催化裂化装置沉降器防结焦技术_樊学东.pdf

2023 年 第 7 期 化学工程与装备 2023 年 7 月 Chemical Engineering&Equipment 169 催化裂化装置沉降器防结焦技术 催化裂化装置沉降器防结焦技术 樊学东，李阿君（陕西延长石油（集团）有限责任公司延安炼油厂，陕西 延安 727406）摘 要：摘 要：对炼油企业来说,催化裂化设备是石油炼制二次加工中的关键部分。随着原油供应量日益增加,炼油厂中的催化裂化掺渣比日益增大的环境下,催化裂化装置沉降器的防结焦工作已刻不容缓。为此,本章重点剖析了催化裂化装置沉降器结焦的成因和特性,并主要研究了催化裂化装置沉降器防结焦问题的技术应用，希望能够为催化裂化装置解决类似问题提供一定的帮助。关键词：关键词：催化裂化装置；沉降器；防结焦技术 引 言 引 言 在炼油生产中，催化裂化装置沉降器结焦问题越来越严重，结焦的堆积和焦块的脱落会严重影响生产工作的正常进行。对于炼油企业来说，结焦问题会影响装置的稳定运行，甚至会出现安全隐患。因此，近年来针对结焦问题研究了多项技术手段并取得了较好的防结焦效果。1 催化裂化装置沉降器结焦原因及特点 1 催化裂化装置沉降器结焦原因及特点 根据沉降器工作特征和经验，结合以往研究发现，沉降器结焦的主要原因之一在于其原料的性质特点。一般来说，原料质量性能越差，其中的残炭含量就越多，导致其中的胶质、沥青质等物质成分含量较高，在同样运行状态下，沉降器的结焦程度会更严重。除此之外，沉降器内部的油气流动情况也在一定程度上影响着结焦的产生。一般来说，沉降器中大部分结焦部位都在油气流动较慢且温度较低的区域内，比如旋分器、集气室周围。油气在各部位的停留时长也对沉降器结焦有一定影响，一般情况下，油气在常规结构中的停留时间为半分钟左右，但若是油气流速较慢的区域，油气要停留几分钟之久，那么这一区域就很容易发生结焦问题。通过对延安炼油厂 100 万吨/年催化裂化装置 2017 年MIP改造后2020年第一次大检修的结焦情况进行综合研究，发现其主要存在以下特点：1.结焦层次分明。沉降器内结焦情况主要呈现为汽提段防焦格栅上部结焦程度最轻，越往上结焦程度越明显，且焦块也随之变厚，直到在顶部的防焦蒸汽范围内,焦块基本扩大以至能够占有大部分空间。2.结焦问题程度差异较大。在沉降装置单旋和粗旋的内部区域焦块基本都达到了能够完全将空间占满,其器壁部分的焦块厚度一般在 50 厘米以上,而旋分器的外部区域焦块的厚度则处于 30 毫米左右。3.结焦严重，清焦量达 35 方左右。2 催化裂化装置沉降器防结焦技术应用 2 催化裂化装置沉降器防结焦技术应用 为了缓解装置内部结焦严重的现象，需要进行技术攻关。对于催化裂化装置，在开停工，提降量阶段，要保持缓慢且均匀的速度进行提降量，禁止出现大幅度的操作，保证油气停留时间和催化旋风工作工况相对稳定，分别研究粗旋和顶旋软连接改直连接使用的必要性，旋风分离器防焦导流片技术和新型 VQS 结构的应用。2.1 粗旋软连接变直联技术 在沉降器当中，提升管出口快分的最主要形式是将提升管出口粗旋与沉降器旋风分离器相连接起来的软连接形式,此外还有将提升管出口粗旋与沉降器旋风分离器相连接的直连形式、旋流型快速分离器等也叫 VQS 形式。在实际施工活动中,软连接对材料要求很高,需要确保施工在气压均匀的条件下完成。在这种状态下,可能会抑制油气的喷出,有效防止油气溢出的结焦问题,但若是在此过程中催化裂化装置产生压力变化和波动，尤其是发生极大变化的压力波动时，油气就会从软连接部位溢出，进而造成结焦问题1。将粗旋软连接变为直联的技术方式能够有效预防沉降器结焦，这一技术在以往工作经验中已有所证实。比如在工业生产发展中，2012 年、2015 年、2017 年分别有企业针对催化裂化装置沉降器进行了粗旋软连接变直联的技术方式，如下图 1所示，有效解决了沉降器中结焦的问题。图 1 软连接变直联结构 图 1 软连接变直联结构 2.2 旋风分离器防焦导流片技术 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.072170 樊学东：催化裂化装置沉降器防结焦技术 在沉降器中，翼阀口、旋分升气管、料腿和灰斗位置都容易在沉降器旋分易作用下产生结焦，特别是在旋分升气管的入口位置，由于该位置的背面部分正处于油气的滞留区域，在升气管的管壁表面就会有丰富的重质组成部分的天然气和重质的油液不断附着和沉淀,在继续积累和凝固之时产生了严重的结焦问题。针对这种结焦问题的形成现象,所采用的防结焦技术主要是将沉降器升气管的外壁上所附着的油气进行调整,从而变化成绕流附面层流的形式。要想做到这一步,在施工的过程中还必须在沉降器的升气管上加一个防焦导流块（如下图 2 所示），将升气管外壁的油气分布情况和气相流动情况加以转变和改善，并对焦块发挥固定效果，避免结焦形成的焦块脱落2。华东的某个企业在 2013年发现其催化裂化装置的藏量出现不断下降的情况，且单级旋风压降也随之不断下降，在装置内部出现越来越多的油浆固体。技术人员发现这种情况后，及时对装置加以检查，发现其中的料腿已经被焦块堵死，且单级旋分升气管的外壁焦块已经开始脱落，因此导致旋分器工作受到影响。针对这一情况，在沉降器单级旋分器的升气管外壁增加了防焦导流片，有效避免后续工作中出现结焦或焦块脱落的问题。图 2 防焦导流片结构 图 2 防焦导流片结构 2.3 VQS 结构 主要包括导流管、旋流快分头封闭罩和环形挡板式预汽提器等相关构件。为了提高催化裂化装置沉降器防结焦效果，可对装置加以改造，重点对其中的 VQS 系统进行调整和优化，使装置整体在运行过程中发挥更好的效果，提高运行效率并延长生命周期。VQS 系统在工作的过程中能够直接分离反应油气和催化剂，并将其中的油气快速传输到装置的顶旋，并在此处油气能够停留 5 秒以下的时间。与此同时，VQS系统还能够将催化剂中混入和携带的油气进行预汽提，以此有效预防重组分的油气在沉降器内长时间滞留和累积而产生严重的结焦3。2009 年某个企业在工业生产的过程中，其催化裂化装置沉降器的结焦脱落将汽提段堵塞，导致整个生产过程受到严重影响，经检查发现其内部的结焦情况十分严重。对此，该企业在 2011 年对催化裂化装置沉降器进行改造和升级，对其中提升管的末端结构加以完善，转变以往的粗旋软连接方式，并在其中使用 VQS 系统，系统外部带有封闭罩。在该系统封闭罩外和沉降器之间还设置了防焦隔板结构，用来将催化剂中所带有的油气与 VQS 下料口中产生的油气相隔绝，不断完善沉降器的拱顶稀相防焦蒸汽分布器，使其在装置中发挥更重要的作用。在系统优化和完善的过程中，使用防焦隔板将装置内的油气环境加以改善，有效防止油气在装置中的长时间停留和堆积，避免出现严重的结焦问题。3 VQS 改造过程及效果 3 VQS 改造过程及效果 由于旋流式快分系统 VQS 是重点的防焦技术之一，并且是目前使用最广泛、效果最好的防焦技术之一，结合延安炼油厂 200 万吨/年催化裂化装置（设计为 VQS），因此对其改造过程和改造效果进行重点研究。为了提高其沉降器防结焦能力，降低能源消耗，提高经济效益，对装置进行改造升级，重点对 VQS 加以改造，并实现了较好的效果。在改造过程中，将沉降器内粗旋调整为 VQS 形式，并在其中设置封闭罩和高位挡板等装置。在装置当中，高位挡板的作用为分离单旋料腿所携带的油气和汽提油气，在高位挡板的作用下，其上方会形成相应的低压蒸汽，发挥隔离作用，以气相空间的形式将油气相互分离，以此避免油气在装置内停留过长时间产生结焦问题4。除此之外，在 VQS 的封闭罩下方还设置了一个长方形的槽结构，以此促进单旋料腿催化剂能够顺利进入到汽提位置。将装置的沉降端增加 2 米左右的高度，以此抬高整体结构使 VQS 快分旋流头更好地开展工作。将系统中的三组旋风分离器更换，以替换之前运行过久的设备，使其满足工作要求。经过以上改造，装置连续工作两年后，对其运行情况加以分析。通过分析发现，经过改造后的 VQS 系统使催化装置中的液收率有所提高，干气产率有所下降，其中各相关参数如下表 1 所示：表 1 VQS 设备参数值设计 表 1 VQS 设备参数值设计 设备项目 参数值 封闭罩内径 2600mm 汽提段内径 2500mm 沉降器内径 5400mm 提升管提升段内径 900mm 单组 VQS 快分面积 0.26m2 单组沉降器旋分入口面积0.25m2 对比改造前后的催化剂情况可以看出，装置中小于 40的催化剂细粉含量在将近 19%的区域内，在 40-80 区间的催化剂细粉占比将近 48%，而超过 80 的催化剂大颗粒含量则在 33%左右，如此可以证明 VQS 在经过改造后，装置中的催 樊学东：催化裂化装置沉降器防结焦技术 171 化剂筛分组成分分布更为合理。在使用该装置进行生产的工厂中，主要使用减压渣油作为原料，其质量较重，根据月催化装置加工情况，其加工量达到了基本设计标准，具体来说，其中的汽油量有 46134t、质量收率为42%左右；柴油量达到25865t，质量收率在23.7%左右；液态烃量在 17468t，质量收率达到 16%左右。从整体情况分析来看，装置在生产过程中的催化剂流化较为稳定，在使用以上原料的情况下，沉降器结焦现象有所改善。通过对 VQS 系统加以改造后，装置连续工作两年后加以检查，发现其沉降器内部基本没有结焦现象，其中 VQS 的封闭罩以及快分旋流头都没有明显结焦现象，在经过长时间的工作后，装置中的油气能够被有效隔绝，并从封闭罩中导出，避免出现结焦问题。4 结 论 4 结 论 为了促使炼油企业中催化裂化装置的长期高效运行，解决沉降器结焦问题是关键。针对装置的不同特点和使用原材料的不同，产生结焦的原因也各不相同，因此在面对结焦问题时，企业也应该选择针对自身的防结焦技术，达到较好的技术效果，保障装置的长周期稳定运行。参考文献 参考文献 1 赵林超,史斐,李昊天.催化裂化装置沉降器防结焦技术改造J.设备管理与维修,2022(13):70-71.2 苏冠男.催化裂化装置正常运行防结焦措施J.化学工程与装备,2022(05):164-165.3 张可伟,郑显伟,孙新文.催化裂化装置沉降器防结焦技术的研究与应用J.石油化工设备技术,2021,42(04):31-33+6.4 刘爱松.催化裂化沉降器结焦原因分析及直联加溢流斗防结焦技术的应用J.石油炼制与化工,2020,51(07):16-20.（上接第 144 页）_ （上接第 144 页）_ 3.7 优化三次采油 一般情况下，油田开采过程中都会使用三次采油技术，能够提高石油开采数量。该技术的具体操作是在开采过程中加入聚合物驱油，在不影响油田开采进度的情况下，提高石油产量。聚合物的驱替替对象主要是向二类和三类油层发展，加重平面与纵向的非均质性情变化程度。再加上强碱三元复合驱采出井会导致结垢，降低工作效率的同时还会增加开采成本。此时将三元复合驱分层注入，提高结垢的清理效果，也能起到提高开采质量的目的。4 结束语 4 结束语 采油工程是油田开发中的重要环节之一，工作人员要通过各种现代化的技术实现油田的高质量开采，为企业创造更多的经济收益。面对油田开采中成本过高、技术与设备不匹配等问题，需要采取相应的管控措施，减少作业成本，努力研发现代化技术，将各种智能化检测设备应用其中，加大质量管控力度，从而控制开采成本。同时还要积极采取各种现代化措施，对老油田进行多样化开采，从而提高油田开采的技术水平，推动采油工程的可持续发展。参考文献 参考文献 1 葛守凯,冯随君,曾勇.石油采油工程技术中存在的问题与解决措施J.石化技术,2021,28(03):79-80.2 罗宗宝.采油工程在油田开发中的作用及发展思考J.化学工程与装备,2020(01):135+123.3 张德生.采油工程在油田开发中的作用及发展方向J.化学工程与装备,2020(09):127-128.4 曲延祥.采油工程在油田开发中面临的问题与治理措施J.化学工程与装备,2020(05):129-130.5 盛淑娟.采油工程在油田开发中的作用及发展方向J.化学工程与装备,2019(09):84-86.