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。     

FCC沉降器内粗旋与顶旋连接结构的优化

 采用Reynolds应力输运模型和随机轨道模型对催化裂化沉降器内的流动状况进行了全尺寸的数值模拟,考察了不同的粗旋与顶旋分离器的连接结构对沉降器内流动状况的影响。为了反映真实的流动过程,计算中没有对沉降器空间和两级旋风分离器的复杂结构进行简化,并基本实现了完全结构化的网格划分。结果表明,粗旋分离器排气管出口的导流段有助于排出的油气直接进入顶旋分离器,降低进入沉降器的油气量,并减少油气在沉降空间内的停留时间,降低了沉降器内发生结焦的可能性,为优化沉降器结构的设计提供了新的方法。     

催化裂化装置反应系统防结焦技术分析

叙述了催化裂化装置结焦的危害并指出油气重组分冷凝油滴是结焦的内因,油气所处的环境是结焦的外因。从焦块组成与焦块催化剂粒度分布可看出,焦炭中氢的质量分数不足4%,主要是催化剂细粉与高度缩合的碳氢化合物。在操作波动、沉降器温度变化时,很容易发生焦块脱落影响反应再生系统催化剂循环,从而导致非计划停工,影响长周期稳定运行。避免出现"未汽化油"和"湿"催化剂是防治反应系统结焦的有效手段,合理适度提高反应深度,降低反应器油气中油浆重馏分含量,也是减缓抑制结焦的重要手段之一。通过优化原料组成、采用MIP/MIP-CGP工艺和RICP工艺等新技术、优化粗旋设计和在粗旋灰斗增设预汽提器、优化提升管出口连接形式、操作上控制油浆不回炼并尽可能减少回炼油,规范开停工程序等有效防范和抑制结焦的措施,可以实现催化裂化装置长周期稳定运行。     

FCC沉降器内粗旋出口导流长度对油气流动的影响

 采用Reynolds应力输运模型和随机轨道模型对催化裂化沉降器内的流动状况进行了全尺寸的数值模拟,考察了粗旋分离器排气管出口导流段长度对沉降器内流动状况的影响。为了反映真实的流动过程,计算中没有对沉降器空间和两级旋风分离器的复杂结构进行简化,并实现了完全结构化的网格划分。结果表明,粗旋分离器排气管出口的导流段有助于排出的油气直接进入顶旋分离器,降低进入沉降器的油气量,并减少油气在沉降空间内的停留时间,降低了沉降器内发生结焦的可能性;随着导流段长度的增加,直接进入顶旋的油气量也随之增加,而粗旋和顶旋分离器的压降基本不变,对反应器内的压力平衡基本没有影响。     

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。     

350万t/a重油催化裂化装置防焦对策

为了解决装置结焦问题,中国石油广西石化公司350万t/a重油催化裂化装置采用美国UOP公司提升管出口快分系统和优混喷嘴技术对操作条件进行优化。结果表明,采取降低预热温度、反应压力、分馏塔塔底温度等措施后,大油气管线、沉降器集气室、提升管出口快分旋分器出口以及分馏油浆系统均未发生结焦。     

催化裂化沉降器顶旋风分离器直连改造后料腿结焦原因分析

催化裂化装置沉降器顶旋风分离器(顶旋)由软连接改直连后，设备结构变化使得汽提油气停留时间和流动轨迹发生变化，装置操作条件波动，降低原料油雾化蒸汽流量等因素导致沉降器顶旋料腿及汽提段结焦。提出了以下改进措施：恢复原设计沉降器顶旋直连改造前的平衡管长度，控制相对较高的汽提蒸汽流量，使汽提油气停留时间少于10 s,同时保证沉降器顶旋翼阀处不结焦，使料腿下料顺畅；避免加工焦化蜡油等含多环芳烃较易发生缩合结焦的原料；原料油雾化蒸汽控制不低于喷嘴设计值，保证喷嘴雾化效果，同时控制再生剂温度不低于680℃,使原料油中高沸点组分遇高温再生剂瞬间气化，提高剂油比使原料雾化液滴与更多的再生剂接触气化发生催化裂化反应，减少热裂化反应生成结焦前身物。     

沉降器旋风分离器直连技术在长庆石化的工业应用

中国石油长庆石化公司 1.4 Mt/a 催化裂化装置自建成以来,一直存在沉降器结焦现象,制约装置长周期运行。该装置沉降器旋风分离器采用软连接结构,分析认为软连接结构处油气的呼吸效应造成油气逃逸后在沉降器停留时间过长,这是引起沉降器结焦的根本原因。在2016年技术改造中,将沉降器旋风分离器由软连接改为直连,取消二段回炼油提升管,回炼油及原料混合后进入一段提升管。改造结果表明：沉降器基本不结焦,旋风分离器直连操作弹性较大,沉降器压力波动时无催化剂跑损现象,油浆固含量合格;沉降器上部空间基本无油气滞留,未发生明显结焦现象;轻质油收率提高0.61百分点,汽油辛烷值提高0.47个单位,液化气丙烯体积分数上升0.54百分点。     

沉降器旋风分离器直连技术的工业应用

中国石油长庆石化公司1.4 Mt/a催化裂化装置自建成以来,一直存在沉降器结焦问题,制约装置长周期运行。该装置沉降器旋风分离器采用软连接结构,分析认为软连接结构处油气的呼吸效应造成油气逃逸后在沉降器停留时间过长,这是引起沉降器结焦的根本原因。在2016年技术改造中,将沉降器旋风分离器由软连接改为直连,取消二段回炼油提升管,回炼油及原料混合后进入一段提升管。改造结果表明:沉降器基本不结焦,旋风分离器直连操作弹性较大,沉降器压力波动时无催化剂跑损现象,油浆固含量合格;沉降器上部空间基本无油气滞留,未发生明显结焦现象;轻质油收率提高0.61百分点,汽油辛烷值提高0.47个单位,液化气丙烯体积分数上升0.54百分点。     

催化裂化提升管出口紧凑式旋流快分系统

 基于旋流快分系统（VQS）在重油催化裂化工业装置中的成功应用与推广,提出了一种适用于重油催化裂化双提升管装置的紧凑式旋流快分系统（CVQS）。该系统由两级高效旋流快分器串联组成,第二级高效旋流快分器取代顶旋;采用紧凑式旋流快分系统不仅可以降低设备投资,而且可以显著缩短油气在沉降器内的停留时间,从而有助于解决沉降器内油气的滞留、返混和装置结焦等问题。在研究新型高效隔流筒和旋流头的基础上,考察了CVQS系统两种串联方案的分离性能,结果表明,两级高效旋流快分器优化匹配后,系统的总分离效率大大提高,可更好地实现气、固两相的快速高效分离。     

重油催化裂化沉降器结焦原因分析

分析了重油催化裂化沉降器结焦的原因，认为反应油气中含有催化剂颗粒以及油气中重组分的冷凝是沉降器结焦的物理原因，而重芳烃、胶质、沥青质的高温缩合则是沉降器结焦的化学因素。因此，防止沉降器结焦的关键是抑制油气重组分的冷凝和减少油气在沉降器内的停留时间。     

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。     

新型紧凑式催化裂化沉降系统的实验研究

 在对旋流快速分离器流场和性能研究的基础上，开发了一种应用于催化裂化装置的新型高效旋流快速分离器（旋流快分），并提出了由两级串联的该旋流快分器组成的新型紧凑式催化裂化沉降系统。该系统不仅可以降低设备投资，而且可以显著缩短油气在沉降器内的停留时间，从而有效地减缓油气在沉降器内的结焦反应，改善产品的分布。在大型的冷模实验装置上系统考察了该新型紧凑式沉降系统的性能，实验结果表明，该系统操作稳定，调节灵活，在设计点附近总分离效率可达到99.99％，系统总压降在10kPa以内，基本可以满足工业装置的需要。     

FCC提升管快分器结构形式对油气在沉降器内停留时间的影响

比较了四种结构形式FCC提升管快分器油气在沉降器内的停留时间,通过改进提升管出口快分器的结构形式改变油气的流动路线,改变快分器各出口分支路油气的上升速度和油气量的分配,可以缩短油气停留时间,改善油气的停留时间分布。实践证明,要实现油气和催化剂真正意义上的快速分离和油气的快速引出,应该减小或消除沉降器油气流动的低速空间和扩散空间,提高油气的流动速度。     

催化裂化装置沉降器内油气-催化剂流动过程的数值模拟研究

采用欧拉-欧拉法,对催化裂化装置沉降器内油气及催化剂的流动状态进行了数值模拟。对比装置上观察到的操作现象及工艺操作数据可以看出,模拟计算结果与实际工业数据较为接近。通过对沉降器内流体流动的规律进行分析,提出了导致反应油气结焦的可能原因,对催化裂化装置后续的操作优化及设计改进提供了依据。     

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。     

催化裂化装置沉降器顶旋升气管外壁结焦过程的分析

通过旋风分离器升气管外壁表面的粉灰沉积试验,进一步说明催化裂化装置沉降器顶旋升气管外壁结焦的原因是管壁表面存在着低速的"滞流区"。具有结焦倾向的油气液滴和细催化剂颗粒在气流的湍流扩散和环行空间二次涡等多种因素作用下进入"滞流层"并沉积在升气管表面,尤其是顺压力梯度区域。这些具有结焦倾向的油气液滴吸咐在催化剂细粉上形成结焦中心,并逐渐长大形成焦块。这种焦块对催化裂化装置的运行具有潜在的危害性。     

催化裂化提升管结焦原因及对策

中国石油化工股份有限公司武汉分公司Ⅱ套催化裂化装置提升管压力降上升和产品分布变差,分析发现提升管结焦是主要原因。对提升管结焦原因进行了分析,提出了相应的对策,包括提高雾化蒸汽量、确保待生线路推动力、适当提高再生器床层温度、用减压蜡油作开工原料等。措施实施后,经过近10个月的运行表明,装置运行平稳。     

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。