浅谈重油催化裂化装置沉降器结焦的原因及防治措施

[摘 要]随着原油越来越重，重油催化裂化（RFCC）已成为我国加工渣油的主要手段。由于渣油具有较大的结焦倾向，我国多数炼厂催化裂化装置都发生过严重的结焦，甚至会引起催化剂循环中断，而被迫停工处理，影响了装置的长周期运行。本文主要通过对沉降器结焦的原理及影响因素的分析，探讨了沉降器结焦的主要防治和改进措施。

[关键词]重油催化裂化；沉降器；结焦；防治措施

中图分类号：TE624.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0017-01

我国重油催化裂化技术自20世纪80年代以来得到了迅速发展[1]。重油催化裂化（RFCC）作为我国加工渣油的主要技术手段，大大提高了重油催化裂化的处理能力、降低了成本。重油催化裂化已经成为我国加工直馏馏分油、常压渣油、减压渣油、回炼油的重要手段。

随着催化裂化原料的重质化，沉降器内油气结焦问题已成为影响了装置的长周期运行的主要障碍之一。结焦形态主要有4种，丝状焦、滴状焦、块状焦和颗粒状焦。催化裂化装置沉降器内的结焦一般都是上述几种结焦过程的组合，是催化结焦和非催化结焦过程共同作用的结果。

在工业生产中，影响沉降器结焦的主要因素有如下几种：

（1）原料性质的影响

原料越重或原料中重组分含量越高，其中的稠环芳烃、胶质、沥青质含量越高，不但造成原料进入提升管内汽化率降低，湿催化剂含量增多，而且反应产物中重组分的含量也同时增多，在生产上表现出回炼油和油浆的产率增加。反应油气中稠环芳烃、胶质及沥青质等重组分的含量越高，其油气分压也相应增大，如果油气温度低于其重组分油气分压下的露点温度时，油气重组分就会凝析出来。油浆在沉降器内是以气液两相形式存在，在沉降器内粘附在设备表面上结焦。

（2）进料气化效果的影响

进料汽化率是指进料进入提升管与催化剂接触后由液相变成汽相的能力，汽化率越高表明进料的汽化效果越好，残留在催化剂上液相油越少，产生的湿催化剂越少，反应深度越好。进料汽化率与反应温度、原料性质、喷嘴的雾化效果及剂油比等因素有关。再生催化剂进提升管后靠蒸汽和原料的气化加速，山于催化剂初始线速低，加速^程中极易出现返混现象，部分新鲜原料所接触的催化剂不完全是新鲜的再生剂，还会有已结结焦的多少已被冷却的返混催化刑，从而导致这部分进料不能很好地气化，并以未气化原料焦的形式存在，使焦产率增加。喷嘴雾化效果差，以及剂油比过小，都不能使原料迅速气化，而以液相附在催化剂的表而上，造成未气化原料生成焦炭。

（3）油气停留时间的影响

沉降器内油气停留时间是指反应油气进入顶旋前在沉降器内部空间的停留时间。在这段时间里油气与沉降器内设备表面充分的接触，为湿催化剂的粘附和高沸点组分的冷凝提供有利的条件。这也是沉降器内结焦的原因之一]。沉降器内部空间大，停留时间就长；油气分压大，停留时间长；提升管出口快分离顶旋远，油气停留时间就长。在沉降器的油气中心处，油气流动处于湍流状态，流动速度快，停留时间较短；而在沉降器内壁附近，流动速度慢，停留时间长。由于重油催化沉降器内的油气中含有湿催化剂和液相油浆组分，油气在沉降器内长时间停留，这些湿催化剂和液相油浆极易粘附在沉降器内的设备器壁上结焦，而且处于汽相的高沸点组分也容易在设备表面冷凝发生缩合结焦。

（4）反应操作波动的影响

操作波动对反应器的压力、温度和物料的平衡影响较大，对喷嘴的雾化效果影响也较为明显。反应温度波动直接影响原料与催化剂的接触，造成雾化不良与反应不均匀。例如，事故状态下装置切断进料，操作人员在一定的响应时间后才关闭喷嘴前器壁手阀，这就造成残存在管线内的原料油会进入提升管，这部分未经裂化的原料油，进入相对较冷的沉降器后易黏附至器壁或死区形成焦块。

通过对沉降器结焦机理的研究和工业实践，目前常用的防止结焦的措施主要有以下几种：

（1）平稳操作

保证装置稳定生产，避免大幅度的波动，维持反应温度480―510℃之间，保持原料预热温度200℃以上，增大剂油比，以及控制好二次反应。根据催化裂化原料性质、产品要求和催化剂特性，控制适量的反应深度，在合适的反应压力、温度和剂油比条件下平稳操作，严格执行开（停）工程序和步骤，避免在小剂油比工况下操作，避免出现未气化油和“湿”催化剂是抑制和减缓沉降器结焦的有效手段。

（2）改善催化剂气提效果

待生催化剂汽提是一个物理过程，但催化剂上重油组分必须经过一系列的化学反应后才能被汽提出来。通过提高汽提段的操作温度，使重质烃反应完全，可以消除沉降器结焦的内在因素。催化剂孔隙内吸附的油气缩合度已经很高，提高汽提温度将使这部分油气进一步缩合为氢含量更低的焦炭。

（3）优化催化进料方式

回炼油与新鲜原料分层单独进料设计不合理导致提升管结焦现象并不罕见，回炼油与催化剂接触后油滴黏附在催化剂表面是导致结焦的主要原因。采用回炼油与原料油混合进料方式，既可以降低混合进料油黏度，又可以提高混合进料油气化率，从而改善喷嘴雾化效果。

（4）设备改进

从设备的设计上着手在一定程度上能够从根本上解决问题。如采用高效的雾化喷嘴能够有效地防止喷嘴上方的结焦，合理的沉降器设计可以有效地减少反应油气的流动死区，减少沉降器内的结焦；高效的快分旋分器，能够有快速高效率地分离油气与催化剂分离减少二次反应，减少油气的停留时间可以起到很好的防焦作用等。

（5）钝化重金属降低污染焦

提升管底部轻烃预提升在重油催化裂化技术中，当高温低含碳的再生剂从再生器进人提升管底部时，先与轻烃接触，可以钝化催化剂的重金属，而且有利于加快催化剂在提升管内的输送速度，防止催化剂返混，利于减少生焦。目前国内生产MP25和LMP-1两种锑钝化剂在各厂使用都收到了良好的效果，降低了生焦量和氢气与甲烷比。使用经验表明：使用锑钝化剂时，最好选用高铝高稀土含量的催化剂。在补充的新鲜剂中掺人脱金属平衡剂分散污染物，可减缓平衡剂的污染程度。目前国内催化剂脱金属工艺尚未工业化，因此可采用新鲜剂掺人污染程度小的平衡剂的方法，来分散原料带入的污染金属，以减少污染程度。生产中可外购或保存一些因活性不能满足要求而卸出的含污染金属少的催化剂，待加工重金属含量高的原料时，和新鲜剂混合使用。

催化裂化装置特别是重油催化裂化装置沉降器系统结焦有其客观不可避免性，但通过采取有效措施可以控制、减轻结焦趋势或减缓结焦速度，从工程设计和生产管理以及公用工程保障等多方面采取有效措施，可最大限度减缓结焦，避免结焦造成装置非计划停工的危害，延长催化裂化装置开工周期，增加企业经济效益。

参考文献

[1] 中国石化总公司催化裂化装置长周期运行调查组.催化裂化装置长周期运行的调查[J].炼油设计，1998，28（2）：6-13.

[2] 高生等.催化裂化装置防焦技术研究[J].当代化工，2009，38（4）：345-351

[3] 夏树海等.催化裂化反应系统结焦原因与防焦措施探讨[J].广州化工，2011，39（5）：150-152

[4] 刘晓欣.重油催化裂化的生焦因素及降低生焦率措施[J].炼油设计，1994，24（2）：22-31.