催化裂化裝置反應(yīng)溫度對產(chǎn)品分布的影響①

江火生

(廣東茂名天源石化有限公司，廣東 茂名 525000)

茂名石化公司第三套催化裂化裝置是由洛陽石化工程公司采用其開發(fā)的ROCC-Ⅳ型催化裂化技術(shù)設(shè)計(jì)而成的重油催化裂化裝置。該裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為120萬t/a,于1996年10月試運(yùn)投產(chǎn)；2000年1月開始以處理加氫渣油為主，配煉少量蠟油及減渣；2001年大修擴(kuò)能改造，處理能力達(dá)到140萬t/a。主要產(chǎn)品有汽油、輕柴油、液化氣等，副產(chǎn)少量油漿，不生產(chǎn)重柴油[1]。

該裝置從2015年5月31日至6月25日進(jìn)行反應(yīng)溫度控制的優(yōu)化工作，目的是通過改變反應(yīng)溫度，收集不同溫度下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出最佳的控制指標(biāo)，達(dá)到提高汽油辛烷值的目的。

1 試驗(yàn)方案

(1)原料：加氫蠟油、加氫渣油、減壓渣油。(2)在優(yōu)化期間新鮮進(jìn)料控制在175～180 t/h，在反應(yīng)器和再生器系統(tǒng)不超溫的前提下，盡可能提高摻渣量。(3)控制催化劑補(bǔ)充量1.0～1.2 kg/t，須均勻加入，確保催化劑活性大于63%。(4)保持外取熱器產(chǎn)汽不小于35 t/h。(5)反應(yīng)溫度按525，528，530 ℃三個溫度點(diǎn)進(jìn)行控制。第一階段：5月31日至6月2日反應(yīng)溫度控制為525 ℃；第二階段：6月3日至6月14日反應(yīng)溫度控制為528 ℃；第三階段：6月15日至6月18日反應(yīng)溫度控制為530 ℃。

表1 主要操作參數(shù)

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

2.1 混合原料性質(zhì)

混合原料性質(zhì)的數(shù)據(jù)見表2。由表2可知整個試驗(yàn)期間原料性質(zhì)平穩(wěn)，殘?zhí)抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)4.2%～5.5%，密度924～934 kg/m3，飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%～67%，50%餾出溫度483～524 ℃，538 ℃餾出量55～63 mL。混合原料殘?zhí)己枯^低(質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于5.5%)，飽和烴含量高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60%)，是理想的催化裂化原料。

表2 混合原料數(shù)據(jù)

2.2 平衡劑性質(zhì)

平衡劑性質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表3。為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可對比性，通過調(diào)整新鮮劑的日加注量，穩(wěn)定控制平衡劑的活性不低于63%，并以此為基礎(chǔ)，考察不同反應(yīng)溫度下產(chǎn)品的性質(zhì)和分布的變化。從表3數(shù)據(jù)來看，試驗(yàn)期間平衡劑的活性均不低于64%，考察數(shù)據(jù)具有較高的可對比性[2-4]。

表3 平衡劑分析數(shù)據(jù)

2.3 物料平衡

由表2可知，試驗(yàn)期間原料比例控制比較平穩(wěn)，第三階段為了提高反應(yīng)溫度，適當(dāng)提高了減渣配量。不同階段的物料平衡數(shù)據(jù)見表4。

表4 不同階段的物料平衡數(shù)據(jù)

在反應(yīng)溫度從525 ℃提升至528 ℃再到530 ℃的過程中，汽油、液化氣收率依次下降，柴油、油漿、干氣收率依次上升。尤其是在反應(yīng)溫度從528 ℃提升至530 ℃后，汽油收率下降了2.35%。由此可看出，在催化裂化過程中，存在一個過裂化點(diǎn)。當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，熱裂化反應(yīng)的比重明顯增大，汽油產(chǎn)率顯著下降，裂解氣產(chǎn)率升高[5]。

2.4 產(chǎn)品性質(zhì)

從表2數(shù)據(jù)分析可知，整個試驗(yàn)期間原料性質(zhì)平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合催化裂化裝置原料的要求。從表5數(shù)據(jù)來看，當(dāng)反應(yīng)溫度從525 ℃提升至528 ℃再到530 ℃時(shí)，液化氣中丙烯體積分?jǐn)?shù)逐漸上升；而液化氣中異丁烯的體積分?jǐn)?shù)先下降，后上升；液化氣中反丁烯-2和順丁烯-2體積分?jǐn)?shù)均先降低，后持平。分析其原因如下：

表5 不同溫度下液化氣組成成分變化

催化裂化過程中主要發(fā)生裂化反應(yīng)、氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)和芳構(gòu)化反應(yīng)，其中裂化反應(yīng)和芳構(gòu)化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，而氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)是放熱反應(yīng)[6，7]。所以隨著反應(yīng)溫度的升高，有利于裂化反應(yīng)的發(fā)生，丙烯的產(chǎn)率會逐步提高。丁烯是非穩(wěn)定的二次產(chǎn)物，正、異丁烯間的異構(gòu)反應(yīng)有利于異丁烯生成，而氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)不利于異丁烯保留。反應(yīng)溫度為525～528 ℃時(shí)，氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)的比重大，異丁烯轉(zhuǎn)化率較高，異丁烯含量下降。而在528 ℃到530 ℃的區(qū)間內(nèi)，熱裂化反應(yīng)的比重大，抑制了氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)的發(fā)生，異丁烯轉(zhuǎn)化率較低，異丁烯含量增加，這就造成了異丁烯含量先減少后增加的現(xiàn)象。當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到528 ℃以后，反丁烯-2、順丁烯-2的生成量和消耗量達(dá)到短期平衡。

圖1是5月28日到6月19日這段時(shí)間，不同反應(yīng)溫度對汽油中芳烴、烯烴體積分?jǐn)?shù)以及辛烷值的影響。從圖1可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度從525 ℃提升至528 ℃再到530 ℃時(shí)，汽油中芳烴體積分?jǐn)?shù)在第一、二階段稍有增加，在第三階段下降；烯烴體積分?jǐn)?shù)先增后減，最后增加；汽油辛烷值逐漸上升。但反應(yīng)溫度從528 ℃升至530 ℃的過程中，汽油的辛烷值基本保持不變。分析其原因如下：

圖1 溫度對汽油成分以及辛烷值的影響

汽油中的烯烴和芳烴是辛烷值較高的組分。提高反應(yīng)溫度后，有利于裂化反應(yīng)的發(fā)生，烯烴和芳烴的生成增加。同時(shí)，消耗烯烴的氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)為放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度相當(dāng)于抑制氫轉(zhuǎn)移，因此提高了裂化反應(yīng)與氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)比，從而，汽油中烯烴的體積分?jǐn)?shù)和辛烷值都有一定程度的上升。但是當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到某一平衡點(diǎn)后，芳烴的生成量不會隨著溫度的升高而增加，甚至有所減少。因此，超過平衡點(diǎn)后，汽油的辛烷值基本保持不變[8]。

3 結(jié)論

(1)隨著反應(yīng)溫度的升高，汽油、液化氣收率依次下降，柴油、油漿、干氣收率依次上升。尤其當(dāng)反應(yīng)溫度超過一定的值后，熱裂化反應(yīng)明顯加強(qiáng)，汽油產(chǎn)率大幅下降，裂解氣產(chǎn)率升高。

(2)隨著反應(yīng)溫度的升高，液化氣中丙烯含量逐漸上升；汽油中烯烴含量先增后減，最后逐漸上升，汽油辛烷值逐漸增大。

(3)反應(yīng)溫度從528 ℃升至530 ℃，汽油辛烷值有一定程度的增大，但變化并不明顯，這主要是由于芳烴的產(chǎn)生趨于平衡甚至降低所致。

(4)隨著反應(yīng)溫度的升高，液化氣中異丁烯含量先下降，后上升；液化氣中反丁烯-2含量、順丁烯-2含量均先降低，后持平。

(5)根據(jù)“辛烷值桶”理論，汽油收率和汽油辛烷值兩者相互依存，過度追求其中一者，必然會導(dǎo)致另一方相應(yīng)下降。因此，需要控制合適的反應(yīng)溫度，才能兼顧兩者。