抗焦阻垢劑HK-54 在延遲焦化裝置上的工業應用

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加熱到反應溫度為495～505 ℃，并在高流速和短停留時間的條件下，使原料基本不發生或只發生少量裂化反應就迅速離開焦化爐而進入其后絕熱的焦炭塔內，借助自身的熱量，原料在延遲狀態下進行裂化和生焦縮合反應，是渣油輕質化的重要加工工藝[1-3]。隨著原油加工深度不斷提高，輕質油拔出率不斷上升，焦化原料中的重組分、殘炭和機械雜質等含量都有所增加，這給延遲焦化的加工帶來不利影響，尤其會使爐管結焦嚴重，增加裝置整體能耗、影響爐管壽命和縮短裝置的運行周期[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，設計能力為100 萬t /a。 裝置采用1 爐2 塔的工藝路線，主要由反應部分、分餾吸收部分及水系統組成，以減壓渣油和催化油漿為原料，產品為干氣、液態烴、汽油、柴油、蠟油及石油焦。 延遲焦化裝置在運行過程中存在嚴重的加熱爐爐管結垢的問題，使得爐管溫度升高，能耗增加，運行周期縮短。

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

1 加熱爐爐管結焦結垢原因分析

延遲焦化加熱爐爐管的焦垢成分主要以焦炭為主，并含有少量的無機垢。焦垢的生成機理如下：（1）焦化原料油中含有大量的膠質、瀝青質及多環芳烴，在溶解的微量氧引發下，發生氧化鏈反應生成聚合物，沉積在設備表面上；（2） 沉積在設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，不斷發生脫氫縮合反應，生成焦炭。 渣油中的稠環芳烴、膠質和瀝青質也能直接發生脫氫縮合反應；（3） 原料渣油中的無機鹽未被脫干凈，帶入加熱爐中，當無機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，顆粒就會沉積在管壁上形成積垢；（4） 渣油中的金屬有機化合物在高溫下分解，生成無機鹽，以及渣油中的有機酸對金屬的腐蝕產物，也會聚集成大顆粒，并被聚合物粘附在設備內表面上形成積垢。

2 抗焦阻垢劑HK-54 的物性指標及作用機理

2.1 抗焦阻垢劑HK-54 的物性指標

抗焦阻垢劑HK-54 的物性指標詳見表1。

2.2 抗焦阻垢劑HK-54 的作用機理

抗焦阻垢劑HK-54 的作用機理：（1） HK-54 具有金屬鈍化性能，能與渣油中的金屬離子反應形成穩定的絡合物，由此生成的產物不會發生催化脫氫縮合反應和氧化鏈反應。（2） HK-54 具有抗氧化性能，可抑制體系中微量氧引發的氧化鏈反應。 （3）HK-54 具有清潔分散性能，一旦有少量積垢或腐蝕產物形成，能阻止它們聚集，以限制顆粒增大而沉積。 對于已經吸附在設備表面上的積垢，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酸，防止其對金屬設備的腐蝕。（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，另一端為油溶性的羥基基團，對金屬表面具有很強的親和力，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應用，至2020 年2 月4 日因受新冠疫情影響裝置停車檢修。在工業試驗過程中，采用計量泵將HK-54 連續注入系統中，注入點為加熱爐的原料入口管線上，加注質量分數為100×10-6（以原料處理量為基準）。

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 月工業試驗期間，加熱爐輻射量和爐管出口溫度基本保持穩定，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 應用效果評價

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行周期的重要參數之一。 在加熱爐運行過程中，加熱爐爐管結焦后會在爐管表面粘附一層焦垢，由于焦垢導熱性質差，會降低爐管對物料的傳熱效果。 隨著運行時間增加，焦垢層越來越厚，爐管對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。 當加熱爐爐管壁溫度達到使用極限時，則需對加熱爐進行停爐清焦。 因此，在保持輻射量和加熱爐進出口溫度不變的情況下，可以通過對比加抗焦阻垢劑前后爐管壁溫度變化趨勢，來評價抗焦阻垢劑的應用效果。

延遲焦化裝置加熱爐輻射段共有4 根爐管，每根爐管有9 個測溫點，分別為M、N、P、Q、R、S、T、H、K。 抗焦阻垢劑工業應用試驗期間各測溫點數據如圖1、2、3 和4 所示。

從圖1、2、3 和4 中可以看到，4 根爐管所有測溫點溫度呈緩慢上升趨勢，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，所有測溫點升溫速率最大為4.3℃/月，最小為-0.1 ℃/月。 其中第1 路9 個測溫點平均升溫速率為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行周期。延遲焦化裝置自2009 年建成投產以來，由于加熱爐爐管結焦結垢導致爐管壁升溫迅速，延遲焦化裝置運行周期不超過12 個月。最近一個周期從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劃停車，連續運行了20 個月，且停車前所有測溫點最高溫度僅為638 ℃，仍未達到停爐指標。 延遲焦化裝置運行周期大幅延長，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，提高了裝置整體經濟效益。

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 結論

山東濱化濱陽燃化有限公司延遲焦化裝置加熱爐應用抗焦阻垢劑HK-54 取得成功，大幅延長了裝置運行周期，同時也產生了顯著的經濟效益，應用結果表明：

（1） 抗焦阻垢劑HK-54 對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焦速率，使爐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） 裝置運行周期從12 個月以內延長至20 個月以上， 滿足延遲焦化裝置長周期穩定運行的要求，提高了經濟效益，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，未發現對延遲焦化裝置及產品造成負面影響。