重油催化裂化裝置CRC技術(shù)研究

王蓮靜

(中國(guó)石油大慶石化公司，黑龍江 大慶 163711)

催化裂化(FCC)裝置是國(guó)內(nèi)煉油工業(yè)中最主要的原油二次轉(zhuǎn)化和深度加工裝置[1-2]。隨著原油劣質(zhì)化及重質(zhì)化趨勢(shì)的日益加劇，F(xiàn)CC 渣油摻煉比不斷提高，F(xiàn)CC 裝置不但熱量過(guò)剩而且生產(chǎn)的汽油中烯烴含量嚴(yán)重超標(biāo)。因此，我國(guó)FCC仍面臨的兩大技術(shù)挑戰(zhàn)：(1)如何解決目前普遍存在的再生溫度、反應(yīng)溫度和劑油比的矛盾，以提高反應(yīng)選擇性，提高輕油總收率，改善產(chǎn)品分布。(2)如何在保證較高的輕油收率的前提下，降低汽油的烯烴和硫含量，滿足清潔汽油的生產(chǎn)要求。

針對(duì)上述兩大技術(shù)難題，國(guó)內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了多年持續(xù)不斷的探索，早在1984 年單分子質(zhì)子化裂化反應(yīng)機(jī)理[3]的提出解釋了催化裂化過(guò)程也產(chǎn)生干氣的原理。許友好等[4]采用小型 FFB 裝置通過(guò)對(duì)比研究熱裂化和催化裂化過(guò)程干氣組成的變化，發(fā)現(xiàn)溫度高于 550 ℃，熱裂化反應(yīng)便不可忽略。經(jīng)過(guò)多年的研究與工業(yè)實(shí)踐：在催化裂化反應(yīng)過(guò)程中，適當(dāng)調(diào)控再生催化劑溫度，降低油劑接觸溫度和減少烴類按質(zhì)子化裂化反應(yīng)發(fā)生的比例，可達(dá)到降低干氣產(chǎn)率的目的。 目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的做法是通過(guò)降低再生催化劑和原料油的接觸溫度差[5]，增加原料油和催化劑的霧化接觸面積來(lái)實(shí)現(xiàn)降低干氣和焦炭產(chǎn)率來(lái)提高產(chǎn)品總液收的目的。如MIP-DCR、CRC-FCC等工藝技術(shù)。

其中冷再生劑循環(huán)催化裂化(CRC-FCC)技術(shù)在保證良好的再生效果的前提下，降低進(jìn)入反應(yīng)器的再生劑溫度，科學(xué)地解決目前催化裂化技術(shù)普遍存在的再生溫度、反應(yīng)溫度和劑油比的矛盾，實(shí)現(xiàn)了“低溫接觸、大劑油比、高催化劑活性”的催化裂化反應(yīng)要求[6]，改善了反應(yīng)選擇性，可以提高輕油收率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善產(chǎn)品分布，降低裝置能耗，提高催化裂化裝置的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)可使熱裂化的主要產(chǎn)物(干氣)的產(chǎn)率大幅度下降，為噻吩類硫化物向H2S轉(zhuǎn)移的反應(yīng)提供了更有利的條件[7]。

1 裝置現(xiàn)狀

某重油催化裂化裝置由北京設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)能力為140萬(wàn)t/年。裝置主要加工二次加工裝置蠟油及減壓渣油，摻渣比為60%。于2000年5月一次投料成功。裝置于2001年8月第一周期檢修期間進(jìn)行MGD改造。2008年根據(jù)需要，對(duì)裝置采用MIP工藝技術(shù)進(jìn)行改造，采用配套CGP-C催化劑。該重油催化裂化裝置再生部分為持現(xiàn)有的新型重疊式兩段再生?，F(xiàn)有催化裝置工藝特點(diǎn)由于工藝和設(shè)備技術(shù)的限制，反應(yīng)溫度和劑油比不能靈活調(diào)節(jié)，裝置目前存在的問(wèn)題如下：(1)干氣和焦炭產(chǎn)率較高。(2)汽油烯烴含量和硫含量高。(3)由于再生設(shè)備和主風(fēng)機(jī)等的限制，裝置的摻渣能力受到限制。(4)裝置能耗偏高。

2 技術(shù)方案

冷再生催化劑循環(huán)(CRC)技術(shù)方案是在再生線路上增加取熱設(shè)施，降低再生劑溫度，進(jìn)而降低油劑接觸區(qū)的混合溫度實(shí)現(xiàn)“低溫接觸、大劑油比、高催化劑活性”的反應(yīng)要求，應(yīng)用該技術(shù)將改善反應(yīng)選擇性，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)溫度和劑油比的獨(dú)立調(diào)節(jié)，抑制熱裂化反應(yīng)、促進(jìn)催化裂化反應(yīng)，增加總液收。

圖1 CRC改造示意圖

CRC技術(shù)改造需要新增1臺(tái)CRC再生劑冷卻器與提升管相連，全部再生劑經(jīng)該冷卻器冷卻后直接進(jìn)入提升管，同時(shí)配套一體式汽水分離器，汽水循環(huán)系統(tǒng)采用自然循環(huán)方式。同時(shí)還需要更換重油再生斜管等。為保證油劑接觸時(shí)原料油的汽化效果，需要提高原料預(yù)熱溫度。本次改造，分餾吸收穩(wěn)定部分不變。因本次改造僅增加了冷再生劑循環(huán)系統(tǒng)，原裝置主要控制方案不變，新增控制回路4個(gè)。再生劑冷后溫度通過(guò)調(diào)節(jié)流化風(fēng)的流量進(jìn)行控制。

圖2 CRC催化劑冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖

3 技術(shù)特點(diǎn)

結(jié)合該裝置實(shí)際情況，在提升管反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用CRC技術(shù)，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

(1)重油提升管采用冷再生催化劑循環(huán)技術(shù)，為大幅度提高劑油比提供了可靠保證，以實(shí)現(xiàn) “低溫接觸、大劑油比、高催化劑活性”的要求[8]，為催化裂化反應(yīng)創(chuàng)造良好的反應(yīng)條件。

(2)冷再生催化劑循環(huán)技術(shù)可有效降低原料油與催化劑的接觸溫度，可使熱裂化反應(yīng)的主要產(chǎn)物(干氣)的產(chǎn)率大幅度下降[9]，同時(shí)為噻吩類硫化物和氮氧化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供了更有利的條件。

(3)由于循環(huán)再生劑溫度降低，再生劑在預(yù)提升段的水熱失活減輕。

(4)在大幅度提高劑油比的同時(shí)，還能提高進(jìn)入提升管的催化劑的平均活性，使得催化劑活性中心數(shù)也大幅度提高，從而大大強(qiáng)化了遵照正碳離子機(jī)理進(jìn)行的反應(yīng)，如裂化反應(yīng)和氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，使生成C3、C4的選擇性顯著提高，生成C1、C2的選擇性顯著下降[10]，同時(shí)促進(jìn)重油催化裂化過(guò)程中的噻吩類硫化物向H2S 轉(zhuǎn)移以及氮氧化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)[11]。

(5)可以提高進(jìn)入提升管的原料溫度，改善原料的霧化效果，提高液體產(chǎn)品的收率，降低干氣和焦炭產(chǎn)率。

(6)CRC-再生劑冷卻器為密相床操作，可徹底消除提升管油氣倒流事故的發(fā)生，提高裝置操作的安全性和可靠性。

(7)CRC-再生劑冷卻器采用新型取熱器，該型式取熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、調(diào)節(jié)靈活、運(yùn)行可靠、用風(fēng)量少等特點(diǎn)。取熱器取熱管具有傳熱系數(shù)高、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、抗事故能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。外取熱水系統(tǒng)采用自然循環(huán)方式，節(jié)省動(dòng)力，運(yùn)行可靠。

4 預(yù)期效果

如按照此技術(shù)方案改造后操作工況和產(chǎn)品方案的調(diào)整更加靈活，以增加低硫低烯烴清潔汽油組分為主，同時(shí)兼顧其他產(chǎn)品方案，提高了企業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化的適應(yīng)能力。主要技術(shù)效果如下：

(1)由于改造后焦炭產(chǎn)率下降，取熱能力增加，摻渣比不變時(shí)裝置處理能力可提高約10%。降低油劑接觸溫差的另一措施是提高原料油預(yù)熱溫度。原料油預(yù)熱溫度大幅度提高的優(yōu)點(diǎn)是可以提高催化劑與原料油的霧化接觸面積，數(shù)學(xué)模擬計(jì)算結(jié)果表明[12]，對(duì)于常壓渣油，預(yù)熱溫度從240℃ 提高到360℃ 將增加催 化 劑 與 原 料 油 的 霧 化 接 觸 面 積 30%以上。

(2)重油提升管在適宜的反應(yīng)溫度、較低的油劑接觸溫度和較高的劑油比操作條件下，維持操作方案不變，干氣、焦炭產(chǎn)率分別下降0.68%和1.02%；總液收提高1.69%。詳見(jiàn)表1。

(3) 汽油辛烷值 (RON)略有提高，芳烴含量提高約0.6%，烯烴含量降5%～10%；柴油十六烷值提高2～5單位，汽、柴油中的硫含量下降15%～30%。

(4) 采用CRC-FCC工藝技術(shù)進(jìn)行改造后，干氣、焦炭產(chǎn)率下降，同時(shí)大劑油比、高催化劑活性促進(jìn)了放熱反應(yīng)的發(fā)生，從而增加蒸汽產(chǎn)量。改造后裝置能耗將降低約12.0 kEO/t原料。

表1 CRC-FCC工藝收率變化

注：對(duì)比數(shù)據(jù)為2014年標(biāo)定數(shù)據(jù)。

5 結(jié)論

冷再生催化劑循環(huán)催化裂化技術(shù)(CRC-FCC)對(duì)大重油催化裂化裝置進(jìn)行技術(shù)改造，通過(guò)降低再生劑的溫度，實(shí)現(xiàn)了“低溫接觸、大劑油比、高催化劑活性”的反應(yīng)要求，提高了反應(yīng)選擇性，降低干氣、焦炭產(chǎn)率，提高摻渣比和渣油加工能力，同時(shí)提高了汽、柴油質(zhì)量和產(chǎn)量。該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益較好，經(jīng)濟(jì)上是可行的。

該重油催化裂化裝置是沉降器與再生器為等高并列式待生斜管有空氣提升管，并且和再生斜管在一個(gè)方位。同時(shí)再生斜管出口和入口的高度差為11 m，為避免影響半再生斜管的下料，對(duì)半再生斜管進(jìn)行了改造，并需提高二再藏量，因?yàn)闆](méi)有具體設(shè)計(jì)，從目前的設(shè)備大小看空間可能存在困難，具體改造需詳細(xì)設(shè)計(jì)研究。