催化裂化裝置優(yōu)化研究
2015-04-29 00:00:00李洪成
【摘 要】催化裂化裝置由于近年來生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，及原油被提煉的多樣性，要求我們?cè)谏a(chǎn)過程中，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索規(guī)律，優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)。本文利用數(shù)值模擬軟件，進(jìn)行運(yùn)算，力求研究出優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，服務(wù)生產(chǎn)，提高效率。
【關(guān)鍵詞】催化裂化；優(yōu)化；數(shù)值計(jì)算
催化裂化（FCCU）是煉油廠中重要的二次加工過程。催化裂化主要由三部分組成，即反應(yīng)一再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，其主要作用是在加熱和催化劑的共同作用下，將常壓渣油、蠟油、脫瀝青渣油等重質(zhì)餾分油轉(zhuǎn)換成高質(zhì)量的干氣、液化氣、汽油和柴油。
本文以撫順石化某催化裂化裝置分餾和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)為研究背景，采用Aspen plus流程模擬軟件對(duì)分餾和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行了建模，通過與實(shí)際工業(yè)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可靠性，所建模型對(duì)于指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。
1.催化裂化簡(jiǎn)介
上個(gè)世紀(jì)30年代，出現(xiàn)了工業(yè)化的催化裂化工藝，當(dāng)時(shí)是以固定床加工重瓦斯油的方式；流化催化裂化工業(yè)裝置是從上世紀(jì)中期建造完成并投入生產(chǎn)的；到了20世紀(jì)后半期，Kellogg公司的正流C型裝置可以加工常壓重油，這使重油催化裂化開始步入工業(yè)化。我國(guó)第一套流化催化裂化裝置于1965年建造成功并投入生產(chǎn)使用。世界對(duì)輕質(zhì)油的需求量在不斷提高，催化裂化工藝成為煉油行業(yè)最重要的技術(shù)手段之一。而我國(guó)的原油多為重質(zhì)的石蠟基原油，因此，非常重視重油催化裂化工藝的創(chuàng)新與提高。
催化裂化工藝裝置的作用在于通過催化劑，并在高溫的條件下，將常壓重油轉(zhuǎn)化提煉成質(zhì)量高的汽油、柴油、液化氣等等。其分為反應(yīng)再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。通過使用新的催化劑和創(chuàng)新工藝，撫順石化公司對(duì)裝置中的反應(yīng)再生系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新提升，一方面使得加工量與產(chǎn)率提升了，另一方面獲得了更高的經(jīng)濟(jì)效益。但如何保證產(chǎn)能與質(zhì)量、如何節(jié)能方面的問題也隨之出現(xiàn)。
催化裂化的研究可以追溯到19世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)煉油界先驅(qū)者M(jìn)cAfee在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)采用三氯化鋁作催化劑可以促進(jìn)裂化反應(yīng)，從而提高汽油產(chǎn)率。Gulf 石油公司據(jù)此于1915年建立了第一套工業(yè)化裝置[1]。
美國(guó)的Vacuum石油公司利用固體酸性催化劑的Houdry催化裂化工藝這一煉油技術(shù)，于1931年建成3500t/a的中型裝置，取得了工業(yè)化數(shù)據(jù)。1936年第一套100kt/a 的固定床催化裂化工業(yè)裝置開始投產(chǎn)。為克服固定床催化裂化裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、控制困難的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)催化劑在反應(yīng)和再生操作之間的循環(huán)，1948年HPC公司開發(fā)了Houdriflow移動(dòng)床催化裂化過程，標(biāo)志著移動(dòng)床催化裂化工藝的出現(xiàn)。兩年后第一套350kt/a工業(yè)化裝置投入生產(chǎn)作業(yè)，其主要特點(diǎn)是反應(yīng)器放在再生器項(xiàng)部。
可是移動(dòng)床工藝也存在一個(gè)問題，那就是催化劑的顆粒體積大，從而為催化傳質(zhì)帶來阻力，而流化催化裂化技術(shù)正是克服了這一問題，從螺旋送粉劑入手研究，取代了原有的技術(shù)，成為了后來各種流化床產(chǎn)生的先決條件[2]。
催化裂化裝置由反應(yīng)再生系統(tǒng)，分餾系統(tǒng)，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，構(gòu)成。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的作用是加工分餾塔頂油氣分離器中的粗汽油和富氣以及其他裝置的輕烴組分，目的是分離出干氣，并得到穩(wěn)定汽油和液化氣產(chǎn)品。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)包括氣壓機(jī)、吸收塔、解吸塔、再吸收塔和穩(wěn)定塔。也有的裝置是把吸收塔和解吸塔兩塔合一，由于效率不高，操作控制難度大，已經(jīng)逐步被雙塔流程所取代。隨著環(huán)保要求嚴(yán)格，脫硫系統(tǒng)一般也作為催化裂化裝置的一部分共同設(shè)計(jì)，也有進(jìn)行裝置之間聯(lián)合設(shè)立共同的脫硫處理系統(tǒng)，催化裂化裝置脫硫系統(tǒng)的作用是脫除液化氣和干氣中的含硫組分，產(chǎn)出合格產(chǎn)品。
2.建模及模擬運(yùn)算
根據(jù)催化裂化裝置主分餾塔所得富氣、粗氣油、柴油、回?zé)捰秃陀蜐{5個(gè)產(chǎn)品的流量和組成，混合后即可獲得主分餾塔的進(jìn)料組成及流量。分餾塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來定。
完成上述工作后，采用Aspen Plus流程模擬軟件建立了分餾塔的模型，熱力學(xué)計(jì)算方法選擇BK10，迭代方法選擇系統(tǒng)自帶的Wegstein法。
3.模擬結(jié)果分析與優(yōu)化
分餾塔的任務(wù)是把反應(yīng)產(chǎn)物切割成富氣、粗汽油、柴油、回?zé)捰秃陀蜐{，此外還要盡可能的取走分餾塔高品位的熱量，減少有效能的損失。本文根據(jù)所建立的ASPEN模型計(jì)算結(jié)果，首先分析了分餾塔各段取熱負(fù)荷。
由上述數(shù)據(jù)圖表可以看出目前分餾塔油漿取熱量在47.53%，取熱比例較好，但頂循取熱量達(dá)28.44%，這說明分餾塔低品位熱源取熱量偏大，中段循環(huán)取熱比例相對(duì)較低。另外從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上講，頂循取熱比例的偏大意味著中段循環(huán)帶來的內(nèi)回流量下降，柴油產(chǎn)率的下降和汽油收率的提高，這也與實(shí)際的產(chǎn)品方案是互相匹配的，在實(shí)際操作過程中，可以根據(jù)取熱比例和產(chǎn)品方案確定一個(gè)最佳操作點(diǎn)。
通常分餾塔的產(chǎn)品方案受市場(chǎng)影響明顯，有的時(shí)候希望多產(chǎn)柴油，有的時(shí)候希望多產(chǎn)汽油，而產(chǎn)品方案的不同往往通過控制器有干點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。汽油的干點(diǎn)主要通過頂循環(huán)抽出量和頂循環(huán)的返塔溫度來實(shí)現(xiàn)。本文研究了頂循環(huán)抽出量和頂循環(huán)的返塔溫度對(duì)汽油干點(diǎn)的影響規(guī)律。
上述模擬分析結(jié)果表明，頂循環(huán)流量越大、返塔溫度越低，頂循環(huán)取熱量越大，汽油的干點(diǎn)就越低。分餾塔柴油95%點(diǎn)的控制是通過調(diào)整一中循環(huán)量或一中返塔溫度來實(shí)現(xiàn)，本文研究了一中對(duì)柴油95%點(diǎn)影響規(guī)律。
本文建立了分餾系統(tǒng)的ASPEN模型，詳細(xì)分析了分餾塔的操作狀況、熱負(fù)荷狀況，研究了操作條件變化對(duì)粗汽油和柴油質(zhì)量的影響規(guī)律，通過模擬分析進(jìn)一步深化了對(duì)分餾過程理論的理解，提出了分餾操作改進(jìn)方案，并進(jìn)行了模擬論證，為今后進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
[1]陳俊武等.催化裂化工藝與工程（第二版），北京：中國(guó)石化出版社，2005.
[2]陸慶云.流化催化裂化（第二版），北京：烴加工出版社，1989：29-288.
