DCC工藝與FCC工藝的區(qū)別

路軍曉(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600)

0 引言

催化裂化是對于重油二次加工，通過高溫及催化劑的催化作用下使原料發(fā)生裂化反應(yīng)，變成裂化氣體、汽油和柴油的過程，是典型的重油輕質(zhì)化過程[1]。

催化裂化的工業(yè)發(fā)展歷程：從固定床反應(yīng)器、移動床反應(yīng)器到流化床反應(yīng)器等發(fā)展階段。FCC-流化催化裂化工藝自20世紀(jì)40年代于美國進(jìn)行工業(yè)化投產(chǎn)后，于1965年在撫順石油二廠建成并投產(chǎn)國內(nèi)第一套FCC裝置。

1 DCC工藝技術(shù)簡介

根據(jù)市場環(huán)境需求，隨著丙烯的精細(xì)化工工業(yè)鏈的延長，市場對化工產(chǎn)品聚丙烯需求的快速增長，對化工原料丙烯需求量增大。相比于其他化工原料，丙烯一般是以聯(lián)產(chǎn)物或副產(chǎn)物的方式得到。面對市場對丙烯衍生物需求量，傳統(tǒng)的生產(chǎn)丙烯的方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)前市場環(huán)境，因此需要開發(fā)新的生產(chǎn)丙烯工藝方法[2]。

歷經(jīng)多年的研發(fā)、開拓、創(chuàng)新，分別開發(fā)了：蒸汽裂解制取丙烯技術(shù)、催化裂化生產(chǎn)丙烯技術(shù)、烯烴轉(zhuǎn)化工藝生產(chǎn)丙烯技術(shù)、丙烷脫氫生產(chǎn)丙烯技術(shù)、甲醇選擇性轉(zhuǎn)化生產(chǎn)丙烯等。催化裂解(DCC)工藝技術(shù)就是一種能夠大幅度提高丙烯產(chǎn)率的催化裂化技術(shù)。

催化裂解(DCC)裝置是由中國石油化工研究院研發(fā)、多產(chǎn)丙烯的專利技術(shù)，經(jīng)中國石化洛陽工程公司進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，裝置反應(yīng)系統(tǒng)采用較高的反應(yīng)溫度、較低的反應(yīng)壓力、較大的劑油比、較多的反應(yīng)注汽量和較低的反應(yīng)床層空速等較苛刻的操作條件。

2 DCC工藝與FCC工藝的異同點分析

中海油海南精細(xì)化工項目DCC裝置于2014年2月投產(chǎn)，設(shè)計規(guī)模120萬噸/年，年開工時數(shù)8 000 h，操作彈性70%～120%。

結(jié)合海南精細(xì)化工項目DCC裝置投產(chǎn)四年來的生產(chǎn)運行情況，從工藝特點、催化劑類型、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作條件以及原料和產(chǎn)品分布幾個方面出發(fā)，對DCC工藝與傳統(tǒng)催化裂化的生產(chǎn)運行情況進(jìn)行對比與分析。

2.1 工藝特點

催化裂化裝置是煉油廠的丙烯的主要來源，常規(guī)催化的丙烯收率僅為4%～6%左右，而DCC工藝的丙烯產(chǎn)率則可以高達(dá)15%，甚至更高。后期通過優(yōu)化操作，本裝置丙烯收率達(dá)到18%，較常規(guī)高出很多。對比常規(guī)催化裂化，DCC裝置需要更大的反應(yīng)深度，通過優(yōu)化工藝操作：提升劑油比、反應(yīng)溫度來達(dá)到更大的反應(yīng)深度。另外，DCC工藝的氣體產(chǎn)率是常規(guī)催化的3～4倍，通過使用專用MMC-2型催化劑，達(dá)到較高的乙烯、丙烯產(chǎn)率，降低干氣和焦炭產(chǎn)率。

與從常規(guī)催化衍生出的高產(chǎn)丙烯催化裂化工藝兩段提升管催化裂解多產(chǎn)丙烯(TMP)技術(shù)相比，DCC工藝具有汽油轉(zhuǎn)化充分、烯烴選擇性高等優(yōu)點。

2.2 催化劑類型

DCC專用催化裂解催化劑屬于固體強酸性催化劑，主要由分子篩、粘合劑、基質(zhì)等構(gòu)成。主要由：氧化鋁、氧化硅以及磷、稀土等改性元素所組成。其中分子篩是催化劑強酸性中心的主要來源，其與常規(guī)催化裂化的催化劑結(jié)構(gòu)，物理性質(zhì)相近，但是磨損指數(shù)明顯優(yōu)于常規(guī)催化裂化催化劑，具有良好的耐磨性能。并且由于操作苛刻度較高，除了需要較高的低碳烯烴選擇性以外，對催化劑的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性也提出了更高要求，需要具有較高的裂解活性和更好的水熱穩(wěn)定性[3]。

DCC專用催化劑具有如下特點：(1)低的氫轉(zhuǎn)移活性，增加烯烴的濃度；(2)高的基質(zhì)活性，增加重質(zhì)原料的一次裂化；(3)使用多沸石活性組分，大孔沸石進(jìn)行重質(zhì)油一次裂化，中孔沸石進(jìn)行裂解汽油的二次裂化；(4)中孔沸石預(yù)水熱活性處理，提高水熱穩(wěn)定性；(5)新生產(chǎn)工藝增加催化劑的耐磨性能和重油轉(zhuǎn)化能力；(6)基質(zhì)活化處理，增加催化劑的重油轉(zhuǎn)化能力。

海南精細(xì)化工項目DCC裝置采用中石化催化劑齊魯分公司所提供的MMC-2型催化裂解專用催化劑，提高丙烯的產(chǎn)率，可以滿足正常生產(chǎn)要求，MMC-2型催化劑的主要質(zhì)量指標(biāo)如表1所示。

表1 MMC-2型催化劑的主要質(zhì)量指標(biāo)

2.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)形式

與TMP，TSRFCC等工藝技術(shù)相接近，DCC工藝的反應(yīng)部分在設(shè)備結(jié)構(gòu)方面都采用雙提升管操作，并在此基礎(chǔ)上，采用提升管加床層反應(yīng)器，停留時間長、反應(yīng)深度大、操作條件苛刻，強化汽油和柴油的二次反應(yīng)，低碳烯烴收率大幅度提高[4]。

一反提升管(主提升管)進(jìn)料采用常壓渣油，通過預(yù)提升作用，使催化劑與原料接觸前具有合適的速度與密度，確保原料霧化及油氣接觸效果，提升管出口通過CSC快分系統(tǒng)，使催化劑與油氣具有高的分離效率。二反提升管采用本裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)所產(chǎn)出輕汽油作為進(jìn)料，主要作用是為床層反應(yīng)器(第三反應(yīng)區(qū))提供高溫催化劑，以提高總劑油比，保證高的反應(yīng)溫度，以達(dá)到對產(chǎn)品分布的需求，如圖1所示。

圖1 DCC工藝反應(yīng)系統(tǒng)簡圖

汽提段采用內(nèi)設(shè)環(huán)形擋板和多段汽提的形式，可提高汽提效率并降低蒸汽用量，同時適當(dāng)加大催化劑在汽提段的停留時間，在汽提段內(nèi)高溫過熱蒸汽可最大限度地去除待生催化劑中所夾帶的油氣，以提高產(chǎn)品的收率和降低焦炭產(chǎn)率。

2.4 工藝操作條件

DCC工藝操作條件較常規(guī)催化更加苛刻，采用一反提升管出口溫度520～550 ℃；二反提升管為補充催化劑提升管，預(yù)提升介質(zhì)為氣分裝置來的C4或是低壓蒸汽，反應(yīng)溫度為580～640 ℃；第三反應(yīng)區(qū)溫度不做具體控制，低反應(yīng)壓力，10～15的大劑油比，大的反應(yīng)深度和25%的水蒸汽注入量以降低油氣分壓，提高低碳烯烴的產(chǎn)率[5]。

DCC工藝與常規(guī)催化操作條件的比較如表2所示。

表2 DCC工藝與常規(guī)催化操作條件對比

由表2中數(shù)據(jù)對比可知，DCC工藝采用高溫、低壓、高的反應(yīng)注汽量以保證較大的反應(yīng)深度，較高的轉(zhuǎn)化率，以及高的低碳烯烴(乙烯和丙烯)產(chǎn)率。

2.5 原料與產(chǎn)品分布

DCC工藝多以重質(zhì)油為原料，海南精細(xì)化工項目DCC裝置主提升管使用常壓裝置的常壓渣油(潿洲∶陸豐=1∶1)作為原料，原料性質(zhì)如表3所示；第二提升管使用吸收穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)出的輕汽油作為原料；與常規(guī)催化不同的是常規(guī)催化裂化裝置多采用減壓蠟油進(jìn)料，有小量的渣油摻煉或是油漿回?zé)?，如?所示。

表3 海南精細(xì)化工DCC裝置原料性質(zhì)(潿洲∶陸豐=1∶1常壓渣油)

產(chǎn)品分布方面，DCC工藝的反應(yīng)深度較大，導(dǎo)致汽油進(jìn)一步裂化生成氣體?，F(xiàn)將本裝置的產(chǎn)品分布情況與某廠常規(guī)催化裂化裝置的產(chǎn)品分布情況如表4所示，主要產(chǎn)品液化氣的詳細(xì)組成分析如表5所示。

表4 海南精細(xì)化工DCC裝置產(chǎn)品分布與常規(guī)催化裂化裝置對比表

表5 海南精細(xì)化工DCC裝置液化氣組成

2.6 能耗分析

裝置能耗取決于焦炭熱量利用程度和反應(yīng)工藝的特點，在設(shè)計上優(yōu)先考慮采取措施降低生焦率及提高焦炭利用率，再通過優(yōu)化工藝，以進(jìn)一步降低裝置能耗。相比常規(guī)催化裂化，DCC裝置生產(chǎn)工況能耗分析分析如下：

(1)采用先進(jìn)高效原料油噴嘴降低生焦率。

(2) DCC反應(yīng)壓力120 kPa，反應(yīng)壓力低于常規(guī)催化，故再生壓力較低，煙機回收功率低于一般催化裝置 ，一般催化裝置主風(fēng)機組能發(fā)電降低能耗，本裝置DCC工藝尚需耗電400 kW，主機電流在125 A左右，電耗增大。

(3) DCC反應(yīng)熱遠(yuǎn)大于常規(guī)催化，相比而言，能耗約高11.6 kg標(biāo)油/t。

(4)低壓蒸汽消耗量大，DCC工藝通過反應(yīng)注汽來降低油氣分壓，增加低碳烯烴收率，霧化蒸汽、稀釋蒸汽、汽提蒸汽占原料25%左右，能耗大幅提升。

(5)富氣壓縮機中壓蒸汽能耗高于常規(guī)催化，DCC裝置反應(yīng)壓力低，氣壓機入口壓力在50～60 kPa，產(chǎn)氣(干氣、液化氣)尤其是干氣遠(yuǎn)高于常規(guī)催化，富氣相對分子質(zhì)量低，可壓縮性相比而言有所減低，導(dǎo)致壓縮機耗汽量遠(yuǎn)高于常規(guī)催化裂解，雖采取降低分餾塔頂油氣系統(tǒng)壓降的措施，但相比而言，DCC工藝氣壓機能耗約高7 kg標(biāo)油/t原料。

(6) DCC裝置二反是采用輕汽油回?zé)?，輕汽油中C5～C8成分有利與增大目的產(chǎn)品收率，故與常規(guī)而言增設(shè)了汽油分割塔，塔底重沸器消耗熱量，塔頂空冷水冷增大能耗。

聽到逃兵兩字，陳大勇急了，一五一十把自己受長官之令，押送孔老一奔喪的事細(xì)細(xì)抖了出來。聽說還有三個人藏在村外，女漢子使了使眼神，幾個黑衣人便閃出了屋外。

(7)循環(huán)水耗量大，DCC裝置產(chǎn)氣量大，干氣、液化氣遠(yuǎn)敢于常規(guī)催化，造成分餾及吸收穩(wěn)定冷卻負(fù)荷大幅升高，低溫?zé)岬幕厥绽眯式档停鋮s負(fù)荷增大，從而增加裝置冷卻水消耗。

(8)低溫?zé)崴到y(tǒng)取熱量不足，設(shè)計上無法滿足氣分取熱需要，需耗20 t/h低壓蒸汽，后期通過優(yōu)化操作，調(diào)整反應(yīng)注汽及分餾塔中段取熱，能夠滿足氣分裝置熱量需求。

(9)催化劑耗量大于常規(guī)催化，催化劑活性要求維持在≥60，后期調(diào)整為62，加上劑油比遠(yuǎn)大于常規(guī)催化，高的反應(yīng)溫度，裂解深度、高的再生燒焦強度、燒焦溫度導(dǎo)致催化劑破損失活量大于常規(guī)催化。

(10) CO助燃劑消耗量遠(yuǎn)大于常規(guī)催化裂化。由于反應(yīng)深度大，生焦量大，再加上DCC裝置采用的是富氧再生，致使再生中國仍有大量的CO存在，CO在稀相燃燒導(dǎo)致稀相超溫，為保證稀相不超溫，良好的燒焦效果，故需要加入CO助燃劑比常規(guī)催化裂化量大，12包/天CO助燃劑(2 kg/包)。

3 結(jié)語

通過對海南精細(xì)化工項目DCC裝置的運行情況分析以及與常規(guī)催化裝置的對比，得出以下結(jié)論：

(1) DCC工藝采用的操作條件隨不如熱裂化那樣苛刻，但卻比常規(guī)催化裂化苛刻的多：高溫(高出常規(guī)催化裂化20～30 ℃)低壓、高劑油比(為常規(guī)催化的3～4倍)、高的注汽量(20%～25%)的苛刻的操作條件，以達(dá)到較高的反應(yīng)深度的目的。

(2)設(shè)備結(jié)構(gòu)方面，DCC工藝采用提升管與床層反應(yīng)器相結(jié)合的方式，加大劑油比，延長停留時間，為改善產(chǎn)品分布以及提高丙烯等關(guān)鍵產(chǎn)品收率提供先決條件。

(3)產(chǎn)品分布以及收率方面，DCC工藝的汽油、柴油收率較常規(guī)催化低，但是液化氣收率高，尤其是丙烯收率高達(dá)15.36%，較常規(guī)催化明顯高出許多，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(4) DCC裝置生產(chǎn)的汽油性質(zhì)差，在高的反應(yīng)深度，高的操作苛刻度及高附加值產(chǎn)品收率的綜合影響下，穩(wěn)定后汽油組分中烯烴含量高，汽油中苯含量達(dá)到1.5%，甚至超過。隨著對車用汽油的嚴(yán)格要求，DCC所產(chǎn)汽油基本無法滿足市場上國五或是國六標(biāo)準(zhǔn)對汽油苯及烯烴含量的要求，通過工藝各種措施來優(yōu)化調(diào)整，勉強使其苯含量≤1.5%，但是卻降低了高附加值產(chǎn)品的收率，脫離了DCC裝置的特點。

(5) DCC生產(chǎn)的柴油性質(zhì)較差，不飽和度高，十六烷值低，穩(wěn)定性較差，多環(huán)、稠環(huán)芳烴含量高，市場競爭力差，需通過柴油加氫方能滿足市場環(huán)境要求。

(6) DCC工藝能耗高，催化劑損耗，電耗、中壓蒸汽、低壓蒸汽、循環(huán)水消耗較常規(guī)催化而言都較高，反應(yīng)操作苛刻度大，主要是針對性生產(chǎn)高附加值目的產(chǎn)品。

(7) DCC裝置配套需求，由于DCC工況能耗大，所產(chǎn)氣體量大，需針對氣體中的乙烯和丙烯后續(xù)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)鏈。汽油中苯含量及烯烴含量是由于反應(yīng)苛刻度造成，汽油加氫也無法滿足當(dāng)前市場對汽油苯含量要求，需要有配套的其他裝置或延伸發(fā)展。