摘要：隨著原油價格上漲，原油重質(zhì)化和劣質(zhì)化是各煉油企業(yè)實現(xiàn)效益最大化的有效方法，由此帶來了催化裂化裝置結焦問題，目前重油催化裂化裝置不可避免的存在結焦問題。催化裂化結焦主要是由于原料性質(zhì)變重后，原料噴嘴的霧化效果差，原料油在催化劑上不能完全汽化而產(chǎn)生濕催化劑，這些濕催化劑粘附結焦是引起提升管及沉降器內(nèi)結焦的主要原因，而油氣中重組分油氣遇冷凝結，粘附在器壁上，長時間高溫條件下發(fā)生縮合反應生成焦塊，則是油氣大管結焦的主要原因。

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關鍵詞：催化裂化；結焦；分析

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1 前言

催化裂化裝置是煉油企業(yè)的核心裝置，也是影響煉油企業(yè)效益的重要裝置，如何減少催化裂化裝置結焦延長裝置運行周期，已成為各煉油企業(yè)實現(xiàn)效益最大化的重要手段。湛江東興1^#催化裂化裝置經(jīng)過數(shù)次改造，由蠟油催化裂化改為重油催化裂化，2005年由洛陽設計院對催化裝置進行擴能改造后，處理量提高至50萬噸/年，設計減渣摻煉比例40%。隨著裝置摻渣量的提高，結焦已成為影響裝置長周期運行的重要因素，特別是沉降器的結焦長期威脅著裝置的安全平穩(wěn)運行。1^#催化裂化裝置于05年3月16日一次性噴油成功后，由于摻渣量大，裝置結焦較為嚴重，見表一。2007年3月14日按計劃進行檢修，停工打開沉降器清焦時發(fā)現(xiàn)，裝置結焦嚴重，清出的焦炭共約50噸，見圖一。目前1^#催化裝置沉降器內(nèi)部結焦也較為嚴重，本周期運行過程中曾兩次出現(xiàn)焦塊脫落，造成催化劑循環(huán)困難現(xiàn)象。本文通過分析結焦的原理及部位，結焦的原因，采取相應的防范措施，避免在生產(chǎn)過程中提升管、沉降器、油氣大管、分餾塔底及油漿換熱系統(tǒng)結焦，確保裝置安穩(wěn)長周期運行。

圖一：2007年3月檢修時，由沉降器清出的焦塊

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表一：沉降器至氣壓機入口壓力實測數(shù)據(jù)

2 催化裂化裝置結焦原理

一般來說結焦的過程可以分為兩種，一種為催化裂化反應結焦，催化裂化反應是一個重油脫碳的過程，由低氫碳比的重質(zhì)油生產(chǎn)高氫碳比的輕質(zhì)油的過程，因此必然生成一些焦炭，一些易生焦物(烯烴、芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì))在高溫下具有很強的結焦傾向，通過脫氫縮合反應，以催化劑顆粒為結焦中心逐漸長大，最后生成焦。另一種結焦則由高沸點的未汽化的重油粘附在催化劑或設備的表面，形成內(nèi)壁的結焦。結焦的過程可分為粘附、固化和增長3個階段。重組分油氣以液滴的形態(tài)存在，這些液滴在運動中黏附在器壁上，或黏附在催化劑顆粒上再沉積到器壁上，然后在一定的溫度和時間條件下發(fā)生結焦反應固化，并逐漸累積增長形成焦塊。

3 催化裂化裝置結焦情況及原因??

1^#催化裂化裝置摻煉減壓渣油后，兩次檢修發(fā)現(xiàn)結焦主要發(fā)生以下幾個部位：

3.1 提升管上部

提升管噴嘴上部結焦一般分布在噴嘴正上方的提升管內(nèi)壁上。一般焦塊外面為油焦、內(nèi)部為硬質(zhì)焦，這些焦塊催化劑含量較高，一般為灰黑色。提升管內(nèi)壁噴嘴上方結焦初期對生產(chǎn)基本沒有影響。不過隨著焦層增厚，提升管內(nèi)徑縮小，內(nèi)部有效流通面積減少、流通量降低，催化劑循環(huán)量減少，導致提升管壓降升高，反應溫度無法維持。此部分焦塊形成的可能原因有：①原料性質(zhì)過重；②混合進料溫度低，原料霧化效果差；③原料噴嘴霧化效果差。

3.2 沉降器內(nèi)壁及沉降器內(nèi)部構件

沉降器內(nèi)壁及沉降器內(nèi)部構件結焦最為嚴重，且對裝置的安全運行危害最大，焦層厚度可達30cm，在沉降器內(nèi)部凡是能夠掛焦的地方均結滿焦塊，焦塊質(zhì)地較硬，難以清除。沉降器內(nèi)壁和沉降器內(nèi)壁構件上的焦塊在正常生產(chǎn)時對生產(chǎn)沒有影響。但如果生產(chǎn)出現(xiàn)波動，特別是沉降器內(nèi)部發(fā)生較大的溫差變化（如反應溫度大幅波動），附著在沉降器內(nèi)壁和構件上的焦塊可能會斷裂、脫落到沉降器汽提段上，進入汽提段底部，堵塞待生斜管入口或者卡在待生滑閥上端，導致待生催化劑循環(huán)量下降或中斷。情況較輕時可降量維持生產(chǎn)、情況較重時則需切斷進料。沉降器結焦是一系列物理變化和化學變化共同作用的結果，沉降器內(nèi)結焦的形成物理原因是：原料汽化不完全而產(chǎn)生的“濕催化劑”和反應后重組分的冷凝是沉降器結焦的物理原因；稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的高溫縮合和油氣中烯烴、二烯烴的聚合、環(huán)化反應是沉降器結焦的化學因素。

3.3 油氣大管結焦

沉降器旋風分離器出口到分餾塔入口的油氣管線上結焦基本為黑亮硬焦、層狀分布，焦塊厚度隨開工時間延長而增厚，但當焦層結到一定厚度后，因有效流通面積減少，油氣流速增加，焦塊厚度不再增加。油氣大管如果結焦較為嚴重，系統(tǒng)壓降上升，氣壓機入口壓力降低，能耗增加，且不利于氣壓機的安全運行。油氣大管結焦主要與保溫效果有關，當反應油氣經(jīng)旋分離器分離催化劑后，反應產(chǎn)物中的重芳烴或原料中未被催化劑吸附的高分子、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，碰到氣流速度較低的區(qū)域表面或冷壁面后，高沸點組分遇冷凝結、從油氣中析出，粘附在器壁上，在長時間高溫作用下，進行熱分解縮合等化學反應而最終變?yōu)榻固俊?