催化裂化沉降器结焦原因分析及改进

催化裂化沉降器结焦原因分析及改进

黄继超

中国石化九江石化公司 江西九江 332004

摘要：通过对某石化公司两套催化裂化装置的对比研究，在沉降器结构、原料组成、反应操作等方面研究对催化裂化沉降器结焦的影响，明确影响催化裂化沉降器结焦速率的主要因素，并制定相应措施减缓沉降器结焦速率。

关键词：催化裂化 沉降器 结焦 旋风分离器

重油催化裂化装置提升管、沉降器随装置运行均存在结焦问题，沉降器结焦尤为严重。沉降器结焦后，运行过程中可能因焦块断裂掉落而堵塞滑阀及旋风分离器，造成装置非计划停工^[1]。某石化公司催化裂化装置在2020年2月检修期间发现沉降器严重结焦，内壁及集气室均有大量结焦，清理焦块约200吨，通过对沉降器内构件参数尺寸核对，发现问题并进行处理，找出结焦原因。

一、沉降器结焦现象及原因分析

1．沉降器结焦现象分析。

该公司催化裂化装置建于1980年，加工量1.2Mt/a，2011年改造为MIP-DCR工艺技术，沉降器设有三组粗旋和三组单旋，粗旋和单旋之间采用一对一软连接型式，历年检修均出现沉降器结焦严重。

（1）沉降器结焦部位。

2020年2月进行检修，沉降器内集气室3个旋分口上结焦，穹顶和升气管四周以上结200mm厚的珊瑚状焦块，焦块相对稀相显得轻、脆、多孔。集气室出口大油气管线上有结20mm厚的焦块，相对集气室的焦块较硬。稀相段单旋与器壁之间的间隙结满焦。单旋内壁和料腿无明显挂焦现象。沉降器稀相南侧、东北角、西侧靠器壁有三个由汽提蒸汽和油气上升形成的大小不等通道，其中西侧外壁结焦严重。

（2）焦块组成分析。

沉降器集气室、稀相的焦块外观呈现暗色，有金属质感，同时切面存在颗粒状,可以看出集气室中的焦块催化剂含量相对较高，初步判断集气室焦块为重油组分冷凝所产生的液滴黏附在催化剂颗粒表面，在器壁和旋分间隙处沉积并发生高温缩合反应而形成^{[2] [3] [4]}。对焦块进行采样分析后,显示碳质量分数超过70%，其余主要为催化剂灰分。

2．结焦原因分析。

造成装置结焦的原因是有部分油气逸散，粘结在催化剂表面进入沉降器汽提段，在蒸汽汽提作用下随着汽提蒸汽一同上升，在线速低、温度低的沉降器顶及稀相空间内沉积结焦。所以油气和长停留时间是结焦的关键因素。该石化公司两套催化原料均以加工渣油加氢的加氢重油为主，掺炼加裂尾油和罐区冷蜡油，两者原料在族组成、残炭及密度等方面均无明显差异，造成催化裂化装置结焦的主要原因是沉降器旋分结构。

（1）粗旋出口面积过大。

该催化裂化装置沉降器粗旋与单旋采取软连接结构，粗旋升气管出口水平正对单旋入口处，间隙50mm，原始设计中粗旋升气管出口尺寸为326mm*766mm，单旋入口尺寸为306mm*718mm，单旋的入口面积小于粗旋升气管的出口面积，两者相差约12%。因粗旋升气管的出口面积过大，反应油气通过粗旋分离后，部分油气不能直接被吸入单旋内，逸散至沉降器的稀相空间，其中重油组分冷凝产生液滴黏附在催化剂颗粒表面，在沉降器的稀相空间形成结焦。

（2）软连接对口偏移。

该催化裂化装置检修时发现粗旋与单旋软连接对口出现偏移,水平中心线上下位移（设计值160mm）：东面为160mm，西面为110mm，南面为132mm；对口间距（设计值50mm）：东面为74mm，西面为42mm，南面为56mm。三组旋分对口上下平均偏移26mm，对口间距平均偏移12.7mm。3个粗旋喇叭口均挂焦。喇叭口内衬里未出现鼓包，衬里表面不平滑。稀相由汽提蒸汽和油气上升形成3条大小不等紧靠器壁的通道，中心距为160mm软连接对应的通道最大，中心距为110mm软连接对应的通道最小。对口的偏移加大了油气从软连接逸散的可能，粗旋出口油气不能很好进入单旋，从而增加了沉降器结焦概率。

二、减缓沉降器结焦速率措施

1．更改粗旋出口。

针对该催化裂化装置粗旋出口尺寸大于单旋入口，需联系设计院重新校核沉降器旋分数据，增大粗旋升气管出口面积，让粗旋升气管出口绝大多数油气能进入单旋。

2．软连接对口调整。

更改粗旋出口的同时，将软连接对口按照设计要求重新对正，在设备热态时，考虑膨胀量可以达到粗旋出口与单旋入口中心点对正。

三、结语

通过对某石化公司重油催化裂化装置沉降器内构件参数与设计值进行比对分析，明确了导致该公司催化裂化装置沉降器结焦的主要原因，并从改变沉降器粗旋出口面积、粗旋出口和单旋入口的对中等方面进行了预防和降低装置结焦措施建议。通过采取以上措施可减缓结焦速率，保证装置长周期运行。

参考文献

［1］许杰,黄智勇,刘晓桐． 催化裂化装置沉降器防结焦长周期运行分析［J］． 化工管理，2019( 24) : 120-121；

［2］于春军,王俊宏． 某重油催化裂化装置结焦主要原因分析及应对措施［J］． 中国石油和化工标准与质量，2018 ( 24):14-15；

［3］马世涛． 重油催化裂化装置反应器结焦的原因及对策探索［J］． 石化技术，2020(06):52-53；

［4］魏耀东,宋健斐, 张锴等． 催化裂化装置沉降器内结焦的微观结构及其生长过程的分析［J］． 燃料化学学报，2005(04):445-449；