催化裂化裝置采用MIP-CGP技術(shù)增產(chǎn)液化氣及丙烯擴(kuò)能改造的工程實(shí)踐

劉學(xué)川，徐振領(lǐng)

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

近年來(lái)，我國(guó)煉油產(chǎn)能重回增長(zhǎng)軌道，2020年過(guò)剩近200 Mt/a，導(dǎo)致成品油供應(yīng)過(guò)剩加劇，成品油銷售競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。而液化氣特別是丙烯等化工原料需求快速增加，液化氣以及丙烯等產(chǎn)品的價(jià)格優(yōu)勢(shì)日趨明顯[1-3]。2019年底，我國(guó)丙烯總產(chǎn)能達(dá)到39.27 Mt/a，預(yù)計(jì)到2023年底將達(dá)到52.00 Mt/a。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，須及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。某公司對(duì)催化裂化(Ⅱ)系列裝置實(shí)施了以增產(chǎn)液化氣及丙烯為主要目的的擴(kuò)能改造，以期提高液化氣特別是丙烯產(chǎn)品的收率。

1 裝置簡(jiǎn)介

某公司二期催化裂化(Ⅱ)系列裝置包括4.80 Mt/a催化裂化裝置(簡(jiǎn)稱催化Ⅱ裝置)、1.24 Mt/a干氣和液化氣脫硫裝置(簡(jiǎn)稱雙脫Ⅱ裝置)、0.70 Mt/a氣體分餾裝置(簡(jiǎn)稱氣分Ⅱ裝置)以及0.10 Mt/a甲基叔丁基醚(MTBE)裝置(簡(jiǎn)稱MTBEⅡ裝置)。催化Ⅱ裝置提升管反應(yīng)部分采用中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的MIP提升管反應(yīng)技術(shù)；雙脫Ⅱ裝置干氣脫硫采用NCMA脫硫脫碳技術(shù)，液化氣脫硫采用常規(guī)MDEA脫硫工藝，液化氣脫硫醇采用美國(guó)MeriChem公司纖維膜接觸脫硫醇技術(shù)；氣分Ⅱ裝置采用常規(guī)“四塔”流程；MTBEⅡ裝置采用混相床+催化蒸餾深度轉(zhuǎn)化組合工藝。

在改造前，催化Ⅱ裝置通過(guò)調(diào)整新鮮催化劑配方和優(yōu)化操作條件，將液化氣收率(w，下同)從設(shè)計(jì)值的16.1%提高至19.18%，但是受制于穩(wěn)定塔塔頂冷卻負(fù)荷和雙脫Ⅱ、氣分Ⅱ裝置處理能力的限制，催化Ⅱ裝置維持在80%左右的加工負(fù)荷。

2 技術(shù)改造總體思路

催化Ⅱ裝置在不改變反應(yīng)器和再生器設(shè)備結(jié)構(gòu)、不更換主風(fēng)機(jī)、煙機(jī)和氣壓機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的前提下，通過(guò)改變生產(chǎn)工藝、調(diào)整催化劑配方、優(yōu)化操作參數(shù)，大幅度提高液化氣特別是丙烯產(chǎn)品的收率；分餾和吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)、雙脫Ⅱ裝置、氣分Ⅱ裝置相關(guān)塔器在不改變?cè)O(shè)備主體尺寸、只采用新型高效內(nèi)件技術(shù)的情況下，滿足各產(chǎn)品的分離目的。

3 主要技術(shù)改造內(nèi)容

經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算，將催化Ⅱ裝置由4.80 Mt/a MIP技術(shù)多產(chǎn)汽油模式調(diào)整為4.20 Mt/a MIP-CGP技術(shù)兼顧液化氣模式，液化氣產(chǎn)量可由原來(lái)的700 kt/a增至984 kt/a，因此雙脫Ⅱ裝置液化氣脫硫、脫硫醇部分與氣分Ⅱ裝置均要由0.70 Mt/a擴(kuò)能至0.98 Mt/a。MTBE Ⅱ暫不改造，氣分Ⅱ產(chǎn)生的富余C4送至罐區(qū)。具體改造內(nèi)容如下。

3.1 催化Ⅱ裝置

3.1.1MIP-CGP工藝調(diào)整

催化Ⅱ裝置原設(shè)計(jì)采用MIP工藝，該工藝以多產(chǎn)低烯烴含量汽油為主，液化氣和丙烯收率均較低[4]。本次改造將MIP工藝改為多產(chǎn)異構(gòu)烷烴和丙烯的MIP-CGP工藝。

MIP-CGP工藝是在MIP工藝的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，采用專用催化劑并進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整，在生產(chǎn)低烯烴含量、高辛烷值汽油的同時(shí)最大量地生產(chǎn)丙烯[5]。

3.1.2采用MIP-CGP專用催化劑

MIP-CGP專用催化劑改善了載體孔分布和酸性，使載體具有良好的容炭性能，減少了第一反應(yīng)區(qū)(一反)生成的積炭對(duì)活性組元的污染，使其特點(diǎn)在第二反應(yīng)區(qū)(二反)得以充分發(fā)揮；同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)了Y分子篩的氫轉(zhuǎn)移活性和一次裂化活性，加入的第二活性組元可選擇性地裂化汽油中的烯烴，達(dá)到進(jìn)一步降低汽油烯烴含量、多產(chǎn)丙烯的目的[6]。

3.1.3吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)更換新型ADV高效浮閥塔盤

本次改造中，催化Ⅱ裝置吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)解吸塔32～41號(hào)塔盤、穩(wěn)定塔1～60號(hào)塔盤采用了新型ADV高效浮閥技術(shù)，同時(shí)增加了相應(yīng)塔盤的開(kāi)孔率。

另外，為了保證穩(wěn)定塔有足夠的熱源、穩(wěn)定塔塔頂冷卻器有足夠的冷卻能力等，相應(yīng)改造還包括：①更換穩(wěn)定塔塔底2臺(tái)重沸器；②新增穩(wěn)定塔塔頂液化氣冷卻器；③新增液化氣回流泵和液化氣產(chǎn)品泵。

3.2 雙脫Ⅱ裝置采用Fiber-Film plus纖維膜技術(shù)脫硫醇

對(duì)于雙脫Ⅱ裝置，考慮到占地面積、投資、施工工程量等問(wèn)題，選擇原工藝包MeriChem公司提供的Fiber-Film plus技術(shù)進(jìn)行液化氣脫硫醇。該技術(shù)可以在纖維膜截面積不變、線速增加的情況下，依靠簡(jiǎn)單的增加纖維膜高度實(shí)現(xiàn)脫硫醇能力的提升；同時(shí)通過(guò)在纖維膜沉降罐內(nèi)增加新型高效聚結(jié)填料，加速油相與水相的聚結(jié)分層。這樣改造后在纖維膜沉降罐體積不增大的情況下也能確保油水兩相分離沉降的停留時(shí)間。對(duì)于堿液氧化再生系統(tǒng)，則僅通過(guò)增加塔本體高度，更換更高的堿液氧化塔以及更換通量更大的空氣分布器滿足改造后的堿液氧化再生需求。另外為了保證干氣和液化氣脫硫能力，催化裂化干氣脫硫塔、催化裂化液化氣脫硫塔更換新型液體分布器和再分布器。

3.3 氣分Ⅱ裝置改造

3.3.1采用新型高效波紋導(dǎo)向浮閥塔盤技術(shù)

本次改造氣分Ⅱ裝置脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯塔均采用了新型高效波紋導(dǎo)向浮閥塔盤技術(shù)。該浮閥與原塔盤采用的ADV浮閥相比，如圖1所示，單板傳質(zhì)效率提高15%，全塔壓降降低8%～15%，操作彈性增加30%以上。

圖1 波紋導(dǎo)向浮閥與ADV導(dǎo)向浮閥

加上脫丙烷塔全塔、脫乙烷塔和丙烯塔提餾段擴(kuò)大降液板流道面積等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了在塔徑不變、溢流形式不變的前提下，裝置處理能力大幅度提高的目的。圖2為改造前后降液板示意，原降液板與改造后降液板之間間隙用三校條形板單面慢焊封堵。

圖2 改造前后降液板示意(單位：mm)

3.3.2應(yīng)用GT-MCP高效冷凝管換熱器

氣分Ⅱ裝置處理能力增加后丙烯塔塔頂冷凝負(fù)荷相應(yīng)增加，必須增加冷凝冷卻設(shè)備。限于氣分Ⅱ裝置現(xiàn)場(chǎng)布局緊湊，本次新增的塔頂冷凝冷卻器采用了GT-MCP高效冷凝管換熱器。

4 改造效果分析

本次改造從2020年8月開(kāi)始提前施工，裝置于2021年3月初停工檢修，在2021年4月中旬完成現(xiàn)場(chǎng)全部施工后催化(Ⅱ)系列裝置一次開(kāi)車成功，6月底完成裝置標(biāo)定工作。由于在標(biāo)定期間MIP-CGP專用催化劑還在逐步置換，因此，標(biāo)定期間按照液化氣滿負(fù)荷進(jìn)行標(biāo)定。

4.1 催化Ⅱ裝置改造效果分析

4.1.1原料性質(zhì)與產(chǎn)品分布

改造后標(biāo)定期間與改造前的原料性質(zhì)如表1所示。從表1可以看出：改造后標(biāo)定期間，原料油密度和殘?zhí)颗c改造前比較接近，密度(20 ℃)為922.8～925.0 kg/m3，殘?zhí)繛?.11%～3.43%；但是，原料中金屬含量，特別是Ni，Na，Ca含量，均比改造前高。金屬含量高對(duì)產(chǎn)品的選擇性會(huì)有一定影響。綜合來(lái)看，改造后標(biāo)定期間的原料性質(zhì)與改造前基本相當(dāng)。

表1 改造前后原料性質(zhì)

改造后標(biāo)定期間與改造前產(chǎn)品分布如表2所示。裝置改造開(kāi)工后，MIP-CGP專用催化劑逐步置換系統(tǒng)原有催化劑，到標(biāo)定期間MIP-CGP專用催化劑占系統(tǒng)催化劑總藏量的約25%，多產(chǎn)液化氣及丙烯的作用還未完全發(fā)揮，為了按照液化氣產(chǎn)量接近滿負(fù)荷(117.5 t/h)標(biāo)定，需要適當(dāng)提高進(jìn)料量，即進(jìn)料量由447 t/h大幅提升至527.70 t/h，為改造后設(shè)計(jì)進(jìn)料量的105.55%。

表2 改造前后產(chǎn)品分布

從表2可以看出：MIP-CGP技術(shù)改造后，液化氣產(chǎn)量由85.85 t/h提高到117.20 t/h，收率較改造前增加3.00百分點(diǎn)；丙烯產(chǎn)量由改造前的24.89 t/h提高到36.04 t/h，收率較改造前增加1.26百分點(diǎn)；標(biāo)定期間液體產(chǎn)品(液化氣+汽油+柴油)收率高達(dá)85.27%，較改造前增加了2.08百分點(diǎn)；干氣與焦炭產(chǎn)率分別降低0.51百分點(diǎn)和0.95百分點(diǎn)。說(shuō)明裝置MIP-CGP技術(shù)改造比較成功，在原料性質(zhì)相當(dāng)?shù)那闆r下，通過(guò)采用專用催化劑與適應(yīng)性工藝條件，不僅提高了液化氣和液體產(chǎn)品收率，還降低了干氣和焦炭產(chǎn)率。

4.1.2反應(yīng)-再生系統(tǒng)相關(guān)操作參數(shù)

改造后標(biāo)定期間反應(yīng)-再生系統(tǒng)操作條件如表3所示。從表3可以看出，標(biāo)定期間雖然原料性質(zhì)相當(dāng)，但反應(yīng)溫度較設(shè)計(jì)值低，生焦量較設(shè)計(jì)值低，反應(yīng)壓力、再生壓力和主風(fēng)量均比滿負(fù)荷條件下的設(shè)計(jì)值要低。

改造后標(biāo)定期間提升管和沉降器工藝參數(shù)見(jiàn)表4。從表4可以看出，提升管中的反應(yīng)時(shí)間與設(shè)計(jì)值基本吻合。旋流快分系統(tǒng)(VQS)線速、旋風(fēng)分離器(簡(jiǎn)稱旋分器)入口線速滿足設(shè)計(jì)要求，但在合理范圍內(nèi)偏大，主要原因是處理量較大，裂化產(chǎn)物中氣體產(chǎn)品較多。

表3 標(biāo)定期間反應(yīng)-再生系統(tǒng)操作條件

表4 改造后提升管和沉降器工藝參數(shù)

改造后標(biāo)定期間再生器工藝參數(shù)見(jiàn)表5。從表5可以看出，再生器一、二級(jí)旋分器入口線速在正常范圍內(nèi)，三級(jí)旋分器(簡(jiǎn)稱三旋)出入口催化劑質(zhì)量濃度均較低，說(shuō)明一、二、三級(jí)旋分器工作正常。

表5 改造后標(biāo)定期間再生器工藝參數(shù)

4.1.3催化 Ⅱ 裝置主要產(chǎn)品質(zhì)量

改造后催化裂化干氣密度及組成見(jiàn)表6。從表6可以看出，干氣中C3+體積分?jǐn)?shù)為2.55%，滿足小于3%的指標(biāo)要求。

表6 改造后催化裂化干氣密度和組成

改造后催化裂化液化氣密度及組成見(jiàn)表7。從表7可以看出：液化氣中的C2及C2以下組分體積分?jǐn)?shù)小于0.01%，滿足小于1%的指標(biāo)要求；液化氣中C5+體積分?jǐn)?shù)小于0.01%，滿足小于0.5%的指標(biāo)要求。改造后催化裂化穩(wěn)定汽油產(chǎn)品質(zhì)量見(jiàn)表8。從表8可以看出：穩(wěn)定汽油的蒸氣壓為57.6 kPa，滿足小于59 kPa的指標(biāo)要求；穩(wěn)定汽油終餾點(diǎn)為199.1 ℃，滿足小于202 ℃的指標(biāo)要求。由此可見(jiàn)，對(duì)解吸塔和穩(wěn)定塔的改造滿足產(chǎn)品的分離要求。

表7 液化氣密度及組成

表8 穩(wěn)定汽油性質(zhì)

4.2 雙脫Ⅱ裝置改造效果分析

改造后凈化催化裂化干氣分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。從表9可以看出，凈化干氣中H2S質(zhì)量濃度小于0.5 mg/m3，滿足小于20 mg/m3的指標(biāo)要求。

表9 改造后凈化催化裂化干氣分析數(shù)據(jù)

改造后精制催化裂化液化氣分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表10。從表10可以看出：精制催化裂化液化氣中H2S質(zhì)量濃度小于0.05 mg/m3，滿足小于20 mg/m3的指標(biāo)要求；硫醇硫質(zhì)量濃度小于0.05 mg/m3，滿足小于5 mg/m3的指標(biāo)要求。硫質(zhì)量濃度為9 mg/m3，滿足小于15 mg/m3的指標(biāo)要求。

表10 改造后精制催化裂化液化氣中含硫化合物含量 mg/m3

4.3 氣分Ⅱ裝置改造效果分析

氣分Ⅱ裝置改造后丙烷組成見(jiàn)表11。從表11可以看出：丙烷體積分?jǐn)?shù)為98.91%，滿足大于95%的指標(biāo)要求；丙烷中丙烯體積分?jǐn)?shù)為0.79%，滿足小于2.2%的指標(biāo)要求。

表11 改造后丙烷組成 φ，%

氣分Ⅱ裝置改造后丙烯的性質(zhì)和組成見(jiàn)表12。從表12可以看出：丙烯體積分?jǐn)?shù)為99.77%，滿足大于99.6%的指標(biāo)要求；丙烯中硫質(zhì)量濃度為2.2 mg/m3，滿足小于9 mg/m3的指標(biāo)要求。

表12 改造后丙烯的性質(zhì)和組成

5 結(jié) 論

催化裂化(Ⅱ)系列裝置MIP-CGP技術(shù)改造后已平穩(wěn)運(yùn)行8個(gè)月，液化氣加工負(fù)荷由設(shè)計(jì)的700 kt/a增至984 kt/a，丙烯等高附加值產(chǎn)品收率顯著提高，各裝置產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求，說(shuō)明改造達(dá)到目標(biāo)。

MIP-CGP技術(shù)改造后的標(biāo)定結(jié)果表明，在原料性質(zhì)相當(dāng)?shù)那闆r下，通過(guò)采用專用催化劑和與其適應(yīng)的工藝條件，液化氣產(chǎn)量由改造前的85.85 t/h提高到117.20 t/h，產(chǎn)率提高了3.00百分點(diǎn)；丙烯產(chǎn)量由改造前的24.89 t/h提高到36.04 t/h，產(chǎn)率提高了1.26百分點(diǎn)；液體產(chǎn)品(液化氣+汽油+柴油)收率增加了2.08百分點(diǎn)，而干氣與焦炭產(chǎn)率分別降低了0.51百分點(diǎn)和0.95百分點(diǎn)。裝置MIP-CGP技術(shù)改造比較成功，不僅提高了液化氣產(chǎn)率，且提高了液體產(chǎn)品收率，干氣和焦炭產(chǎn)率降低。

本次催化裂化(Ⅱ)系列裝置改造，消除了催化Ⅱ、雙脫Ⅱ、氣分Ⅱ裝置的生產(chǎn)瓶頸，是企業(yè)實(shí)施“減油增化”措施的重要一環(huán)，且改造后經(jīng)濟(jì)效益顯著。

MIP-CGP技術(shù)改造后有助于全廠提高加工負(fù)荷，有利于上游裝置充分釋放潛能，降低全廠加工成本，為煉油企業(yè)提高液化氣與丙烯產(chǎn)量提供了示范。