抗焦阻垢剂HK-54 在延迟焦化装置上的工业应用

钱 峰，王旭忠，付 鑫，程文武，金 斌

（1.山东滨化滨阳燃化有限公司，山东 滨州 256600；2.浙江杭化科技股份有限公司，浙江 湖州 313200）

延迟焦化过程是将渣油等原料在焦化炉内加热到反应温度为495～505 ℃，并在高流速和短停留时间的条件下，使原料基本不发生或只发生少量裂化反应就迅速离开焦化炉而进入其后绝热的焦炭塔内，借助自身的热量，原料在延迟状态下进行裂化和生焦缩合反应，是渣油轻质化的重要加工工艺[1-3]。随着原油加工深度不断提高，轻质油拔出率不断上升，焦化原料中的重组分、残炭和机械杂质等含量都有所增加，这给延迟焦化的加工带来不利影响，尤其会使炉管结焦严重，增加装置整体能耗、影响炉管寿命和缩短装置的运行周期[4-7]。

山东滨化滨阳燃化有限公司延迟焦化装置于2009 年建成投产，设计能力为100 万t /a。 装置采用1 炉2 塔的工艺路线，主要由反应部分、分馏吸收部分及水系统组成，以减压渣油和催化油浆为原料，产品为干气、液态烃、汽油、柴油、蜡油及石油焦。 延迟焦化装置在运行过程中存在严重的加热炉炉管结垢的问题，使得炉管温度升高，能耗增加，运行周期缩短。

针对以上问题，公司与浙江杭化科技股份有限公司进行了多次技术交流，决定试用其抗焦阻垢剂HK-54 来解决上述问题。

1 加热炉炉管结焦结垢原因分析

延迟焦化加热炉炉管的焦垢成分主要以焦炭为主，并含有少量的无机垢。焦垢的生成机理如下：（1）焦化原料油中含有大量的胶质、沥青质及多环芳烃，在溶解的微量氧引发下，发生氧化链反应生成聚合物，沉积在设备表面上；（2） 沉积在设备表面上的垢物在长期高温及渣油中铁和镍等重金属的催化作用下，不断发生脱氢缩合反应，生成焦炭。 渣油中的稠环芳烃、胶质和沥青质也能直接发生脱氢缩合反应；（3） 原料渣油中的无机盐未被脱干净，带入加热炉中，当无机盐在管道中不断聚集形成大颗粒，其沉降速度大于渣油流速时，颗粒就会沉积在管壁上形成积垢；（4） 渣油中的金属有机化合物在高温下分解，生成无机盐，以及渣油中的有机酸对金属的腐蚀产物，也会聚集成大颗粒，并被聚合物粘附在设备内表面上形成积垢。

2 抗焦阻垢剂HK-54 的物性指标及作用机理

2.1 抗焦阻垢剂HK-54 的物性指标

抗焦阻垢剂HK-54 的物性指标详见表1。

2.2 抗焦阻垢剂HK-54 的作用机理

抗焦阻垢剂HK-54 的作用机理：（1） HK-54 具有金属钝化性能，能与渣油中的金属离子反应形成稳定的络合物，由此生成的产物不会发生催化脱氢缩合反应和氧化链反应。（2） HK-54 具有抗氧化性能，可抑制体系中微量氧引发的氧化链反应。 （3）HK-54 具有清洁分散性能，一旦有少量积垢或腐蚀产物形成，能阻止它们聚集，以限制颗粒增大而沉积。 对于已经吸附在设备表面上的积垢，HK-54 也能将其洗涤下来，分散在油中，使金属表面保持清洁。（4） HK-54 具有缓蚀和酸中和作用，能够中和渣油中的有机酸，防止其对金属设备的腐蚀。（5） HK-54还具有成膜剂，它是一种表面活性剂，分子一端带极性基团，另一端为油溶性的羟基基团，对金属表面具有很强的亲和力，能牢固地吸附在金属表面上，使金属表面形成一层保护膜，防止磨损。

3 抗焦阻垢剂加注方式及加热炉工况条件

3.1 抗焦阻垢剂加注方式

延迟焦化装置于2018 年7 月开车，于2019 年2月开始抗焦阻垢剂工业应用，至2020 年2 月4 日因受新冠疫情影响装置停车检修。在工业试验过程中，采用计量泵将HK-54 连续注入系统中，注入点为加热炉的原料入口管线上，加注质量分数为100×10-6（以原料处理量为基准）。

3.2 加热炉工况条件

延迟焦化装置加热炉的工况条件如表2 所示，加热炉辐射段共有第1 路、第2 路、第3 路和第4 路4根炉管，2019 年2 月～2020 年2 月工业试验期间，加热炉辐射量和炉管出口温度基本保持稳定，每根炉管辐射量为40 t/h左右，炉管出口温度为490 ℃左右。

表2 延迟焦化装置加热炉工况条件

4 应用效果评价

4.1 辐射段炉管壁温度上升速率大幅下降

加热炉辐射段炉管壁温度是制约加热炉运行周期的重要参数之一。 在加热炉运行过程中，加热炉炉管结焦后会在炉管表面粘附一层焦垢，由于焦垢导热性质差，会降低炉管对物料的传热效果。 随着运行时间增加，焦垢层越来越厚，炉管对物料的传热效果也越来越差，为保持加热炉出口温度不变，所需的炉膛和炉管温度也越来越高，装置能耗不断增加。 当加热炉炉管壁温度达到使用极限时，则需对加热炉进行停炉清焦。 因此，在保持辐射量和加热炉进出口温度不变的情况下，可以通过对比加抗焦阻垢剂前后炉管壁温度变化趋势，来评价抗焦阻垢剂的应用效果。

延迟焦化装置加热炉辐射段共有4 根炉管，每根炉管有9 个测温点，分别为M、N、P、Q、R、S、T、H、K。 抗焦阻垢剂工业应用试验期间各测温点数据如图1、2、3 和4 所示。

从图1、2、3 和4 中可以看到，4 根炉管所有测温点温度呈缓慢上升趋势，升温速率均较慢。 加热炉使用抗焦阻垢剂前4 根炉管壁平均升温速率为8～10 ℃/月，使用抗焦阻垢剂后4 根炉管壁升温速率如表3 所示。

从表3 可知，所有测温点升温速率最大为4.3℃/月，最小为-0.1 ℃/月。 其中第1 路9 个测温点平均升温速率为2.7 ℃/月，第2 路为1.2 ℃/月，第3 路为1.9 ℃/月，第4 路为1.5 ℃/月。 加热炉炉管升温速率大幅减慢，表明抗焦阻垢剂抑焦除垢效果明显，辐射段炉管结焦速率显著降低，有助于降低装置能耗，延长辐射段炉管使用寿命。

4.2 运行周期大幅延长

加注抗焦阻垢剂的主要目的是为了延长延迟焦化装置的运行周期。延迟焦化装置自2009 年建成投产以来，由于加热炉炉管结焦结垢导致炉管壁升温迅速，延迟焦化装置运行周期不超过12 个月。最近一个周期从2018 年7 月开工，并于2019 年2月开始加注抗焦阻垢剂，至2020 年2 月因受新冠疫情影响装置非计划停车，连续运行了20 个月，且停车前所有测温点最高温度仅为638 ℃，仍未达到停炉指标。 延迟焦化装置运行周期大幅延长，避免了因装置停车造成的加工量降低、开停工能耗增加等不利影响，提高了装置整体经济效益。

图1 加热炉辐射段第1 路炉管壁温度

图2 加热炉辐射段第2 路炉管壁温度

图3 加热炉辐射段第3 路炉管壁温度

图4 加热炉辐射段第4 路炉管壁温度

表3 炉管壁升温速率

5 结论

山东滨化滨阳燃化有限公司延迟焦化装置加热炉应用抗焦阻垢剂HK-54 取得成功，大幅延长了装置运行周期，同时也产生了显著的经济效益，应用结果表明：

（1） 抗焦阻垢剂HK-54 对于延迟焦化原料具有显著的抑焦除垢效果，可显著降低加热炉辐射段炉管结焦速率，使炉管壁温度上升速率大幅下降，并可延长辐射段炉管使用寿命，降低装置能耗。

（2） 装置运行周期从12 个月以内延长至20 个月以上， 满足延迟焦化装置长周期稳定运行的要求，提高了经济效益，若能在开车初始就加注抗焦阻垢剂，效果更佳。

（3） 抗焦阻垢剂HK-54 使用期间，未发现对延迟焦化装置及产品造成负面影响。