延迟焦化加热炉除焦剂研究及应用

杨红杰 郭效兵

山东东明石化集团有限公司

摘  要：对于延迟焦化加热炉除焦剂的研究和应用，需要了解研究的背景和意义以及延迟焦化技术的原理。从而探究在延迟焦化加热炉中结焦的原因，并且分析结焦的种类和危害，从而明确除焦的措施。该文就浅谈延迟焦化加热炉除焦剂研究及应用。炉管结焦会影响加热炉的正常运行，加热炉又是焦化最为核心的设备之一。通过工艺改进法和添加化学助剂可以有效解决这些问题。

关键词：延迟焦化技术  加热炉  除焦剂  研究与应用

近几年中，随着生产水平的快速提高，原油开采变得更加频繁，原油成分变重，与此同时，减压深拔技术广泛的应用，延迟焦化装置加热炉设备设施结垢日益严重，严重影响了装置运行的效率，后期造成炉管堵塞，使装置的生产出现问题，使延迟焦化的生产经济效益下降[1]。工艺改进法是通过改变其工艺流程或者增加过滤设备来控制炉管结焦;为了使原料油在炉管表面不形成焦垢或减慢形成焦垢的速度，一般是添加具有抗氧化、清净、分散及钝化金属特性的化学助剂[2，3]。

阻焦剂的使用可以降低资金投入，可以高效解决炉管结焦等问题。

1  研究背景及意义

从20世纪50年代初，大多炼油化工企业通过增加辅助设备改善结垢情况，20世纪70年美国利用添加化学试剂的方式改善结垢问题，取得较好效果。取得了较好的效果。正常生产时，加热炉炉管内物料流速较低，介质在炉管中停留时间长，有结焦积垢风险，西北多数石油企业使用注水、注汽等手段来减缓加热炉炉管结焦，但效果不是很明显，尽管有多种阻焦剂，但随着原料成分和原油性质的变化，其质量人令人堪忧。

根据我国乌石化炼油厂延迟焦化装置实际的加工情况，对其加热炉工艺参数指标和原油性质进行分析，选取高效的阻焦产品，对实现装置长期稳定运转提高装置经济效益有着重要意义。

2  延迟焦化技术概述

在原油量日益减少，原油质量重质化和需求量的增加的背景下，延迟焦化逐渐成为渣油和重油的主要加工装置。延迟焦化以裂解缩合反应为主，因其工艺相对简单，可以加工高胶质沥青质原油产生的渣油，该装置是重质油加工的最佳选择。

3  延迟焦化加热炉炉管结焦原因

炉管结焦主要产生的影响有以下几个方面。

3.1 原料油自身的影响

（1）原料油含盐和固体杂质;（2）自身特性因数;（3）康氏残炭。

3.2 加热炉炉管内表面吸附力的影响

炉管表面的吸附能力由粗糙程度直接影响，结焦速度还与边界层的压力，流速和介质浓度有关，因此，控制边界层厚度也很重要。

3.3 加热炉炉管壁温度的影响

炉管内介质边界底层油膜温度会直接影响到结焦的速度，相关资料显示，油膜温度每增加10℃，就会导致缩合反应速度增加1倍之多。

3.4 减压渣油在加热炉炉管中流动状态的影响

介质流速越快，胶粉越不易在炉管附着，介质处在湍流状态下，伴随着大量撞击，带走胶粉，提高注气量可以大大减少炉管结焦形成。

3.5 其他因素

（1）火嘴燃烧情况;（2）直接携带焦粉;（3）原料预混情况。

4  加热炉炉管结焦造成的危害

加热炉结焦给生产造成的影响很大，体现在以下方面。

4.1 能耗增加

焦块作为不良导体，导热效率极低，炉管生焦造成炉管传热效率远低于洁净的炉管，造成加热炉热效率降低，加大瓦斯燃烧量。其次，由于炉管结焦，管内介质流通性变差，使得相关泵，换热器能耗增加。产品产量降低装置运行后期，炉管内往往存在结焦现象，使得装置加工量下降，炉管偏流现象严重，产品质量变差。

4.2 设备投资增加

为了减少炉管结焦带来的影响，加大设备设施传质传热，相应投资增加，增加清洗费用，浪费工时。

5  防止炉管结焦措施

5.1 改善原料性质

根据实际情况调节油品生焦温度，在靠近延迟焦化装置加热炉出口处使油品分解，与原分解部位相比更加靠后，不易结焦。

5.2 循环比升高

循环油焦质沥青质含量低，加大循环量，可以防止炉管结焦，控制加热炉生产温度，操作中，加强当班火嘴燃烧情况检查，主操对加热炉参数进行监盘，将温度控制在生产指标范围内，适当增加注气量，调整炉管内介质流速。

6  阻焦剂种类

伴随着科技不段进步，人们开始研究结焦原因，开发出在原油中加入化学试剂的方法，来抑制炉管结焦形成，人们将这种东西称为阻焦剂。

阻焦化学试剂是通过反应来阻止结焦现象的产生。与其他方式不同，阻焦剂是根据渣油结焦原理研制的，从根本上对结交这一现象进行研究，防止炉管结焦现象跟明显。

一般来说，阻焦剂是由多种添加剂和溶剂混合而成，加入量小于200µg/g，直接加在原料中，使用方便，适用在重油生产装置。

一般有聚鏈烯基琥珀酰亚胺及其衍生物、磷类阻焦剂、硫类阻焦剂等。

7  实验说明

对不同阻焦剂进行实验，根据现实情况，观察炉管结焦现象，并对其进行说明，实验原理通过添加阻焦剂一段时间后，加热炉贴片温度的变化和未加阻焦剂炉管的贴片温度进行比值比较来选取最优最适合的阻焦试剂。

（（C-c）-（C0-c0））÷（C-c）                                  （1）

公式（1）中C为反应前温度;c为生产后温度;C0为添加阻焦剂温度;c0为生产后添加阻焦剂温度。

该文选用的原料为罐区-常减压混合渣油，性质如下：密度（20℃）994kg/m3，闪点（闭口），65℃，运动黏度40，元素组成86%，H12%，S0.4%，N1.2%，烃组成饱和烃20.1%，芳烃38.2%，焦质44.2%。

加入相同的试剂后，选出合适的阻焦试剂，并选用效率最大值区间，来进一步节约用量。

8  社会经济意义

焦化装置的主要设备—加热炉，结焦问题对生产造成很大影响，当前，解决炉管结焦手段的主要分为两大类，改变其工艺流程，增加辅助设备，或者，添加化学添加剂来延缓炉管结焦状况，改编工艺流程，加大循环比，效果明显，但其需耗费大量资金与工时，添加化学添加剂来抑制炉管结焦现象，是利用其抗氧化、清净、分散及钝化金属等特性，使用化学试剂，对环境并不会造成污染。同时，对生产上来说，延长了装置正常运行的时间，加热炉在后期也可以保证较高的热效率，装置保证在高负荷运行，完成生产经济指标，减少了在线清焦次数，减少对炉管的伤害，已经成为现代炼油企业解决结焦现象的常用手段。

根据现场实际生产情况，对不同的原料油性质进行分析结合生焦机理，选取合适的阻焦剂对现实生产有着很大的现实意义。

参考文献

[1] 张广林，王国良.炼油助剂应用手册[M].北京：中国石化出版社，2003.

[2] 瞿国华.延迟焦化工艺与工程[M].北京：中国石化出版社，2008：392-448.

[3] 张力，张政伟.延迟焦化加热炉炉管结焦原因分析及对策[J].石油炼制与化工，2010，41（1）：21-25.