浅析催化装置沉降器压力偏高及易结焦处理对策

由于催化装置沉降器长时间处于温度过低状态下,催化剂夹带的油气和汽提油气进入沉降器,瞬时由于冷凝而形成液相,而汽返线入口位置正好在格栅下,油气中部分冷凝成液相的柴油组分和未完全反应的组分、难以汽化的重组分,附着在格栅上面,与催化剂形成软焦,长时间生成硬焦,使沉降器底部空间逐渐变小,导致沉降器压力升高,进一步影响到催化剂循环。通过分析其原因,采取优化措施后,减缓了沉降器的结焦,保障了装置的平稳长周期的运行。     

催化裂化装置沉降器内结焦形成过程的因素分析

 在催化裂化工艺中，根据结焦的产生方式可分为催化焦、附加焦、可汽提焦和污染焦。催化裂化装置沉降器内器壁上的结焦主要属于附加焦，是由油气中的液相组分黏附在器壁表面上发生缩合反应产生的。这些结焦是催化裂化工艺总生焦量的很小一部分，但至今仍是影响重油催化裂化装置长期运行的重要因素。其形成过程经历了黏附、固化和增长3个阶段，与环境温度，油气成分、停留时间和流动状态等因素有关。环境温度低，油气中重组分达到露点冷凝为液相的几率大，液滴浓度较高，沉积在器壁上的机会增多；沉积液滴停留时间长，发生缩合反应固化形成结焦的几率大；油气的流动状态影响油气液滴和催化剂颗粒向器壁的沉积形式，进而影响结焦的增长过程。防结焦技术的开发应以减少附加焦和抑制重油液滴长时间滞留在沉降器器壁上为基本点。     

试论催化裂化装置转油线结焦的原因

通过对转油线内结焦物的组成、结构及烃类热反应行为的分析，提出重芳烃、胶质、沥青康的缩合反应和二烯烃的聚合环化反应是造成转油线结焦的主要原因，认为转油线结焦的初期金属催化生焦起主要作用，以后因油气在器壁上冷凝，造成易生焦组分在高温下长时间的停留，最终转化成焦炭。     

FCC沉降器结焦问题的研究进展

沉降器是催化裂化中油气与催化剂分离过程的重要设备。沉降器的结焦问题易导致非计划停工,严重影响催化裂化装置的长周期运行,因此抑制或减缓沉降器结焦成为该领域的研究热点之一。综述了国内外有关沉降器结焦问题的研究进展,以期为沉降器的优化操作提供参考。首先对沉降器结焦的部位及原因进行了分析,从化学反应角度分析了结焦的内因是反应油气中液相重组分的存在;从流场分布、压力分布、催化剂含量分布和温度分布解析结焦的外因。进而阐述了结焦物的基本特性,按照不同方法对结焦物进行了分类和特性的比较。其次,从化学反应过程和油剂流动、焦体沉积与增长过程两方面总结了结焦的机理,并总结了操作条件(原料性质、催化剂含量、反应温度、再生剂温度和油/剂比)和沉降器结构(粗旋与顶旋连接结构、快分系统)对结焦的影响规律。最后根据结焦机理和影响因素,从优选反应物和优化操作条件、优化沉降器结构2个方面提出了抑制或减缓结焦问题的具体措施。提高沉降器温度和降低油气分压可从操作条件方面降低结焦的可能性,优化粗旋与顶旋连接结构、优化快分系统、优化分离器入口结构和顶旋升气管结构等措施可以改善沉降器内流场分布,进而抑制结焦。     

催化裂化装置沉降器内顶旋升气管外壁结焦的特性分析

对炼油厂催化裂化装置沉降器内顶旋升气管外壁结焦的微观结构和外观特点所作的分析表明,升气管外壁的结焦主要是由液滴状结焦和细催化剂颗粒组成,结焦组织致密,焦块硬脆；结焦厚度沿圆周分布不均,以入口为0°,结焦厚度从0°约2cm向后逐渐增厚,表面有明显的冲刷沟槽,180°向后表面形成尖牙状结焦,厚度达10cm。升气管表面结焦是重组分油气冷凝形成的液滴和细催化剂颗粒沉积粘附在升气管表面发生结焦反应,并不断长大形成的。升气管表面结焦过程属于沉积型结焦,与升气管附近的流场密切相关。     

重油催化抑制结焦沉降器油气停留时间的数值模拟

 采用标量输运方程数值模拟了一重油催化防结焦改造后沉降器内油气停留时间的分布。结果表明,沉降空间油气停留时间分布曲线呈单峰形式;在忽略油气质量流率极小量,即油气质量流率小于10-3kg/s时认为不存在油气的情况下,由汽提段进入的油气主流停留时间大致为13s,最短约7.5s,最长也不超过60s;由粗旋料腿入口进入的油气主流停留时间约15s,最短不足6s,且几乎所有油气的停留时间都小于70s。油气在沉降器内总体平均停留时间约26s。对比尺寸近似的常规沉降器和FSC沉降器内油气停留时间分布发现,抑制结焦沉降器的平均停留时间较短,比常规沉降器缩短79.8%,比FSC缩短81.9%;预计防结焦改造后沉降器沉降空间结焦情况大为减轻。     

RFCC装置结焦原因及预防措施

介绍中国石化沧州炼油厂ＲＦＣＣ装置反应分馏系统设备及管道结焦状况，分析了结焦的原因与危害，并提出了预防结焦的措施：选择高效进料雾化喷嘴，提高反应深度以减少油气中高沸点组分含量，特别要防止高沸点组分冷凝结焦。     

催化裂化装置沉降器结焦与防治对策

通过对催化裂化装置沉降器结焦原因分析,提高对结焦问题的再认识,认为反应油气中存在未气化和未转化的重油组分以及从汽提段汽提出来的"软焦炭"都是沉降器结焦的主要前身物。提出了抑制和减缓沉降器结焦的对策:合理设计原料雾化系统并与提升管优化匹配,最大限度消除"液雾生成区";采用降低油剂接触前催化剂温度来提高催化剂循环量,建议催化剂温度不小于630℃;合理应用高油剂混合能量技术以实现"大剂油比、强返混、短时间接触"的操作模式;合理控制反应深度,控制油浆密度(20℃)大于1 050 kg/m3时不回炼,降低反应油气中重油(油浆)组分含量;建议适宜的汽提段操作温度为500℃,进一步促进待生催化剂上携带的重质烃类转化。通过有效地采取上述措施,对抑制和减缓沉降器结焦能够起到积极作用。     

催化裂化装置沉降器内结焦物的基本特性分析及其形成过程的探讨

采用扫描电镜（SEM）和X射线能谱分析仪对催化裂化装置（FCCU）沉降器内结焦物的微观组织结构和成分进行了分析，将结焦物划分为软焦和硬焦。焦的硬度与油气液滴和催化剂颗粒的沉积过程有关，尤其是结焦部位的油气流动方式和催化剂颗粒的运动状态，决定着未汽化的重质油组分液滴和催化剂颗粒的沉积形式和沉积物的构成，从而影响着焦的软硬程度。软焦是催化剂颗粒或油气在油气静止空间以自由沉降和扩散方式堆积在器壁表面而产生的结焦，形成的焦块松散，易粉碎，含催化剂比较多，颗粒粒径比较大，是一种堆积型结焦；而硬焦是油气液滴和细小催化剂颗粒在油气流动状态下，在器壁表面的附面层内以沉积方式粘附在器壁表面形成的结焦，焦块质地坚硬，含催化剂比较少。颗粒粒径细小，足沉积型结焦。还有相当一部分结焦物介于软焦和硬焦之间。     

催化裂化防结焦沉降器的研究与应用

通过对催化裂化装置沉降器结焦机理的分析,认为原料性质、油气流动状况、停留时间、沉降器温度分布及催化剂浓度是沉降器结焦的主要影响因素。中国石化工程建设有限公司(SEI)针对常规沉降器结构缺陷,开发了新型防结焦沉降器,包括粗旋顶旋直联结构、全封闭粗旋顶旋直联结构、旋流式快分结构和全封闭旋流式快分结构,可以大幅降低油气在沉降器空间的停留时间,有效避免油气在沉降器内结焦,延长催化裂化装置的开工周期。     

Coking Mechanisms Within RFCC Disengagers

In this article we review and analyze the causes of coking within Residua Fluidized Catalytic Cracking (RFCC) process disengagers. The existing literature points to the presence of fine catalyst particles and condensation of heavy fractions of RFCC products as the primary, physical causes of coking in these units. Chemical causes include condensation reactions of heavy aromatic hydrocarbons, resins, and asphaltenes as well as cyclization and polymerization of olefins and diolefins. Based on analysis of known coking mechanisms within RFCC disengagers, it is apparent that coking occurs by different mechanisms in the vapor and liquid phases of RFCC products. Therefore, the key to the inhibition of coke formation is to prevent the condensation of heavy fractions in the RFCC products and to decrease residence time of these products in the disengagers.     

Coking Mechanisms Within RFCC Disengagers

Abstract

In this article we review and analyze the causes of coking within Residua Fluidized Catalytic Cracking (RFCC) process disengagers. The existing literature points to the presence of fine catalyst particles and condensation of heavy fractions of RFCC products as the primary, physical causes of coking in these units. Chemical causes include condensation reactions of heavy aromatic hydrocarbons, resins, and asphaltenes as well as cyclization and polymerization of olefins and diolefins. Based on analysis of known coking mechanisms within RFCC disengagers, it is apparent that coking occurs by different mechanisms in the vapor and liquid phases of RFCC products. Therefore, the key to the inhibition of coke formation is to prevent the condensation of heavy fractions in the RFCC products and to decrease residence time of these products in the disengagers.     

重油催化裂化沉降器油气相态计算

 为了确定重油催化裂化沉降器中液相组分的数量及其对结焦的贡献，以工业重油催化裂化装置的沉降器为研究对象，按照正构烷烃模型分子法确定基团组成的方法，利用已编写的气化率计算程序，求取了沉降器内反应油气的重组分—油浆馏分的气化率，确定反应油气的气、液相比例。计算结果表明，在实际工业操作条件下，重油催化裂化沉降器内的油浆馏分以气、液两相状态存在，其露点温度为488.8℃，露点温度直接取决于油浆终馏分的沸程，而且油浆分压对其泡点和露点温度也有较大影响。     

RFCC沉降器内油浆重组分结焦反应过程实验模拟

 利用自制的热转化生焦实验装置和热重分析仪,考察了反应条件和油浆的性质对油浆重馏分热转化生焦的影响。结果表明,n(H)/n(C)原子比、残炭值、结构族组成等性质对其生焦率的影响要远大于反应时间、反应温度和油浆中催化剂含量等反应条件的影响。油浆中重组分馏分沸点的高低不能有效反映其生焦倾向,而重组分中的沥青质和胶质是生焦的主要前驱物,其芳碳率与生焦率有较好的线性对应关系。改变沉降器的操作条件可以缓解沉降器的结焦程度,但防止结焦的根本途径是通过调节主提升管的反应条件,从而减少进入沉降器内的油气中的结焦前驱物和沥青质的含量。     

SVQS和MSCS技术在重油催化裂化装置上的工业应用

中国石油大庆石化分公司1.4 Mt/a重油催化裂化装置存在沉降器结焦严重的问题,制约装置长周期运转、生焦率偏高的问题,对提升管出口油气分离系统和汽提段进行分析,得出沉降器结焦的主要原因为：反应器粗旋风分离器升气管开放式布置、没有预汽提设备等使油气在沉降器中停留时间过长,导致结焦;汽提段结构存在缺陷,未根据油气存在状况针对性地采用不同的汽提技术。采用中国石油大学(北京)开发的SVQS油气快速分离系统和MSCS高效组合汽提技术对装置进行改造,标定结果表明,与改造前相比,改造后轻质油收率增加3.46百分点,液体收率增加1.44百分点,焦炭产率降低1.43百分点,装置能耗降低41.5 MJ/t。     

最少投资费用的重油浓缩

Heavy oil upgrading is one of the mostimportanttopics in refining.Although there are a number ofnew heavy oil conversion processes available to the refiner,in today s economic climate,the mostimpor-tantfactor considered in choosing the right technology for heavy oil upgrading is to maximize the use ofthe existing processing units to minimize the investment cost.By making best use of the low value by-product and properly combining and renovating existing units,several heavy oil upgrading proces…     

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

对比中国石化扬子石油化工有限公司2.0 Mt/a催化裂化装置第一、第二运行周期工况及结焦情况,从沉降器结焦机理及不同时期运行参数对比入手,确定沉降器结焦原因为粗级和单级旋风分离器匹配性较差及沉降器内油气停留时间过长所致。沉降器内软连接改为直联+溢流斗防结焦技术的工业应用结果表明,改造后有效地避免了沉降器结焦,同时干气、柴油及焦炭产率分别降低0.26,0.25,0.54百分点,液化气、汽油及油浆产率分别上升0.54,0.33,0.18百分点,油浆固含量由4.1 g/L降至2.0 g/L,显示出极佳的防结焦及运行效果。     

沉降器旋风分离器直联改造

中国石油天然气股份有限公司庆阳石化分公司1.6 Mt/a重油催化裂化装置建成投产后,第一个生产周期整体运行良好,在2012年5月装置大检修中,发现沉降器结焦严重,制约了装置长周期运行。分析认为根本原因是二段提升管旋风分离器出口直接进入沉降器顶部空间,结构型式不合理,造成油气在沉降器中停留时间过长(22～26 s),在催化剂的作用下二次反应增多,势必造成结焦。为了有效解决该问题,利用大检修之际将沉降器中Ⅰ,Ⅱ级旋风分离器连接型式改造为直联结。装置于2012年6月10日一次性开车成功,经过一个月的连续运行,运行良好,产品质量达标,综合商品率提高1.81%,油浆固含量全面达标,为装置长周期安全运行奠定了基础。     

重油催化裂化汽提过程的数值模拟

采用计算流体力学方法,建立了汽提段内待生剂吸附烃类物质的脱附和反应模型,耦合流动和传递模型,建立汽提过程流动-传递-反应的综合模型。采用该模型对一套工业重油催化裂化(RFCC)汽提段内的流动和反应状况进行了模拟计算,考察了待生剂上烃类物质的汽提反应过程,分析了化学反应对气固两相分布、气固速度分布、组分浓度分布和汽提效率等的影响,揭示了实际RFCC汽提过程中气固两相中各组分浓度的变化规律,并与文献值进行了对比。模拟结果表明,待生剂经汽提后约有3.86%(w)的烃类物质被汽提回收,汽提后仍有0.11%(w)的重油吸附在待生剂上进入再生器;进入沉降器的油气中仍含有35%(w)的重油,如何使催化剂上和气相中的重油组分充分反应是RFCC汽提过程优化的关键。