王蓬勃

摘 要：随着原料的重质化、劣质化，催化裂化装置和管线结焦已成为制约催化装置长周期平稳运转的重要因素之一，更重要的是这种产生在设备上的焦块会给装置的安全生产带来严重的隐患。由于结焦而导致的非计划停工给炼厂也带来巨大的经济损失，因此，抑制或减少设备和管线的结焦已成为重油催化裂化装置十分迫切的技术要求。本文对胜利石化总厂600kt/a重油催化裂化装置的操作状况和设备结焦原因进行分析，针对装置操作现状提出抑制或减少设备结焦的措施。

关键词：重油催化裂化装置;设备结焦;技术要求;措施

1原料性质和主要操作条件

1.1 典型原料的性质和组成

胜利石化总厂主要加工中间基胜利原油，原油性质较差。重油催化裂化装置的原料主要为常压渣油，其中大于500℃的减压渣油馏分占62.0%。由于催化裂化原料的密度大、馏分重、残炭和重金属含量高、饱和分含量低而胶质和沥青质含量高。因此，该常压渣油的裂化性能较差，裂化后焦炭产率高，这将使设备更易结焦，从而对生产产生不利影响。

1.2 主要操作条件和产物分布

胜利石化总厂催化裂化装置的主要操作条件见表1。产物中裂化气、汽油、轻柴油、油浆和焦炭含量分别为14.54%，40.25%，29.17%，6.10%，8.93%。

2结焦物分析

2.1 结焦物的组成

胜利石化总厂重油催化裂化装置的结焦主要发生在提升管喷嘴上方区域、沉降器顶部、转油线和分馏塔入口等部位。其中，提升管喷嘴上方区域和转油线的焦块质地坚硬。对各部位的结焦物进行分析。其中，采用元素分析仪测定碳、氢、氮的含量，采用管式炉法测定硫含量，灰分经由马弗炉高温灼烧（900℃下3h）得到。从分析结果可知，结焦物中灰分含量较高，不同部位的结焦物其灰分含量不同，大致为30%～70%，其他主要为碳、氢、氮和硫等元素，这些元素都是催化裂化原料本身所含的元素，其中含量最多的是碳，若扣除灰分，纯焦的碳含量均在93%以上。因此，结焦物的氢碳质量比很低，为0.027～0.050，这说明焦的缩合程度很高，是一种高度碳化的焦炭。

2.2 结焦物中的灰分

将各部位结焦物的灰分和平衡催化剂用D/max-ⅢA型X-衍射仪进行晶相分析。结果表明，灰分中主要组分的晶相特征峰与平衡催化剂的晶相特征峰一样，为分子筛和Al2O3晶相，其他则为各种金属或金属氧化物晶相特征峰，这是由催化原料中的金属转移到结焦物中所致。

3结焦原因分析及抑制措施

3.1 提升管喷嘴上方区域

从提升管喷嘴上方区域处结焦物的组成来看，灰分占63.16%，其中大部分是催化剂组分，因此，催化剂在提升管喷嘴上方区域的流动状况好坏是该区域结焦的重要原因。从结焦物中含有大量的催化剂可以判断出焦炭的前身物应具有很强的粘附性，能粘住催化剂颗粒。因此，焦炭的前身物应是没有完全汽化的液相组分，而且它能够穿透快速上升的催化剂层最终在对面的管壁上结焦。即提升管喷嘴上方区域所结焦炭大部分应是由未能汽化的原料重组分缩合而成的，小部分可能是由反应产物在该区域继续缩合反应而成的。根据以上分析，抑制或减少提升管进料喷嘴上方区域结焦的关键在于提高催化裂化进料的汽化率和改善催化剂的流动状况，以保证催化剂有合适的预提升线速和密度。针对装置的操作状况，可以从以下几个方面进行改进：

（1）提高雾化蒸汽量和过热程度。提高雾化蒸汽量可以降低油气分压，明显改善原料的雾化效果和汽化率，这既能改善反应和产物分布，又能减少设备的结焦程度。

（2）适当降低二再的温度以提高剂油比。虽然高再生温度有利于提高烧焦效果和再生剂的微反活性，但对于重油催化裂化，再生剂温度过高，则使剂油比偏小，不利于原料的汽化。根据热平衡计算，装置的剂油比为5.81，对于重油催化裂化，剂油比偏低。因此，在保证再生剂含碳量为0.04%～0.10%的前提下，应适当降低二再温度，提高剂油比。

（3）改善进料性质和提高原料预热温度。对于具体的催化裂化装置来说，催化裂化原料的组成是相对固定的，因此，可以采用乳化进料技术。利用重油乳化燃烧过程中的“微爆”理论，在催化进料中加入一定比例的水和乳化剂，在乳化剂和剪切力的作用下，水以1～5μm液滴的形式均匀地分散在油中，形成稳定的油包水型乳状液，通过爆破雾化方式，提高进料的雾化效果和汽化率。

（4）保持适宜的催化剂预提升线速和密度。在进料喷嘴下面设置合适高度的预提升段，以加速并整流热催化劑，减少回流，强化对进料油的传热，改善初始反应，减少管壁结焦和催化剂上的生焦。

3.2 转油线

转油线结焦物主要分布在沉降器顶管线、油气线向下直拐的部位及进分馏塔口四周。流经转油线的介质是催化裂化反应后的高温气体和少量未被旋分器分离的固体催化剂粉末。其中，高温油气中除了裂化气、汽油和柴油等轻质组分外，还有相当一部分富含重芳烃、胶质及沥青质的回炼油和油浆，而且回炼油和油浆中的重组分在性质上与催化裂化原料中的胶质、沥青质差别很大。这是因为催化裂化原料中的重组分经过反应以后，容易裂解的侧链和桥

链已经断裂，反应产物中的重芳烃、胶质及沥青质较轻而芳香度更高，失去侧链的稠环芳烃更容易发生脱氢缩合反应生成焦炭。由转油线结焦物的组成可知，以催化剂为主的灰分含量在30%～50%，因此可以推断出转油线焦的前身物同样也具有粘附性。目前，还没有很好的预防措施抑制和减少转油线部位的结焦，各炼厂主要是以加强大油气管线和管线进分馏塔处法兰的保温为主，目的是减小温降，防止重组分冷凝。

4结束语

抑制或减少提升管进料喷嘴上方区域结焦的关键在于提高催化裂化进料的汽化率和改善催化剂的流动状况，保证催化剂有合适的预提升线速和密度;对于沉降器顶部和转油线部位，减少结焦的关键在于防止油气中易结焦组分的冷凝和缩短反应油气在这些部位的停留时间。对于重油催化裂化，由于原料难于全部汽化以及热裂化反应的存在，结焦难于避免。但通过优化工艺操作条件并采取科学的预防措施，可以减少装置各部位的结焦，从而延长开工周期。

参考文献：

[1]潘罗其，聂白球.降低重油催化裂化装置软焦生成的应对措施[J].中外能源，2018，23（6）.