錢 峰，王旭忠，付 鑫，程文武，金 斌

（1.山東濱化濱陽燃化有限公司，山東 濱州 256600；2.浙江杭化科技股份有限公司，浙江 湖州 313200）

延遲焦化過程是將渣油等原料在焦化爐內(nèi)加熱到反應(yīng)溫度為495～505 ℃，并在高流速和短停留時(shí)間的條件下，使原料基本不發(fā)生或只發(fā)生少量裂化反應(yīng)就迅速離開焦化爐而進(jìn)入其后絕熱的焦炭塔內(nèi)，借助自身的熱量，原料在延遲狀態(tài)下進(jìn)行裂化和生焦縮合反應(yīng)，是渣油輕質(zhì)化的重要加工工藝[1-3]。隨著原油加工深度不斷提高，輕質(zhì)油拔出率不斷上升，焦化原料中的重組分、殘?zhí)亢蜋C(jī)械雜質(zhì)等含量都有所增加，這給延遲焦化的加工帶來不利影響，尤其會(huì)使?fàn)t管結(jié)焦嚴(yán)重，增加裝置整體能耗、影響爐管壽命和縮短裝置的運(yùn)行周期[4-7]。

山東濱化濱陽燃化有限公司延遲焦化裝置于2009 年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為100 萬t /a。 裝置采用1 爐2 塔的工藝路線，主要由反應(yīng)部分、分餾吸收部分及水系統(tǒng)組成，以減壓渣油和催化油漿為原料，產(chǎn)品為干氣、液態(tài)烴、汽油、柴油、蠟油及石油焦。 延遲焦化裝置在運(yùn)行過程中存在嚴(yán)重的加熱爐爐管結(jié)垢的問題，使得爐管溫度升高，能耗增加，運(yùn)行周期縮短。

針對(duì)以上問題，公司與浙江杭化科技股份有限公司進(jìn)行了多次技術(shù)交流，決定試用其抗焦阻垢劑HK-54 來解決上述問題。

1 加熱爐爐管結(jié)焦結(jié)垢原因分析

延遲焦化加熱爐爐管的焦垢成分主要以焦炭為主，并含有少量的無機(jī)垢。焦垢的生成機(jī)理如下：（1）焦化原料油中含有大量的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及多環(huán)芳烴，在溶解的微量氧引發(fā)下，發(fā)生氧化鏈反應(yīng)生成聚合物，沉積在設(shè)備表面上；（2） 沉積在設(shè)備表面上的垢物在長期高溫及渣油中鐵和鎳等重金屬的催化作用下，不斷發(fā)生脫氫縮合反應(yīng)，生成焦炭。 渣油中的稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)也能直接發(fā)生脫氫縮合反應(yīng)；（3） 原料渣油中的無機(jī)鹽未被脫干凈，帶入加熱爐中，當(dāng)無機(jī)鹽在管道中不斷聚集形成大顆粒，其沉降速度大于渣油流速時(shí)，顆粒就會(huì)沉積在管壁上形成積垢；（4） 渣油中的金屬有機(jī)化合物在高溫下分解，生成無機(jī)鹽，以及渣油中的有機(jī)酸對(duì)金屬的腐蝕產(chǎn)物，也會(huì)聚集成大顆粒，并被聚合物粘附在設(shè)備內(nèi)表面上形成積垢。

2 抗焦阻垢劑HK-54 的物性指標(biāo)及作用機(jī)理

2.1 抗焦阻垢劑HK-54 的物性指標(biāo)

抗焦阻垢劑HK-54 的物性指標(biāo)詳見表1。

2.2 抗焦阻垢劑HK-54 的作用機(jī)理

抗焦阻垢劑HK-54 的作用機(jī)理：（1） HK-54 具有金屬鈍化性能，能與渣油中的金屬離子反應(yīng)形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，由此生成的產(chǎn)物不會(huì)發(fā)生催化脫氫縮合反應(yīng)和氧化鏈反應(yīng)。（2） HK-54 具有抗氧化性能，可抑制體系中微量氧引發(fā)的氧化鏈反應(yīng)。 （3）HK-54 具有清潔分散性能，一旦有少量積垢或腐蝕產(chǎn)物形成，能阻止它們聚集，以限制顆粒增大而沉積。 對(duì)于已經(jīng)吸附在設(shè)備表面上的積垢，HK-54 也能將其洗滌下來，分散在油中，使金屬表面保持清潔。（4） HK-54 具有緩蝕和酸中和作用，能夠中和渣油中的有機(jī)酸，防止其對(duì)金屬設(shè)備的腐蝕。（5） HK-54還具有成膜劑，它是一種表面活性劑，分子一端帶極性基團(tuán)，另一端為油溶性的羥基基團(tuán)，對(duì)金屬表面具有很強(qiáng)的親和力，能牢固地吸附在金屬表面上，使金屬表面形成一層保護(hù)膜，防止磨損。

3 抗焦阻垢劑加注方式及加熱爐工況條件

3.1 抗焦阻垢劑加注方式

延遲焦化裝置于2018 年7 月開車，于2019 年2月開始抗焦阻垢劑工業(yè)應(yīng)用，至2020 年2 月4 日因受新冠疫情影響裝置停車檢修。在工業(yè)試驗(yàn)過程中，采用計(jì)量泵將HK-54 連續(xù)注入系統(tǒng)中，注入點(diǎn)為加熱爐的原料入口管線上，加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100×10-6（以原料處理量為基準(zhǔn)）。

3.2 加熱爐工況條件

延遲焦化裝置加熱爐的工況條件如表2 所示，加熱爐輻射段共有第1 路、第2 路、第3 路和第4 路4根爐管，2019 年2 月～2020 年2 月工業(yè)試驗(yàn)期間，加熱爐輻射量和爐管出口溫度基本保持穩(wěn)定，每根爐管輻射量為40 t/h左右，爐管出口溫度為490 ℃左右。

表2 延遲焦化裝置加熱爐工況條件

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

4.1 輻射段爐管壁溫度上升速率大幅下降

加熱爐輻射段爐管壁溫度是制約加熱爐運(yùn)行周期的重要參數(shù)之一。 在加熱爐運(yùn)行過程中，加熱爐爐管結(jié)焦后會(huì)在爐管表面粘附一層焦垢，由于焦垢導(dǎo)熱性質(zhì)差，會(huì)降低爐管對(duì)物料的傳熱效果。 隨著運(yùn)行時(shí)間增加，焦垢層越來越厚，爐管對(duì)物料的傳熱效果也越來越差，為保持加熱爐出口溫度不變，所需的爐膛和爐管溫度也越來越高，裝置能耗不斷增加。 當(dāng)加熱爐爐管壁溫度達(dá)到使用極限時(shí)，則需對(duì)加熱爐進(jìn)行停爐清焦。 因此，在保持輻射量和加熱爐進(jìn)出口溫度不變的情況下，可以通過對(duì)比加抗焦阻垢劑前后爐管壁溫度變化趨勢(shì)，來評(píng)價(jià)抗焦阻垢劑的應(yīng)用效果。

延遲焦化裝置加熱爐輻射段共有4 根爐管，每根爐管有9 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，分別為M、N、P、Q、R、S、T、H、K。 抗焦阻垢劑工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)期間各測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)如圖1、2、3 和4 所示。

從圖1、2、3 和4 中可以看到，4 根爐管所有測(cè)溫點(diǎn)溫度呈緩慢上升趨勢(shì)，升溫速率均較慢。 加熱爐使用抗焦阻垢劑前4 根爐管壁平均升溫速率為8～10 ℃/月，使用抗焦阻垢劑后4 根爐管壁升溫速率如表3 所示。

從表3 可知，所有測(cè)溫點(diǎn)升溫速率最大為4.3℃/月，最小為-0.1 ℃/月。 其中第1 路9 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)平均升溫速率為2.7 ℃/月，第2 路為1.2 ℃/月，第3 路為1.9 ℃/月，第4 路為1.5 ℃/月。 加熱爐爐管升溫速率大幅減慢，表明抗焦阻垢劑抑焦除垢效果明顯，輻射段爐管結(jié)焦速率顯著降低，有助于降低裝置能耗，延長輻射段爐管使用壽命。

4.2 運(yùn)行周期大幅延長

加注抗焦阻垢劑的主要目的是為了延長延遲焦化裝置的運(yùn)行周期。延遲焦化裝置自2009 年建成投產(chǎn)以來，由于加熱爐爐管結(jié)焦結(jié)垢導(dǎo)致爐管壁升溫迅速，延遲焦化裝置運(yùn)行周期不超過12 個(gè)月。最近一個(gè)周期從2018 年7 月開工，并于2019 年2月開始加注抗焦阻垢劑，至2020 年2 月因受新冠疫情影響裝置非計(jì)劃停車，連續(xù)運(yùn)行了20 個(gè)月，且停車前所有測(cè)溫點(diǎn)最高溫度僅為638 ℃，仍未達(dá)到停爐指標(biāo)。 延遲焦化裝置運(yùn)行周期大幅延長，避免了因裝置停車造成的加工量降低、開停工能耗增加等不利影響，提高了裝置整體經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 加熱爐輻射段第1 路爐管壁溫度

圖2 加熱爐輻射段第2 路爐管壁溫度

圖3 加熱爐輻射段第3 路爐管壁溫度

圖4 加熱爐輻射段第4 路爐管壁溫度

表3 爐管壁升溫速率

5 結(jié)論

山東濱化濱陽燃化有限公司延遲焦化裝置加熱爐應(yīng)用抗焦阻垢劑HK-54 取得成功，大幅延長了裝置運(yùn)行周期，同時(shí)也產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用結(jié)果表明：

（1） 抗焦阻垢劑HK-54 對(duì)于延遲焦化原料具有顯著的抑焦除垢效果，可顯著降低加熱爐輻射段爐管結(jié)焦速率，使?fàn)t管壁溫度上升速率大幅下降，并可延長輻射段爐管使用壽命，降低裝置能耗。

（2） 裝置運(yùn)行周期從12 個(gè)月以內(nèi)延長至20 個(gè)月以上， 滿足延遲焦化裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的要求，提高了經(jīng)濟(jì)效益，若能在開車初始就加注抗焦阻垢劑，效果更佳。

（3） 抗焦阻垢劑HK-54 使用期間，未發(fā)現(xiàn)對(duì)延遲焦化裝置及產(chǎn)品造成負(fù)面影響。