催化裂化裝置提高摻煉重油能力的方案探討

徐鵬

（中海煉化惠州煉化分公司，廣東惠州516086）

催化裂化裝置提高摻煉重油能力的方案探討

徐鵬

（中海煉化惠州煉化分公司，廣東惠州516086）

分析了中海煉化惠州煉化分公司催化裂化裝置提高摻煉減四線油的關(guān)鍵影響因素是主風(fēng)機(jī)的最大供風(fēng)能力。根據(jù)最大供風(fēng)能力核算出減四油摻煉的最大比例，并進(jìn)一步探討了其它操作參數(shù)的影響，提出了裝置優(yōu)化操作的方案，提高了摻煉減四線油的比例。

催化裂化；瓶頸；摻煉；操作參數(shù)

中海煉化惠州煉化分公司催化裂化裝置于2009年4月28日建成投產(chǎn)。由于受到原油供應(yīng)市場(chǎng)的影響，常減壓裝置處理原料性質(zhì)發(fā)生改變導(dǎo)致催化裂化裝置直餾蠟油進(jìn)料性質(zhì)發(fā)生變化，同時(shí)考慮到全廠的物料平衡及提高催化裂化裝置的經(jīng)濟(jì)效益，裝置運(yùn)行期間多次摻煉了常減壓直餾減四線油。因減四線油餾分較重，殘?zhí)扛?，重金屬含量高，在減四線摻煉達(dá)一定比例后裝置的操作工況變差，再生器溫度明顯升高，平衡劑活性變差，產(chǎn)品分布及收率受到影響，干氣產(chǎn)率大幅上升，油漿外甩量增加，對(duì)整個(gè)裝置的運(yùn)行帶來(lái)不利影響。

在原料組成和性質(zhì)無(wú)法更改的條件下，為適應(yīng)裝置摻煉減四線油的需要，需進(jìn)一步優(yōu)化裝置的操作條件及挖掘現(xiàn)有的潛能，降低裝置的生焦率，提高催化劑的活性以取得較好的輕質(zhì)油收率，提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益［1］。

1 摻煉減四油概況

裝置原料主要來(lái)源于常減壓裝置減三線直餾重蠟油、20%加氫尾油，同時(shí)摻煉部分常減壓減四線油。評(píng)價(jià)催化裂化原料性質(zhì)采用密度、康氏殘?zhí)?、重金屬含量、餾程、硫含量、＜500℃渣油含量等指標(biāo)。國(guó)外有一些公司對(duì)催化裂化的適用原料給出了評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)，一般把原料中殘?zhí)浚?%、（Ni+V）＜30×10-6作為催化裝置原料進(jìn)料的控制指標(biāo)［1］，裝置進(jìn)料的性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 進(jìn)料性質(zhì)

從表1可以看出，減四線進(jìn)料性質(zhì)較差，含有較多的重質(zhì)多環(huán)芳烴、膠質(zhì)，殘?zhí)扛哌_(dá)12.53%，Ni含量達(dá)56.5 mg/kg，其性質(zhì)接近于減壓渣油性質(zhì)，因此摻煉減四線油必定對(duì)整個(gè)再生器的燒焦負(fù)荷，催化劑的活性、產(chǎn)品的分布和收率造成較大的影響。

摻煉減四線油在0～10%之間時(shí)，裝置產(chǎn)品分布和收率情況見(jiàn)表2。

表2 摻煉減四線量及產(chǎn)品收率

由表2可以看出，在裝置摻煉減四線油摻煉比＜10%的條件下，摻煉使得生焦負(fù)荷上升，油漿外甩增大，干氣產(chǎn)率上升較多。汽油收率稍有增加是因?yàn)樘岣吡朔磻?yīng)溫度、維持了較好的催化劑活性及較高的劑油比等，液化氣收率及柴油收率有所下降。但當(dāng)繼續(xù)加大減四線摻煉量后，再生器溫度明顯上升，反應(yīng)溫度由512℃提高到518℃后仍然無(wú)法降低回?zé)捰凸藜胺逐s塔液位，汽油減少，干氣量大量增加，油漿外甩由正常的3 t/h提高到7 t/h。因此，要進(jìn)一步提高減四線的摻煉量，需要對(duì)裝置最大摻煉減四線量進(jìn)行核算，并優(yōu)化工藝操作條件。

2 減四線最大摻煉量核算

該裝置提高摻煉重油的能力，受到工藝條件和設(shè)備的限制。再生器溫度、主風(fēng)機(jī)的最大供風(fēng)能力，原料預(yù)熱溫度、氣壓機(jī)負(fù)荷等都是限制摻煉的因素。裝置氣壓機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)荷較大，富氣量不構(gòu)成裝置摻煉的瓶頸。因此，從催化進(jìn)料殘?zhí)颗c生焦量的量化關(guān)系，來(lái)核算出裝置在現(xiàn)有工藝設(shè)備條件下允許的最大摻煉重油比例。

國(guó)外公司對(duì)于催化進(jìn)料殘?zhí)颗c生焦量的量關(guān)系有3種論點(diǎn)［2］:（1）凱洛公司HOC技術(shù)預(yù)測(cè)原料中的殘?zhí)?00%轉(zhuǎn)換為焦炭；（2）UOP公司的RCC技術(shù)認(rèn)為殘?zhí)恐械?0%～80%轉(zhuǎn)換為焦炭，生焦率平均為蘭氏殘?zhí)?4.2%；（3）SW公司的RFCC技術(shù)認(rèn)為殘?zhí)颗c生焦沒(méi)有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，而與轉(zhuǎn)化率有關(guān)［2］。

催化裂化焦炭主要由催化焦、附加焦、污染焦、可汽提焦、未汽化油構(gòu)成。污染焦與摻煉油中Ni、V等重金屬含量有一定的函數(shù)關(guān)系。而催化焦及可汽提焦與反應(yīng)的工藝、設(shè)備、操作方案及參數(shù)等諸多因素有關(guān)，量化關(guān)系較難確定。該次計(jì)算減四線生焦率按蘭氏殘?zhí)?4.2%計(jì)，減三線取裝置標(biāo)定時(shí)生焦率6.8%計(jì)，二者生焦量之和為總生焦量［3］。

2.1 摻煉的技術(shù)瓶頸

核算的方法是通過(guò)裝置外取熱最大取熱負(fù)荷，主風(fēng)機(jī)最大供風(fēng)能力為限制條件來(lái)核算出再生器能承受的最大生焦量，其余參數(shù)按照裝置原設(shè)計(jì)值，不考慮回?zé)捰图坝蜐{回?zé)?。?jì)算所需的工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 工藝參數(shù)

計(jì)算過(guò)程僅從熱平衡角度核算減四摻煉量；主風(fēng)機(jī)最大設(shè)計(jì)流量按2 430 m3/min和工業(yè)風(fēng)補(bǔ)主風(fēng)51 m3/min得主風(fēng)最大流量2 481 m3/min；根據(jù)標(biāo)定期間的耗風(fēng)指標(biāo)及主風(fēng)機(jī)的最大供風(fēng)能力，計(jì)算再生器能承受的最大生焦量，標(biāo)定期間各項(xiàng)工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 標(biāo)定參數(shù)

根據(jù)耗風(fēng)指標(biāo):2 249×60/（146.27×6.86%× 1 000）=13.4 m3/kg

根據(jù)主風(fēng)機(jī)最大供風(fēng)能力，可算出最大生焦量:2 481×60/13.4=11 109 kg/h

在最大燒焦量11 109 kg/h條件下，及按照設(shè)計(jì)反應(yīng)溫度、再生溫度、外取熱取熱負(fù)荷（不超過(guò)最大取熱負(fù)荷）來(lái)核算出再生器熱平衡。根據(jù)核算結(jié)果可知，在允許最大生焦量及設(shè)計(jì)再生溫度和反應(yīng)溫度的條件下，現(xiàn)有外取熱設(shè)計(jì)負(fù)荷滿足取熱需要，外取熱取熱量32.51 MW，小于設(shè)計(jì)極限取熱負(fù)荷41.8 MW，能滿足反應(yīng)及再生部分的熱量需求［4］。

2.2 減四殘?zhí)颗c其摻煉比關(guān)系

由上述計(jì)算結(jié)果可知，外取熱器在主風(fēng)機(jī)最大供風(fēng)量條件下，能滿足最大生焦量的取熱需求，熱量核算時(shí)取熱負(fù)荷為設(shè)計(jì)最大取熱負(fù)荷78%，具備取熱操作彈性。因此，主風(fēng)機(jī)最大供風(fēng)量是限制摻煉減四線的瓶頸。現(xiàn)通過(guò)允許最大生焦量來(lái)計(jì)算減四的摻煉比。

總的生焦量按照物料平衡為減三生焦量與減四生焦量之和［5］。減三生焦量按照裝置標(biāo)定期間生焦率6.86%計(jì)算；減四生焦率按照蘭氏殘?zhí)? 4.2%來(lái)計(jì)算?？偵龟P(guān)系見(jiàn)（1）式:

式中 Ct—總生焦量，t/h；R—減四摻煉比；Kccr—?dú)執(zhí)浚?。

根據(jù)（1）式，分別計(jì)算Kccr在5%～13%時(shí)減四所能摻煉的最大比例，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 殘?zhí)颗c最大摻煉比Rmax關(guān)系

假設(shè)減四殘?zhí)恐底顚捵兓仍?%～13%，作減四殘?zhí)恐蹬c減四摻煉比關(guān)系見(jiàn)圖1。

從圖1可知，減四殘?zhí)恐笜?biāo)在5%～13%時(shí)為可操作區(qū)域。

圖1 減四殘?zhí)恐蹬c減四摻煉比關(guān)系

（1）假設(shè)減四線殘?zhí)恐悼刂浦笜?biāo)在5%，則減四的最大摻煉比達(dá)32%；殘?zhí)贾颠_(dá)到13時(shí)，可摻煉量最大為7.2%；在殘?zhí)靠刂浦笜?biāo)內(nèi)7.2%以下的摻煉比均能滿足再生器熱負(fù)荷要求。

（2）由于受主風(fēng)機(jī)最大供風(fēng)能力限制，在可操作區(qū)之上需降低進(jìn)料轉(zhuǎn)化率或降量操作。

（3）由于實(shí)際摻煉減四時(shí)，不僅有殘?zhí)哭D(zhuǎn)化為生焦，還包括重組分的有害物質(zhì)加速催化劑的失活等原因，在減四摻煉比較大和殘?zhí)枯^高的情況下，實(shí)際生焦量可能會(huì)大于理論計(jì)算的生焦量，因此最大摻煉比應(yīng)比實(shí)際操作中要大。

3 工藝操作參數(shù)的優(yōu)化措施

3.1 選擇合適的反應(yīng)溫度

反應(yīng)溫度是催化裂化裝置最核心的操作參數(shù)，對(duì)反應(yīng)深度整個(gè)裝置的產(chǎn)品分布和產(chǎn)品的收率起著深遠(yuǎn)的影響，因此，摻煉比的確定也要受到反應(yīng)溫度的限制。在相同的轉(zhuǎn)化率之下，隨著反應(yīng)溫度的升高，焦炭產(chǎn)率會(huì)下降。因此，在一定的范圍之內(nèi)，反應(yīng)溫度可以作為改變焦炭產(chǎn)率，提高減四線摻煉比的措施。但是反應(yīng)溫度的提高是有限制的，當(dāng)反應(yīng)溫度過(guò)高，催化劑循環(huán)量增大，生焦量的下降是有限制條件的，此時(shí)反應(yīng)的熱裂化程度增加，表現(xiàn)為C1、C2量增加，壓縮機(jī)負(fù)荷增加，不凝氣增加，產(chǎn)品的分布會(huì)因此受到影響。因此，在原料性質(zhì)確定的情況下，應(yīng)該在生產(chǎn)中摸索出適宜的最佳反應(yīng)溫度，既保證減四線的摻煉量，又能確保理想的產(chǎn)品分布和收率。從裝置實(shí)際情況來(lái)看，從未摻煉減四時(shí)反應(yīng)溫度控制在500～510℃，提高到控制在515～518℃是適宜的，表2中的收率則是反應(yīng)溫度在此區(qū)間時(shí)裝置的收率。

3.2 控制原料油預(yù)熱溫度

原料油的預(yù)熱溫度主要帶來(lái)2個(gè)方面的重要影響:（1）摻煉重油原料油的粘度增加，需要保證進(jìn)料的霧化效果；（2）降低預(yù)熱溫度有利于提高劑油比，降低循環(huán)催化劑的炭差，改善催化劑的活性。如果單從提高劑油比的方面來(lái)說(shuō)，原料油預(yù)熱溫度較低可以獲得較大的劑油比是可行的，但是預(yù)熱溫度降低到一定程度后導(dǎo)致霧化效果不好，“未汽化油”的增加反而使生焦增大，限制摻煉比的提高。裝置在未摻煉減四線控制預(yù)熱溫度在195～200℃，在提高摻煉比之后，應(yīng)適當(dāng)提高預(yù)熱溫度才能更好地保證霧化效果，同時(shí)也應(yīng)該相應(yīng)提高霧化蒸汽的比例。通過(guò)實(shí)際操作觀察，該裝置在摻煉減四線后預(yù)熱溫度控制在200～210℃時(shí)較為理想。

3.3 降低回?zé)挶?/p>

經(jīng)計(jì)算裝置回?zé)捰吞匦砸驍?shù)為10.4，可以證實(shí)回?zé)捰椭泻写罅康某憝h(huán)芳烴，這部分回?zé)捰突責(zé)挘休^大部分通過(guò)縮合反應(yīng)轉(zhuǎn)化為焦炭，增加了再生器的負(fù)荷，為了維持一定的摻煉比，就必須降低回?zé)捰偷幕責(zé)捝踔镣Ｖ够責(zé)?。在?shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)裝置回?zé)挶忍岣咧?，回?zé)捰凸抟何浑m有緩慢下降趨勢(shì)，但分餾塔液位卻上漲較快，從另一側(cè)面說(shuō)明這部分回?zé)捰突責(zé)捄髮?shí)際上是降低了反應(yīng)的深度，限制了摻煉比的提高。

3.4 保證合適的催化劑活性

要保證合適的催化劑活性，首先是要保證再生催化劑的燒焦效果。該裝置采用的是快速床+湍流床形式的燒焦罐再生模式，因此應(yīng)控制好外循環(huán)滑閥的開(kāi)度，保證起始的燒焦溫度不能低于660℃，最好控制在670℃左右，這樣既能保證燒焦效果，又避免了因溫度過(guò)高引起催化劑的熱失活。根據(jù)裝置的實(shí)際情況，摻煉減四比較高時(shí)，裝置催化劑失活的速度明顯加快，因此每天應(yīng)保證定時(shí)加入新鮮催化劑補(bǔ)充活性，并根據(jù)總藏量變化定期卸出部分催化劑。

3.5 增加金屬鈍化劑的注入量

從減四線性質(zhì)表中可以看出其含Ni量較高，而Ni金屬在反應(yīng)中主要起到脫氫的作用，一方面使烯烴等不飽和烴脫氫縮合成為焦炭增加再生器負(fù)荷，從而限制摻煉比的提高；另一方面也加劇了催化劑的失活，提高了催化劑單耗。隨著摻煉減四的增加，氫氣產(chǎn)量曾上升趨勢(shì)，因此根據(jù)氫氣與甲烷的比值關(guān)系變化應(yīng)調(diào)大金屬鈍化劑的注入量，減少重金屬對(duì)于催化劑的污染引起的干氣、焦炭產(chǎn)量增加和催化劑的失活。

3.6 降低反應(yīng)油氣分壓

反應(yīng)壓力降低，等于降低了油氣分壓，減少了催化劑與油氣接觸的反應(yīng)時(shí)間，相應(yīng)的生焦量會(huì)降低。在實(shí)際生產(chǎn)中反應(yīng)壓力的降低是有限度的，可以通過(guò)提高反應(yīng)蒸汽及預(yù)提升干氣的量來(lái)降低油氣分壓，同樣可以起到有效降低焦炭的生成的效果。同時(shí)在摻煉減四后，應(yīng)相應(yīng)提高汽提蒸汽的用量，提高1.0 MPa蒸汽過(guò)熱溫度，保證汽提效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)裝置摻煉減四線量進(jìn)行計(jì)算分析和對(duì)比，在減四線量摻比在7%時(shí)的操作條件是適宜的。減四線摻煉比的再提高主要依賴(lài)于減四的殘?zhí)恐?、Ni含量以及裝置主風(fēng)機(jī)的最大負(fù)荷。由于反應(yīng)生焦機(jī)理復(fù)雜，影響因素較多，因此應(yīng)通過(guò)多方面的工藝操作條件優(yōu)化來(lái)提高減四線的摻煉量，嚴(yán)格控制減四油殘?zhí)恐凳顷P(guān)鍵。隨著裝置的摻煉重油比例的提高，裝置的結(jié)焦問(wèn)題也應(yīng)引起重視。同時(shí)，在裝置的檢修期，應(yīng)通過(guò)改造及優(yōu)化裝置的瓶頸，使之達(dá)到能大比例摻煉重油的條件，提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］韓哲.提高催化裂化裝置摻渣量時(shí)存在的問(wèn)題與對(duì)策［J］.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2003（1）:32-33.

［2］陸慶云.流化催化裂化［M］.北京:烴加工出版社，1989:22-25.

［3］劉曉青，馮穎.延遲焦化裝置摻煉重油催化裂化油漿［J］.石化技術(shù)與應(yīng)用，2013，31（3）:214-216.

［4］王文智，張立海.延遲焦化裝置摻煉催化裂化油漿的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析［J］.中外能源，2007，12（5）:82-85.

［5］熊玉平，張國(guó)靜.摻煉俄羅斯原油對(duì)重油催化裂化裝置產(chǎn)品分布及質(zhì)量的影響［J］.煉油與化工，2012，23（2）:30-33.

Scheme discussion on increasing heavy oil blending proportion of FCC unit

Xu Peng
（CNOOC Huizhou Refining&Chemical Branch，Huizhou 516086，China）

It was determined through analysis that the key influencing factor for increasing vacuum cut 4 distillate oil blending proportion for the catalytic cracking unit of CNOOC Huizhou Refining&Chemical Branch was the maximum air supply capacity of the main blower.The maximum blending proportion was figured out based on the highest air supply capacity，the influence of other operating parameters was further discussed，and the scheme for optimization operation of the unit was put forwarded.The blending proportion of vacuum cut 4 distillate oil increased.

catalytic cracking；bottleneck；blending；operating parameter

TE624.41

B

1671-4962（2017）02-0023-04

2016-08-05

徐鵬，男，工程師，2005年畢業(yè)于西南石油大學(xué)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事煉油生產(chǎn)工藝技術(shù)管理工作。