取同轴的方式进行布置的，系统的总体高度大概为57m，并采取器内再生烧焦的形式。对于旋分器的出口来说，是不具有水平挡板的，沉降器的上面一般都会安有防焦蒸汽。提升管的整体长度大概为44m，设置适量的油喷嘴。在实际加工的时候，装置如果是在顺利生产的时候所生成的焦量通常是接近10%的进料量，会在某种程度上受到不同环境带来的影响，有时候还会出现焦块的情况，从而对设备带来严重的危害。

1 焦块的外观特性及产生方式

1.1 焦块的外观特性

根据焦块的外观特性，可把焦划分为软焦和硬焦两类。软焦表面为黑灰色，焦块松散，易粉碎，含有大量催化剂颗粒，焦块内部呈层状结构，含有空隙部分，焦的主体是催化剂颗粒。软焦多发生在沉降器内壁、旋风分离器外壁等油气流速较低或相对静止的区域。装置检修时，发现沉降器旋分料腿全部被焦包裹，直径增加了近2倍。结焦主要为软焦，软焦在没有空间约束的条件下，可以形成尺寸很大的焦块。若在结焦过程中，油气液滴的量逐渐增大并沉积，则软焦会趋于硬化。软焦的结焦量很大，也是危害最大的一种焦。

1.2 焦块的产生方式

根据焦的产生方式，可以划分为以下4类：（1）催化焦：烃类在催化剂活性中心上反应时生成的焦，其氢/碳质量比较低，约为0.4。（2）附加焦：原料中的生焦前身物（主要是胶质、沥青质等高沸点、稠环芳烃化合物）在催化剂表面或其他表面上脱氢缩合反应生成的焦。（3）可汽提焦：也称剂/油比焦，在汽提器内因汽提不完全而残留在催化剂上的重组分烃类生成的焦，其氢/碳比较高。可汽提焦的量与汽提器的汽提效率、催化剂的孔结构状况等因素有关。（4）污染焦：重金属沉积在催化剂的表面上，促进油气脱氢缩合反应而产生的焦。

重油催化裂化装置原料的掺渣比基本保持在70%以上，原料性质见表1。从原料性质可以看出，原料相对密度大，残炭值高达8%以上，胶质、沥青质均较高，芳烃达到了30%以上，是典型的海洋重质环烷基催化料。而胶质中的芳碳约85%～92%转化为焦炭，提升管内油剂混合温度在550℃以下，因此重油喷在催化剂表面时不能完全汽化，部分以液相形式存在，为结焦提供了前提条件，胶质和沥青是比重芳烃更重的馏分，含有5个以上芳环，属于稠环芳烃结构，在高温反应过程中主要是脱氢缩合反应生成焦炭，本装置结焦应以附加焦为主。

2 结焦产生的原因及改进措施

2.1严格控制喷油时机

以往催化裂化装置开工时，提升管喷油时机主要是以提升管反应温度为参照，即达到550℃时启动进油程序。此时容易出现提升管温度与沉降器温度不一致的情况，造成原料喷入后，催化剂热量被原料及雾化蒸汽吸收进入沉降器，致使沉降器温度降低，反應后油气中的重组分就会冷凝黏附在沉降器内结焦。经严格控制后，开工时催化剂循环流化，当达到喷油温度（550℃）时，尽量将温度维持一段时间后再喷油，确保整个系统温度恒定。从提升管开始喷油一直到正常进料量，始终保持出口温度高于正常生产时的温度。

2.2 提高雾化蒸汽品质

由于催化裂化是属于气固接触反应，这样就促使催化原料所具有的高沸点组分实现不了全部气化的目的，这种情况会在提升管上面出现“湿催化剂”的情况，逐渐发生结焦的情况。产生这种现象除了与喷嘴的种类及其安装方面的因素之外，还和雾化蒸汽质量有着密切的联系。相关人员在对装置改造的前期阶段，所选择的雾化蒸汽主要来源于1.0MPa低压蒸汽管网，而温度一般控制在大概215%的范围。因为在整个场子中所具有的低压蒸汽管网会频繁出现波动的情况，这样就不能确保雾化蒸汽压力。当经过改造完成以后，雾化蒸汽主要采取的是低压蒸汽，这样可以确保蒸汽压力实现稳定的性能，并且雾化蒸汽所产生的温度应当要比预热温度要高出10%左右，与此同时相关人员还应当将所得到的增气量提高到进料量相近8.5%的范围内。通过上面描述的进行调整以后，就可以清楚的看到提升管里面出现结焦的情况不多，较好的说明该方法可以有效的对发生结焦的情况起到遏制的作用。

2.3 缩短沉降器停留时间

油气与催化剂都已经离开提升管以后，再进入到相应的沉降器以后，油气倘若无法在第一时间引出有关反应终止以后，其在沉降器里面处于停留的状态会不间断初选热裂化反应，与此同时油气停留的时间较长的话，那么会致使重油液滴黏壁出现较大的概率，从而产生结焦的概率就会增加。当前，在该装置中，是在操作的时候加以控制，并依据气压计所产生负荷的状况最大程度避免出现过大的反应压力，确保反应系统所产生的差压保持在40～45kPa的范围内即可。下一步主要采取国内外新型技术从而尽可能减少停留时间，避免结焦情况的出现。

2.4 其他改进措施

相关人员应当将沉降器防焦蒸汽量都是从以往设计的800kg/h逐渐转变成1000kg/h，与此同时将防焦蒸汽温度加以提升，减少流量过小而致使蒸汽喷嘴出现堵塞的情况，及其蒸汽和油气之间所产生的温差情况，减少出现油气冷凝的情况。这时候相关人员还应当采取干气亦或是蒸汽混合预提升手段，能够在相关高活性分子筛上得到反应，避免减少焦炭及其干气产生的效率，提高目的产品质量，与此同时相关的镍等金属还起到了钝化的作用。

结束语

总而言之，对于催化裂化装置来说，产生结焦的因素存在诸多种，利用对某公司生产出来的0.8Mt/a重油催化裂化装置所出现的结焦情况进行了研究，并找出了问题所在，从而采取恰当的方式进行了处理。主要采取了诸多处理手段，例如稳定操作、提高防焦蒸汽量质量等。当采取以上措施以后，经过一段时间的运作，沉降器出现结焦的次数明显降低，较好的说明了以上这些措施都能够在某种程度上抑制沉降器出现结焦的概率。

参考文献

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