陈明
中国石油化工股份有限公司天津分公司炼油部联合一车间 天津市 300270
摘 要：
本文介绍了催化装置容易发生结焦的部位和对装置正常运行的影响。结合催化装置自身特点，分析了沉降器、分馏塔底等部位的结焦原理、焦块的形态和构成。论述了包括原料油性质、原料油的汽化率、提升管油气停留时间以及设备内部件等因素造成的结焦并且给出相应的解决方案。
关键词： 催化裂化(FCC)；催化剂（CAT）；结焦原理；旋风分离器；缩合反应；沉降器
FCC装置的设备在高苛刻度下进行化学反应，其沉降器、分馏塔等部位结焦问题一直困扰着FCC装置的运行。如何减少结焦，延长FCC装置生产周期是摆在所有FCC操作人员面前的课题。本论文从FCC结焦的机理、位置、形态、组成出发，在总结出结焦原理的同时，提出减缓或避免沉降器、分馏塔底结焦的主要应对手段。
1 结焦情况介绍
1．1 结焦的位置和危害
FCC装置分馏塔和反再系统结焦危害影响较为突出，严重的时候会造成装置停工，不严重的情况下也会影响装置加工量。根据结焦的位置不一样，危害程度不同，影响FCC 安全运行的结焦位置有下面几个位置：
1．1．1 提升管进料喷嘴处管壁处结焦
根据参考资料，催化装置在提升管的喷嘴附近管壁处会出现结焦，严重结焦会造成提升管内径变细，严重影响加工量，甚至造成非计划停工。提升管喷嘴上部结焦分布在原料喷嘴的上方，吸附在提升管的器壁上。一般焦块外面的形态为油焦、内部一般是硬质焦，焦炭中的CAT含量较高。
1．1．2 旋分器和料腿
旋分器内部结焦基本为内筒和料腿处结焦，焦层吸附在料腿内壁位置，导致内径变小，严重情况将会把料腿完全堵塞。外面是软焦，内部为硬质焦。料腿结焦会造成旋分器效率下降，油浆采样分析固体含量增高。严重时期会造成沉降器大量跑催化剂，油浆换热器以及油浆回流系统循环困难，有可能造成切断进料。
1．1．3翼阀处
翼阀阀板处结焦，造成阀板开启障碍，开关卡涩不灵敏。因焦块和金属之间的膨胀系数不同，一旦脱落便会堵塞料腿。当装置进原料油时，将导致沉降器跑CAT，严重时停工处理。
1．1．4待生滑阀斜管结焦
待生滑阀斜管处以及待生滑阀附近衬里内壁上结焦基本为硬焦，有时候衬里不平整更容易造成结焦。该处焦为CAT含量较高，颜色有时候为灰黑色，大片焦块脱落容易卡住待生滑阀。
1．1．5沉降器内壁及沉降器内部构件
沉降器的内部构件结焦是十分常见的现象，只要有油气，不可避免地会产生结焦。此外，设备内部突出部位比如内部吊耳和衬里衔接处，均容易结焦，焦块质地较硬，需要用风镐才能清除。
1．1．6 沉降器内集气室
沉降器集气室内壁结焦较少，每次大修打开人孔目测没有焦炭。而且即使有少量结焦一般情况下不影响生产，基本为焦粉形态，很容易清除。在打入适量的防焦蒸汽之后，可以有效缓解集气室结焦。
1．1．7 油气线结焦基本为黑亮的硬焦。当焦层结到一定厚度后，因油气流速增加，结焦程度一般不再发展。焦块一般为黑色发亮固体，紧密贴合器壁，难以清除。
1．1．8 分馏塔油浆系统
油浆系统结焦的部位一般是指分馏塔底结焦和油浆循环线及油浆换热器结焦。一般为碎焦，由于有塔底油浆过滤器，基本不会造成影响。如果大量结焦轻则导致油浆循环量降低，严重时造成油浆循环中断、油浆泵损坏，装置被迫切断进料。
1．2 结焦物的形态和组成
由于催化裂化反应和分馏、稳定、气压机的操作条件及设备构造不同，因此不同位置的结焦物是不一样的。反应系统的焦炭可以分为软焦和硬焦，其中软焦的组织结构松软，含有CAT颗粒。硬焦分为两种，其中之一是黑色发亮的坚硬固体，质地坚硬，不易清除。另一种为灰色无光泽的固体，质地坚较硬，用锤子敲击有金属声的清脆声音，用手触摸可以摸到催化剂颗粒。
2 结焦机理
催化裂化设备内部的结焦过程是一系列化学反应和物理反应，通过长时间高苛刻度的环境作用产生的。
FCC反应结焦，通过烯烃和芳烃等组分长时间在设备内部发生缩合反应，以CAT颗粒形成结焦中心，附着在该中心逐渐扩大。
沸点较高的油气附着于CAT或设备表面，在高温长时间的共同作用下，形成结焦中心。 尤其是重质油没有裂化的组分，更容易发生此类结焦的化学反应。
一般来说，沉降器和反应器结焦，最主要的原因为提升管和沉降器内存在液相形态的小油滴，这些小油滴吸附在结焦部位，通过一个生产周期的长时间停留，并在高温的作用下，逐渐发生缩合反应，生成焦炭。
3 影响沉降器结焦的主要因素和应对
原料汽化不完全而产生的“湿CAT”中，含有大量的油气组分，催化裂化反应后，一些重组分的冷凝，是沉降器结焦的物理原因。因此，调节合理的汽提蒸汽流量，可以缓解沉降器内部的结焦倾向。
稠环芳烃、胶质和沥青质，更容易产生焦炭。通过油气中烯烃、二烯烃的聚合反应、环化反应，增加反应器和沉降器的结焦倾向。改善原料油的性质。进行原料预处理也尤其重要，蜡油通过加氢可以增加饱和度，让结焦减少。
3．1 原料性质的影响和应对
蜡油中的组分，很大程度上影响结焦的速度和数量。原料里面含有稠环芳烃、胶质、沥青质等重组分越多，越容易发生缩合反应。影响提升管反应器喷嘴的雾化效果，降低汽化率，使得催化剂中含油量增加。
3．2 进料汽化率影响结焦和应对
进入提升管的原料油通过喷嘴将其打碎，和雾化蒸汽一起射向催化剂进行反应。汽化率是指进料进入提升管反应器内的液体油品与CAT接触后由液相变成汽相的能力，汽化率越高表明进料的汽化效果越好。通过提高剂油比，可以增加转化率，提高汽化效果，减少结焦。
3．2．1 反应温度的影响
反应温度直接影响产品的转化率和反应速度以及化学反应推动力，是FCC反应的一个重要操作参数。再生滑阀开度，也就是剂油比决定了原料油与CAT接触后的初始汽化温度，原料预热温度也对这个参数有所影响。控制适当的原料预热温度和剂油比，可以有效增加原料初始汽化率，减少焦炭的形成。
3．2．2 喷嘴雾化效果的影响
反应温度高，CAT循环量大，剂油比增加。单位时间内通过提升管的CAT活性中心也就越多，通过雾化后的油滴可以接触到更多的CAT活性中心，一次汽化的效果越好。如果雾化效果不佳，雾化后的油滴过大，就会延长油滴的汽化时间，从而增加了沉降器结焦的倾向。
3．3 油气停留时间的影响和应对方案
缩合反应需要长时间来进行，因此要想方设法缩短油气停留时间，在避免二次反应的同时，也降低了焦炭的产生。反应器和沉降器中，在沉降器中间部位的地方，油气流动处于高速流动状态，流动速度快，停留时间较短，一般来说不会结焦。而在沉降器器壁和死区附近，油气运动速度降低，油气停留时间长延长，增加了缩合反应倾向。适当调整油气线速，可以避免提升管内部过早结焦。光滑的器壁一旦挂焦，则生焦速度会大幅度加快。
3．4 反再系统内部设备的影响
3．4．1 为保证原料油进入提升管喷嘴后有不错的雾化效果，要求喷嘴的流量要一致，不能走偏流。衬里要坚固耐磨，还要增加喷嘴护套和热偶护套保护措施。一旦偏流，则会造成喷嘴上部负荷不均匀，磨坏护套，加快结焦速度。
3．4．2 油气线影响
油气线内部发生重组分缩合反应，其外部保温效果越差或者器壁温度升高，则会增加油气线内部结焦。油气线的曲率设置、直径、气体流速直接影响结焦的速度，因此要选择直径较小，流速较快的油气线，减少结焦。
4 结束语
结焦不仅会影响装置的安全运行，更会降低加工量，严重结焦则会导致非计划停工。因此用技术手段处理结焦问题，可以大大提高装置的安全性，为装置长周期运行保驾护航。