催化裂化装置油浆系统结垢、堵塞原因分析及整改措施研究

杨虎

摘 要：本文主要分析了催化裂化装置油浆系统设备、管道结垢、堵塞的原因，并结合原因分析找出解决措施，避免对装置长周期运行造成严重影响。选用相对来说合理的催化剂的用法、用量，结合停留时间这几个方面，对催化裂化装置油浆系统进行维护，找出比较适合自身实际操作的方式方法。

关键词：催化裂化装置;油浆系统;堵塞;原因

0 引言

针对近年来催化裂化装置原料性质不断恶化的情况，优化催化裂化装置油浆系统运行是保证催化裂化装置长周期运行的主要措施之一。而像大多数装置一样，催化裂化装置油浆系统也会出现结垢、堵塞的问题。特别是随着越来越劣质的原料问题和对提高加工深度要求的出现，油浆系统堵塞的情况已经日益严重起来。而油浆系统的堵塞就直接导致能源消耗增加、装置运行能力下降。在运行中系统热平衡遭受到的严重影响，油浆剩余的热量堆积无法取走，不仅影响装置的正常工作节奏，还对企业造成了无法挽回的经济损失。由此可见，为了清楚潜在的生产运行瓶颈隐患和提高经济效益，研究出能够防止或者是减轻催化裂化装置油浆系统堵塞、结垢的方法已经刻不容缓。

1 油浆基本性质和结垢机理

1.1 油浆基本性质

油浆是催化裂化装置所产出的性质不稳定的残渣油。其中30%-50%为饱和烃，芳烃和多环芳烃含量占比40%-60%，胶质和沥青质含量在10%左右，还有1%为催化剂粉尘。由于其是在催化裂化中产生的产物，又被称作催化油浆。催化裂化装置原料是减压渣油、蜡油，其密度为950-1050kg/m3，残炭为5.21%。胶质和沥青含量在14.1%。油浆中固体颗粒的含量在3-5g/L。其中催化剂颗粒能够在油浆系统中吸附稠环芳烃这类物质，逐渐成为大分子颗粒，与无机物相互之间碰撞，粘附在一起，慢慢生成有机物和无机物掺杂在一起的垢渍。

1.2 油浆结垢机理

因为油浆中有沉降器反应油气带进来的含量比较高的硅铝元素，与油气中的催化剂细粉一起经过分馏塔底部的油浆冲洗后留在底部，或者跟随油浆进入到换热器和油浆管线里面。油浆结垢主要有三种方式，其中包含：第一种是在高温下，油浆中的多环芳烃物质与胶质、沥青质发生了脱氢缩合反应。第二种是因为分馏塔底温度偏高，油浆中物质发生裂解，生成烯烃和二烯烃。这种物质停留的时间越长越容易使自由基越多，导致结垢现象的发生。第三种是因为油浆是由大分子结构构成的，在低温下容易冷凝，从而导致结垢现象的出现。

2 油浆结垢、堵塞的原因

2.1 原料性质差

催化裂化的原料性质变差是造成油浆结垢的原因之一，而其中导致原料性质变化的原因则是其中掺杂了减压渣油、焦化蜡油等重组分。出现这种情况的原因有以下几种：第一种，因为减压渣油、焦化蜡油运动粘度大、稠环芳烃含量高，导致在和常压渣油混合进入到催化提升管反应器中后，因为重组分含量比较高造成一部分的重组分因为原料喷嘴雾化效果不好并没有在提升管内充分进行催化裂化反应就跟随反应油气进入到分馏系统。油气中未充分应的重质油组分粘连、聚集在一起形成巨大的“软焦”。并且在流速比较慢的地方进行沉淀和积累。慢慢的形成了油浆结垢，造成堵塞的情况发生。

2.2 生产波动

在装置停工设备检修时发现，油浆系统设备、管道内部虽没有造成堵塞，却出现了粘稠沉积物吸附在管道内壁上，主要成分是铁和催化剂细粉。通过分析得知：首先，正常生产期间处理量大幅波动，导致催化剂细粉在单旋风分离器中分离效果下降，从而使催化剂细粉被迫带入到分馏系统中。其次，油浆循环量降低到450t/h以下，油浆蒸汽发生器管束内的流速就会降低将近0.11m/s，使催化剂细粉因为流速降低而导致沉积在管束内。最后，装置在低处理量运行的过程中，油浆蒸汽发生器中的高温油浆由于线速过低，在管束内表面粘连、形成油膜，并以此为“中心”不断吸附，最终导致油浆装置结垢堵塞。

2.3 催化剂的活性程度

在油浆反应产物中不饱和反应烃和芳烃因其高沸点的特性会因为催化剂转移的反应活性而被影响。烯烃作为氢的双分子反应，一方面接受氢生成饱和物，另一方面作为氢的给予者使自身变成正碳离子或者是不饱和物发生氢转移反应，生成的物质我们称作结焦母体，吸附在催化剂颗粒表面，未被沉降器旋风分离器分离的催化剂随着高温油气进入分馏塔，最终沉降至分馏塔底油浆系统，也是造成油浆系统结焦中心增多的重要原因之一。在生产过程中，为了提高产量和增加液体收率，油浆会进行回练，这就相当于在原有的原材料中增加了不容易被催化裂化反应的重芳烃含量，这一行为更加加剧了油浆系统结垢、结焦情况。

2.4 分馏塔底温度

分馏塔底部的温度控制对分馏塔底系统结焦具有显著影响，分馏塔底温度越高，到达340℃以上，就会生产大量沥青质。并且油浆性质也会随着温度变化而变化，原料性质比较重的时候，导致油浆中不能被裂化的重组分量比较多，也就使得分馏塔底的温度越来越高。当分馏塔温度超过了油浆系统能够收取的热量时，就会导致分馏塔底热量滞留上升，让组分气进入到回炼油中，对油浆、回炼油性质造成影响。因为温度升高的原因，稠环芳烃又将发生剧烈的缩合反应。在这两种情况的同时作用下，就会使油浆系统管道造成结焦堵塞。

3 整改油浆结垢、堵塞的措施

3.1 改善原料性质

原料性质变差的主要成分组成是沥青质和胶质的产生，这些物質基本上会在沉降器顶端和分离器的入口粘附堵塞。企业可以对沥青和胶质含量比较高的原料进行提纯。首先通过溶剂剥离重金属物质，在原料性质变差之前，为了让油浆性质变好，可以采取增加油浆外甩量的方式来使油浆回练量减少，这样得到的抽余油就是比较好的原料，可以有效控制结垢。

3.2 减少装置操作波动，避免大幅度提降处理量

如果装置在低负荷的状态下工作，旋风分离器入口线速就会提升到16m/s，低于设置值4.3m/s。当装置所处理的最大容量刚好是该设备其设计的负荷容量的时候，就会使设备相对处于一个稳定的环境中。这样沉降器中单旋风分离器就会处于一个正常运作的范围内，对催化剂细粉进行正常的分离，使分馏塔中催化剂细粉降到最低。

3.3 选用合理的催化剂

减少氢反应物的生成是降低结垢的重要环节，控制好催化剂的反应使结焦母体生成的环烯烃和芳烃等物质。将油浆的密度控制在刚好能通过反应深度的范围内，同时减少催化剂形成细粉的可能性。对催化剂的机械强度参数做好把控，使细粉进入到油浆中的几率降低。选择催化剂磨损指数小于1.8%的催化裂化装置。

3.4 控制停留时间

经过一段时间的观察发现，只要分馏塔底温度控制在360℃左右，就会达到明显的效果，结焦堵塞的情况随之减轻。将油浆循环量控制在不小于450t/h，底液为控制在30%-40%之间，可以缩短催化油浆在分馏塔底部滞留时间周期，使滞留时间缩短就会使分馏塔底系统结垢、堵塞概率降低。

3.5 合理利用阻垢剂

阻垢剂的适当使用一定程度上降低了结垢程度，一般情况下，每千克原料中加入200mg的除垢剂就可以达到生产需求。阻垢剂主要有三个作用，第一种就是分散作用，使油浆中催化剂细粉没有办法与其他颗粒聚集沉淀，使其由紧致粘附在管壁上变成游离在油浆中。第二种是防止氧化，在烃自由基遇到除垢剂后会发生化学反应，生成一种新的物质叫做惰性分子，不再与其他物质反应，使其不能形成比较大的分子。第三种就是防止烃类物质的双向反应聚集。

4 结论

合理控制分馏塔底液相温度，就不会使回炼油回流导致质量增加。再者，通过添加与原料性质相适应的阻垢剂，也可以有效控制内部物质反应结垢从而造成系统管路堵塞，保证装置安稳长满优运行。

参考文献：

[1]杨斌，曾光乐.催化裂化烟气脱硫装置水系统优化及效果[J].石油石化绿色低碳，2018，3（6）：58-61.

[2]李孟，程劲，刘胜涛.催化裂化装置烟气轮机结垢原因分析与对策[J].炼油技术与工程，2019，49（8）：31-35.

[3]齐恒山，杜晓辉，刘璞生，等.催化裂化装置烟机结垢：催化剂在全周期循环过程中的性质变化[J].工业催化， 2019，27（11）：67-72.