FDFCC-Ⅲ工藝的先進(jìn)性及工業(yè)應(yīng)用

趙贊立，孟凡東，段少魏，孫世源，楊鑫

（1.江蘇新海石化有限公司，江蘇連云港222100；2.中國石化煉化工程集團(tuán)洛陽技術(shù)研發(fā)中心，河南洛陽471003）

FDFCC-Ⅲ工藝是生產(chǎn)清潔汽油燃料和實(shí)現(xiàn)煉化一體化的先進(jìn)技術(shù)，江蘇新海石化有限公司1.2 Mt/a重油催化裂化裝置在新建時(shí)即采用該技術(shù)。重油催化裂化裝置建成開工后，運(yùn)行分為2個(gè)階段。第1階段，2010年8月至2014年9月，裝置只開重油提升管，汽油提升管不運(yùn)行；第2階段，2014年10月至今，重油提升管和汽油提升管均投入運(yùn)行。通過2個(gè)階段工況對(duì)比，發(fā)現(xiàn)FDFCC-Ⅲ工藝原料適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整靈活，不僅可以大幅度降低汽油硫含量和烯烴含量，提高汽油辛烷值，同時(shí)在不增加裝置干氣和焦炭產(chǎn)率的情況下大幅度增加丙烯產(chǎn)率，該項(xiàng)工藝的應(yīng)用為新海石化的持續(xù)發(fā)展提供了可靠且有效的技術(shù)支撐［1］。

1 FDFCC-Ⅲ工藝簡介及關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

FDFCC-Ⅲ工藝采用雙提升管反應(yīng)器，1根提升管為重油裂化反應(yīng)器，另1根提升管為汽油改質(zhì)反應(yīng)器，加工重油提升管產(chǎn)生的粗汽油，2個(gè)反應(yīng)器共用同一再生器［2］。同時(shí)，汽油待生催化劑引入重油提升管催化劑預(yù)提升混合器，實(shí)現(xiàn)“低溫接觸、大劑油比”操作［3-6］，其工藝流程見圖1。

圖1 FDFCC-Ⅲ工藝流程示意

從圖1可以看出，F(xiàn)DFCC-Ⅲ工藝關(guān)鍵的技術(shù)特點(diǎn)是：（1）采用雙提升管反應(yīng)器技術(shù)，為重油裂化和汽油改質(zhì)提供了獨(dú)立的反應(yīng)空間和優(yōu)化的反應(yīng)條件；（2）采用催化劑混合降溫技術(shù)，通過催化劑的串聯(lián)，形成了雙反應(yīng)器的耦合，實(shí)現(xiàn)“低溫接觸、大劑油比”的高效催化創(chuàng)新理念，提高了反應(yīng)效率和再生效率。

2 FDFCC-Ⅲ工藝的先進(jìn)性

2.1 雙提升管反應(yīng)器技術(shù)提供了單獨(dú)可優(yōu)化空間

FDFCC-Ⅲ工藝屬于雙提升管催化裂化工藝。近年來，世界各大石油公司都在開發(fā)雙提升管催化裂化工藝，EXXON MOBIL公司開發(fā)了高低并列式雙提升管催化裂化工藝［7］，其工藝流程見圖2。

圖2 EXXON MOBIL高低并列式雙提升管催化裂化工藝

該工藝采用的主要技術(shù)措施是：（1）在常規(guī)FCC裝置上增加汽油提升管；（2）汽油提升管在更苛刻的反應(yīng)條件下操作；（3）系統(tǒng)在低壓下操作，以利于多產(chǎn)輕烯烴。

AXENS公司推崇同高并列式催化裂化工藝，由于受知識(shí)產(chǎn)權(quán)的限制及自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，AXENS公司開發(fā)了同高并列式雙提升管催化裂化工藝—PetroRiser［8］，其工藝流程見圖3。

圖3 AXENSE同高并列式雙提升管催化裂化工藝

其技術(shù)特點(diǎn)是在1套重油催化裂化裝置上增加第2提升管，第1提升管生產(chǎn)的汽油進(jìn)入獨(dú)立的第2提升管進(jìn)行裂化，使每個(gè)提升管都能在優(yōu)化的條件下操作，從而實(shí)現(xiàn)既能多產(chǎn)丙烯，又能減少焦炭產(chǎn)率的目的。常規(guī)重油催化裂化的丙烯產(chǎn)率為5%左右，而PetroRiser的丙烯產(chǎn)率可以達(dá)到12%。

KBR公司在專有噴嘴技術(shù)、封閉式旋風(fēng)分離器技術(shù)和同軸式催化裂化技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了同軸式雙提升管催化裂化工藝—Maxofin［9］，該技術(shù)采用新一代ZSM-5助劑，以獲取最大丙烯收率。Maxofin雙提升管催化裂化工藝的丙烯產(chǎn)率可以達(dá)到18.4%，工藝流程見圖4。

圖4 KBR同軸式雙提升管催化裂化工藝

UOP公司雙提升管催化裂化技術(shù)PetroFCC在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，其技術(shù)特點(diǎn)除了采用專用催化劑、系統(tǒng)低壓操作、第1提升管和第2提升管2個(gè)反應(yīng)器產(chǎn)物分別進(jìn)入獨(dú)立分離系統(tǒng)外，顯著特點(diǎn)就是整合了UOP公司的Rxcat［10］技術(shù)。所謂Rxcat技術(shù)，就是將重油提升管的待生劑返回到重油提升管底部的催化劑混合區(qū)與再生劑進(jìn)行混合，以實(shí)現(xiàn)低溫接觸、大劑油比的操作。PetroFCC的丙烯產(chǎn)率可達(dá)到22%，其工藝流程見圖5。

圖5 UOP雙提升管催化裂化工藝PetroFCC典型反再系統(tǒng)

SHELL公司在FDFCC-Ⅲ技術(shù)工業(yè)化2年后，推出了與FDFCC-Ⅲ工藝極其類似的雙提升管催化裂化工藝—MILOS［11，12］，目標(biāo)是為了多產(chǎn)柴油和丙烯，該工藝顯著特點(diǎn)是汽油提升管待生劑不是直接進(jìn)入再生器，而是類似FDFCC-Ⅲ工藝進(jìn)入重油提升管反應(yīng)器繼續(xù)發(fā)揮作用，工藝流程見圖6。

圖6 SHELL雙提升管催化裂化工藝MILOS典型反再系統(tǒng)

雙提升管反應(yīng)器的2種原料根據(jù)不同目標(biāo)可以在其最優(yōu)化的條件下操作，從而靈活的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

2.2 催化劑混合降溫技術(shù)

催化裂化裝置通過催化劑混合降溫技術(shù)，實(shí)施低溫接觸、大劑油比技術(shù)理念，可有效促進(jìn)催化裂化反應(yīng)，抑制熱裂化反應(yīng)，從而提高理想產(chǎn)品的選擇性，降低干氣和焦炭產(chǎn)率；可以強(qiáng)化氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，降低汽油中的烯烴含量和硫含量，提高汽油的品質(zhì)；大劑油比操作，還增加了催化裂化裝置的重油裂化能力，可以加工高殘?zhí)?、高密度的原料?/p>

Petrobras公司提出通過催化劑混合降溫，實(shí)施低溫接觸、大劑油比技術(shù)理念，即Isocat技術(shù)［13］，將經(jīng)過外取熱器冷卻的再生催化劑一部分引入提升管底部，與來自再生斜管的再生催化劑混合，控制混合后再生劑溫度在650℃左右?；旌虾笤偕鷦囟鹊陀诔Ｒ?guī)再生劑的溫度，因此在原料預(yù)熱溫度高時(shí)也能實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率；同時(shí)，低的原料油與催化劑接觸溫度，減少了熱裂化反應(yīng)的趨勢(shì)，利于降低干氣產(chǎn)率；在原料預(yù)熱溫度不變的情況下，劑油比可達(dá)到10左右，從而提高重油裂化能力，可以加工殘?zhí)恐禐?%～10%的進(jìn)料，其工藝流程見圖7。

圖7 Petrobras Isocat工藝流程

UOP公司開發(fā)的催化劑混合降溫技術(shù)稱為RxCat，該技術(shù)利用循環(huán)管將重油提升管沉降器中的待生催化劑返回重油提升管底部，與來自再生器的再生催化劑混合參與重油催化裂化反應(yīng)，其目的是提高重油提升管的劑油比，提高轉(zhuǎn)化率，同時(shí)降低油劑初始接觸溫度，提高目標(biāo)產(chǎn)品的選擇性，降低干氣和焦炭產(chǎn)率。

FDFCC-Ⅲ雙提升管和MILOS工藝技術(shù)都實(shí)現(xiàn)了低溫接觸、大劑油比的技術(shù)理念，但FDFCC-Ⅲ工藝在采用催化劑混合降溫技術(shù)時(shí)吸收了上述技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，因此FDFCC-Ⅲ更具有先進(jìn)性。

3 FDFCC-Ⅲ工藝在新海石化的應(yīng)用

新海石化催化裂化加工的原料油性質(zhì)較差，其密度為946.1 kg/m3、殘?zhí)恐禐?.37%，硫含量為1.8%。因此，采用重油裂化能力強(qiáng)的FDFCC-Ⅲ工藝是合適的選擇。

新海石化FDFCC-Ⅲ工藝應(yīng)用前后的產(chǎn)品分布數(shù)據(jù)見表1。

表1 產(chǎn)品分布/%

從表1可以看出，與單提升管操作相比，F(xiàn)DFCC-Ⅲ工藝的產(chǎn)品分布得到明顯改善，干氣產(chǎn)率下降，液化氣產(chǎn)率增加，丙烯選擇性提高，液化氣中丙烯含量增加，丙烯產(chǎn)率由4.21%增加至9.04%，總液體收率提高。

FDFCC-Ⅲ工藝由于采用了雙提升管反應(yīng)器，為不同原料的裂化提供了獨(dú)立的反應(yīng)空間，不同原料都可以在單獨(dú)優(yōu)化的反應(yīng)條件下進(jìn)行裂化，得到更為理想的產(chǎn)品分布；同時(shí)，采用“低溫接觸、大劑油比”技術(shù)理念和操作模式，可以有效地促進(jìn)催化裂化反應(yīng)，抑制熱裂化反應(yīng)，從而提高理想產(chǎn)品的選擇性，使得液化氣產(chǎn)率、丙烯產(chǎn)率大幅度提高，干氣產(chǎn)率降低。

新海石化FDFCC-Ⅲ工藝應(yīng)用前后的精制汽油性質(zhì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 精制汽油性質(zhì)

由表2可知，與單提升管操作相比，F(xiàn)DFCC-Ⅲ工藝的汽油性質(zhì)得到了明顯改善。烯烴含量由44.1%降至24.4%；硫含量由0.22%降至0.14%，脫硫率達(dá)到40%以上；研究法辛烷值由92.5增加至95.4，增加了2.9個(gè)單位，馬達(dá)法辛烷值由82.1增加至83.3，增加了1.3個(gè)單位；誘導(dǎo)期由490 min增加至884 min。

汽油性質(zhì)顯著改善有2個(gè)原因。（1）易裂化的烯烴在汽油提升管得到裂化；（2）重油提升管反應(yīng)器劑油比的提高促進(jìn)了氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而促進(jìn)了烯烴和硫化物的轉(zhuǎn)化及異構(gòu)烷烴與芳烴的生成。

4 結(jié)束語

（1）FDFCC-Ⅲ工藝采用雙提升管反應(yīng)器技術(shù)，為不同原料的裂化提供了單獨(dú)可優(yōu)化的空間；同時(shí)，通過催化劑混合降溫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低溫接觸、大劑油比先進(jìn)的技術(shù)理念。該工藝順應(yīng)了催化裂化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，技術(shù)理念先進(jìn)，是1項(xiàng)先進(jìn)可靠的催化裂化技術(shù)。

（2）工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，該工藝顯著提升了液化氣和丙烯產(chǎn)率，改善了汽油性質(zhì)，為煉油企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了可靠且有效的技術(shù)支撐。