催化重整裝置原料優(yōu)化分析

徐慶輝，湯　帥，劉艷偉，李俊飛（中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng)　471012）

催化重整裝置原料優(yōu)化分析

徐慶輝，湯帥*，劉艷偉，李俊飛
（中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng)471012）

摘要：催化重整裝置的主要目的是通過(guò)脫氫芳構(gòu)化或異構(gòu)化等反應(yīng)，將低辛烷值的組分轉(zhuǎn)化成高辛烷值的組分，并副產(chǎn)氫氣。除了選擇合理的反應(yīng)條件和高效的催化劑之外，對(duì)原料組成的合理控制和優(yōu)化，也是重整裝置提高目標(biāo)產(chǎn)品收率的有效手段。針對(duì)中石化洛陽(yáng)分公司0.7 Mt/a連續(xù)重整裝置的運(yùn)行狀況，利用KBC公司Petro-SIM流程模擬軟件對(duì)裝置進(jìn)行模擬測(cè)算，并結(jié)合裝置生產(chǎn)實(shí)際，從原料性質(zhì)方面提出優(yōu)化措施，以提高裝置芳烴產(chǎn)率、純氫產(chǎn)率等技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：催化重整；流程模擬；原料優(yōu)化；芳烴產(chǎn)率；純氫產(chǎn)率；經(jīng)濟(jì)效益

中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司0.7 Mt/a連續(xù)重整裝置主要包括原料預(yù)處理部分、重整反應(yīng)部分和催化劑連續(xù)再生部分，采用了國(guó)產(chǎn)連續(xù)重整成套技術(shù)，是典型的芳烴型生產(chǎn)裝置，為芳烴聯(lián)合裝置提供原料，副產(chǎn)氫氣，對(duì)全廠(chǎng)氫氣平衡起著重要的作用。目前，洛陽(yáng)分公司石腦油加工僅有連續(xù)重整一套裝置，由于連續(xù)重整裝置原設(shè)計(jì)0.7 Mt/a，與原5 Mt/a煉油配套。隨著近幾年的擴(kuò)能改造，分公司原油加工能力已達(dá)到將近8 Mt/a，重整裝置設(shè)計(jì)負(fù)荷偏低。隨著重整反應(yīng)進(jìn)料量的不斷提高，出現(xiàn)了原料預(yù)處理單元超負(fù)荷嚴(yán)重，重整裝置芳烴產(chǎn)率、純氫產(chǎn)率低的問(wèn)題，制約了重整裝置運(yùn)行效益的提高。本文從原料性質(zhì)方面對(duì)該裝置運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，并提出優(yōu)化運(yùn)行措施。

1　原料優(yōu)化分析與效益提升對(duì)策

1.1重整進(jìn)料初餾點(diǎn)的優(yōu)化

在一定反應(yīng)操作條件下，重整生成油中產(chǎn)品分布與重整進(jìn)料的組成有密切關(guān)系，尤其是重整進(jìn)料初餾點(diǎn)的控制較為重要?，F(xiàn)利用Petro-SIM流程模擬軟件對(duì)不同重整進(jìn)料初餾點(diǎn)控制方案進(jìn)行模擬測(cè)算，對(duì)比分析各種方案對(duì)重整效益的影響，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，選擇合適的重整進(jìn)料初餾點(diǎn)控制溫度。

1.1.1不同測(cè)算條件下重整裝置技術(shù)指標(biāo)變化情況

本次測(cè)算過(guò)程中，以重整進(jìn)料初餾點(diǎn)70℃為基準(zhǔn)方案，分別測(cè)算初餾點(diǎn)提高到78、80、82℃時(shí)，重整裝置技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品分布的變化以及對(duì)效益的影響。不同方案下重整反應(yīng)條件以及技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1　不同方案下重整反應(yīng)條件以及技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

由表1可知，在重整反應(yīng)條件一定的情況下，提高重整進(jìn)料初餾點(diǎn)，液體收率、芳烴產(chǎn)率、純氫產(chǎn)率增加，催化劑積碳速率下降。

1.1.2從催化重整工藝角度分析技術(shù)指標(biāo)變化原因

隨著重整進(jìn)料初餾點(diǎn)的提高，重整進(jìn)料、拔頭油性質(zhì)也將發(fā)生顯著變化，并對(duì)重整效益產(chǎn)生影響?，F(xiàn)對(duì)各方案下重整進(jìn)料以及拔頭油組成分析對(duì)比，對(duì)比結(jié)果分別如表2、表3所示。

表2　不同方案下重整進(jìn)料性質(zhì)對(duì)比　%

表3　不同方案下拔頭油性質(zhì)對(duì)比　%

由表2可知，提高重整進(jìn)料初餾點(diǎn)時(shí)，重整進(jìn)料中C6烷烴、C5及以下組分含量顯著減少，C6環(huán)烷烴及苯小幅減小，而C7及以上組分含量增加。對(duì)于重整反應(yīng)過(guò)程來(lái)說(shuō)，只有C6環(huán)烷烴（甲基環(huán)戊烷和環(huán)己烷）才是轉(zhuǎn)化為苯的有效組分，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)指出，在催化重整條件下，C6鏈烷烴脫氫環(huán)化只能完成0～5%。并且在裝置末期，隨著反應(yīng)溫度升高，C6鏈烷烴容易發(fā)生裂化反應(yīng)。相反，當(dāng)初餾點(diǎn)溫度由80℃降低到70℃時(shí)，重整進(jìn)料中增加的主要為C6烷烴、C5及以下組分，反應(yīng)產(chǎn)物中將主要引起戊烷油、液化氣、干氣等產(chǎn)率增加，芳烴產(chǎn)率、純氫產(chǎn)率均下降。

由表3可知，提高重整進(jìn)料初餾點(diǎn)時(shí)，由于部分C6環(huán)烷烴及苯被作為輕石腦油組分拔出，將導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物中芳烴產(chǎn)品產(chǎn)量減少。

由上述分析可知，對(duì)洛陽(yáng)分公司重整裝置而言，存在一個(gè)重整進(jìn)料最佳初餾點(diǎn)，此時(shí)重整效益最好。

1.1.3不同重整進(jìn)料初餾點(diǎn)對(duì)重整經(jīng)濟(jì)效益的影響

由于重整經(jīng)濟(jì)效益跟當(dāng)前重整各產(chǎn)品價(jià)格有關(guān)，現(xiàn)對(duì)不同方案下重整產(chǎn)品分布變化以及對(duì)效益的影響進(jìn)行測(cè)算比較，結(jié)果如表4所示。

從測(cè)算結(jié)果可以看出，在2015年1月的價(jià)格體系下，重整進(jìn)料初餾點(diǎn)控制在80℃左右比較合適，降低或提高重整進(jìn)料初餾點(diǎn)都將導(dǎo)致重整效益減少。

表4　不同方案下重整產(chǎn)品分布變化以及對(duì)效益的影響

1.1.4實(shí)際存在的問(wèn)題以及優(yōu)化建議措施

從模型測(cè)算結(jié)果來(lái)看，重整精制油初餾點(diǎn)控制在80℃左右時(shí)，對(duì)重整效益最有利。但就本裝置目前實(shí)際工況而言，精制油初餾點(diǎn)難以控制在80℃左右。實(shí)際生產(chǎn)條件限制因素分析：①預(yù)處理單元負(fù)荷受限。主要表現(xiàn)為：預(yù)分餾塔C101負(fù)荷過(guò)大，塔板間壓降較大，塔底重沸爐負(fù)荷不夠，塔底溫度難以提升；預(yù)分餾塔C101頂冷卻負(fù)荷偏小，無(wú)法進(jìn)一步提高直供石腦油溫度，再加上塔底換熱器換熱效果差，使得C101進(jìn)料溫度偏低，造成C101底重沸爐負(fù)荷升高；預(yù)處理原料泵P101流量、管線(xiàn)直徑、系統(tǒng)壓降等因素限制了石腦油供應(yīng)量。②目前石腦油組分較輕，造成預(yù)處理單元相同處理量下，適合重整進(jìn)料的組分相對(duì)較少，在維持重整大負(fù)荷運(yùn)行的情況下，無(wú)法保證重整精制油初餾點(diǎn)。③預(yù)處理汽提塔C102塔頂雖可以少量抽出拔頭油，但由于汽提塔塔底重沸爐H103負(fù)荷受限以及空氣預(yù)熱器內(nèi)漏造成的H103供風(fēng)不足等原因使得C102操作相對(duì)困難。④C101分離效果較差。由于原料油雜質(zhì)較多、腐蝕嚴(yán)重等原因，再加上預(yù)分餾塔C101負(fù)荷過(guò)大，造成塔盤(pán)效率大幅下降，分離精度降低，拔頭油中仍有部分適合重整進(jìn)料組分，造成部分經(jīng)濟(jì)效益損失。

優(yōu)化建議措施：①?gòu)牟僮魃蟻?lái)說(shuō)，可以進(jìn)行預(yù)處理雙塔優(yōu)化，提高預(yù)分餾塔回流比，并根據(jù)汽提塔C102系統(tǒng)負(fù)荷情況，塔頂適量外甩拔頭油。②從設(shè)備上來(lái)說(shuō)，對(duì)預(yù)分餾塔C101進(jìn)料系統(tǒng)以及原料泵重新進(jìn)行核算，擇機(jī)進(jìn)行整改，并更換高效塔盤(pán)，以提高其分離精度。③從工藝上來(lái)說(shuō)，可以對(duì)石腦油加工流程進(jìn)行改造，減小預(yù)處理單元操作負(fù)荷。具體而言，石腦油加工流程改造后流程示意圖如圖1所示。

圖1　石腦油加工流程

由圖1可知，常壓石腦油及直柴石腦油經(jīng)T3302進(jìn)行穩(wěn)定后，拔出石腦油中液化氣組分，液化氣組分直接去脫硫，穩(wěn)定后石腦油可作為熱供料進(jìn)入現(xiàn)在預(yù)分餾塔C101，塔C101作為脫戊烷塔從塔頂將C5組分拔出后進(jìn)入C202，實(shí)施正異分離，異戊烷進(jìn)催化吸收穩(wěn)定調(diào)和汽油。C101底部C6以上組分經(jīng)預(yù)加氫精制后做重整原料。

若通過(guò)實(shí)施石腦油流程調(diào)整后，重整預(yù)分餾塔C101負(fù)荷將大幅降低，塔底再沸爐及預(yù)加氫進(jìn)料爐負(fù)荷也將得到緩解，基本能夠解決目前生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題?？梢员ＷC重整精制油初餾點(diǎn)在80℃左右，石腦油組分的利用將更加充分、合理，經(jīng)濟(jì)效益將進(jìn)一步提升。

1.2摻煉加氫石腦油

重整裝置主要原料是直餾石腦油。2012年底起，隨著重整加工負(fù)荷的提高，開(kāi)始摻煉加氫后焦化汽油，摻煉量約16.2 t/h，占裝置總進(jìn)料的12.9%。由于其環(huán)烷烴含量低、芳烴潛含量低等缺點(diǎn)，不是理想的重整原料。重整原料性質(zhì)對(duì)比如表5所示。

表5　直餾石腦油和加氫后焦化汽油的性質(zhì)對(duì)比

1.2.1不同測(cè)算條件下重整裝置技術(shù)指標(biāo)變化情況

利用Petro-SIM流程模擬軟件進(jìn)行測(cè)算，按13.6%比例摻煉加氫后焦化汽油時(shí)，重整進(jìn)料性質(zhì)如表6所示。相同反應(yīng)條件下，重整技術(shù)指標(biāo)如表7所示。

表6　重整進(jìn)料性質(zhì)對(duì)比

表7　不同方案下重整反應(yīng)條件以及技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

由表5、表6可知，雖然加氫后焦化汽油芳烴潛含量較直餾石腦油低8.8%，但由于摻煉比例相對(duì)較小，重整進(jìn)料芳烴潛含量低1.08%。由表7可知，在反應(yīng)條件相同的情況下，摻煉加氫后焦化汽油后，芳烴產(chǎn)率下降0.5個(gè)百分點(diǎn)，純氫產(chǎn)率下降了0.04個(gè)百分點(diǎn)，催化劑積碳速率加快。

1.2.2不同重整原料對(duì)重整經(jīng)濟(jì)效益的影響

由于重整經(jīng)濟(jì)效益跟當(dāng)前重整各產(chǎn)品價(jià)格有關(guān)，現(xiàn)對(duì)不同方案下重整產(chǎn)品分布變化以及對(duì)效益的影響進(jìn)行測(cè)算比較，以全直餾石腦油作為原料時(shí)為基準(zhǔn)方案，結(jié)果如表8所示。

表8　不同重整原料對(duì)重整經(jīng)濟(jì)效益的影響

從測(cè)算結(jié)果來(lái)看，在石腦油消耗量相同時(shí)，摻煉加氫焦化汽油促使效益減少44萬(wàn)元/月。

1.2.3優(yōu)化建議措施

①在直餾石腦油量相對(duì)不足的情況下，為了保證重整裝置大處理量運(yùn)行，為芳烴提供更多原料，并維持全廠(chǎng)氫氣平衡，降低制氫負(fù)荷，提高全廠(chǎng)效益，可以選擇拓寬原料來(lái)源，摻煉加氫后焦化汽油。并且考慮到洛陽(yáng)分公司加氫后焦化汽油若不進(jìn)重整裝置，則只能充當(dāng)化工輕油出廠(chǎng)，將會(huì)導(dǎo)致重整負(fù)荷相對(duì)偏低，化工輕油量過(guò)大。若在石腦油加工流程改造后，預(yù)處理負(fù)荷能夠滿(mǎn)足重整反應(yīng)部分更大處理量運(yùn)行時(shí)，可以選擇加氫后焦化汽油當(dāng)重整原料。②在直餾石腦油能夠滿(mǎn)足重整大處理量要求時(shí)，可以考慮只用直餾石腦油作為重整原料。另外，焦化汽油進(jìn)直柴加氫裝置加氫精制，由于目前原油劣質(zhì)化以及直柴加氫裝置工況受限等問(wèn)題，造成加氫后焦化汽油氮含量較高。若充當(dāng)重整原料，可能會(huì)造成重整進(jìn)料氮含量超標(biāo)，不利于重整裝置的長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1.3摻煉外購(gòu)石腦油

目前，重整裝置主要原料是自產(chǎn)石腦油。2014年底起，隨著重整加工負(fù)荷的提高，開(kāi)始摻煉外購(gòu)石腦油，摻煉量約15 t/h，占裝置總進(jìn)料的12.0%。由于其環(huán)烷烴含量高，是理想的重整原料。重整原料性質(zhì)對(duì)比如表9。

表9　自產(chǎn)石腦油和外購(gòu)石腦油的性質(zhì)對(duì)比

1.3.1不同測(cè)算條件下重整裝置技術(shù)指標(biāo)變化情況

利用Petro-SIM流程模擬軟件進(jìn)行測(cè)算，按12.0%比例摻煉外購(gòu)石腦油時(shí)，重整進(jìn)料性質(zhì)見(jiàn)表10。相同反應(yīng)條件下，重整技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表10。

表10　重整進(jìn)料性質(zhì)對(duì)比

表11　不同方案下重整反應(yīng)條件以及技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

由表10、表11可知，摻煉外購(gòu)石腦油后，重整進(jìn)料性質(zhì)明顯改善，在反應(yīng)條件相同的情況下，芳烴產(chǎn)率、純氫產(chǎn)率明顯上升，催化劑積碳速率降低。

1.3.2不同重整原料對(duì)重整經(jīng)濟(jì)效益的影響

由于重整經(jīng)濟(jì)效益跟當(dāng)前重整各產(chǎn)品價(jià)格有關(guān)，現(xiàn)對(duì)不同方案下重整產(chǎn)品分布變化以及對(duì)效益的影響進(jìn)行測(cè)算比較，以全自產(chǎn)石腦油作為原料時(shí)為基準(zhǔn)方案，結(jié)果如表12所示。

表12　不同重整原料對(duì)重整經(jīng)濟(jì)效益的影響

從測(cè)算結(jié)果來(lái)看，在石腦油消耗量相同時(shí)，摻煉外購(gòu)石腦油促使效益增長(zhǎng)133萬(wàn)元/月。

1.3.3優(yōu)化建議措施

根據(jù)催化重整反應(yīng)原理可知，當(dāng)原料中環(huán)烷烴含量升高后，重整反應(yīng)加熱爐負(fù)荷升高，特別是第二反應(yīng)加熱爐負(fù)荷最大，由于反應(yīng)加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷受限，建議按一定比例摻煉外購(gòu)高環(huán)烷烴石腦油，在保證裝置安全長(zhǎng)周期運(yùn)行的前提下，提升重整裝置運(yùn)行效益。根據(jù)測(cè)算，建議摻煉比例≤12%。

1.4擴(kuò)充石腦油來(lái)源

目前，石腦油原料來(lái)源主要為初頂油、常頂油、柴油加氫石腦油、航煤加氫石腦油。根據(jù)目前全廠(chǎng)低負(fù)荷運(yùn)行重整原料不足的情況，可考慮擴(kuò)充石腦油來(lái)源。

優(yōu)化建議措施：①柴油加氫石腦油實(shí)施深拔，提高分餾塔頂溫度，石腦油終餾點(diǎn)按175℃靠上限控制；②常壓裝置提高常壓石腦油終餾點(diǎn)，控制范圍提高到164～175℃；③蠟油加氫投用分餾塔增產(chǎn)石腦油。

2　效果小結(jié)

①石腦油加工流程優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)施后，重整預(yù)分餾塔C101負(fù)荷將大幅降低，重整進(jìn)料初餾點(diǎn)提高至80℃左右，芳烴產(chǎn)率提升約1.5%，經(jīng)濟(jì)效益也明顯提升。②由于目前石腦油資源短缺，摻煉加氫石腦油后，重整進(jìn)料量提高10 t/h，重整生成油增加8.3 t/h，裝置運(yùn)行效益明顯。③比例摻煉外購(gòu)高環(huán)烷烴石腦油后，芳烴產(chǎn)率提升約0.85個(gè)百分點(diǎn)，效益顯著。

3　結(jié)論

目前，洛陽(yáng)分公司連續(xù)重整裝置設(shè)計(jì)負(fù)荷偏低，為了給芳烴提供更多優(yōu)質(zhì)原料，并維持全廠(chǎng)氫氣平衡，降低制氫負(fù)荷，提高全廠(chǎng)效益，在重整大處理量下保證重整進(jìn)料組分的有效性以及高品質(zhì)顯得尤為重要。利用Petro-SIM流程模擬軟件對(duì)連續(xù)重整裝置進(jìn)行建模分析，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，從重整進(jìn)料初餾點(diǎn)、原料來(lái)源等方面進(jìn)行優(yōu)化分析并提出建議措施，可以有效提高重整技術(shù)指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］楊磊，劉建，王巖.催化重整裝置原料優(yōu)化對(duì)反應(yīng)收率和能耗的影響研究［J］.計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2013，30（8）：867-870.

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ032.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467（2016）04-0050-05

收稿日期：2016-01-21

作者簡(jiǎn)介：徐慶輝（1986-），男，工程師，從事工藝管理工作；聯(lián)系人：湯帥（1987-），男，工程師，從事工藝管理工作，電話(huà)：18737979223。