石油化工催化裂化技術(shù)的工藝優(yōu)化分析

李永杰，李永文，韓翠菊，延敬祥，李小仿

(山東華星石油化工集團有限公司，山東 東營 257335)

0 引言

在輕質(zhì)油生產(chǎn)過程中，催化裂化屬于一種常用的工藝技術(shù)手段，石油化工企業(yè)一般借助該技術(shù)加工石油，若對工藝技術(shù)給予優(yōu)化，則可充分提升催化裂化質(zhì)量，有效提高催化裂化生產(chǎn)效率，并產(chǎn)出更多有價值的副產(chǎn)品，充分保證經(jīng)濟效益。在重質(zhì)油加工中順序性具有重要作用，所以在開展催化裂化時，應(yīng)該積極根據(jù)合理順序開展，進而在工藝反應(yīng)時可生產(chǎn)大量優(yōu)質(zhì)的化工產(chǎn)品，并能夠獲得剩余焦炭，這也是根據(jù)工藝順序開展加工活動的優(yōu)勢。當(dāng)前，在各個地區(qū)石油化工企業(yè)原油存在差異，相關(guān)企業(yè)采用的加工技術(shù)亦存在差異。石油屬于不可再生資源，開采的難度日益加劇。另外，基于環(huán)境保護要求等原因，需要對催化裂化技術(shù)進行優(yōu)化，以充分提升生產(chǎn)質(zhì)量。

1 催化裂化工藝概述

在石油化工不斷進步的過程中，其催化裂化技術(shù)經(jīng)歷了不同的階段。最初采用移動床與固定床等技術(shù)，現(xiàn)階段催化裂化技術(shù)展現(xiàn)出優(yōu)異的技術(shù)和工藝特征。在開展生產(chǎn)活動時，可以結(jié)合石油化工具體生產(chǎn)情況，合理選擇催化裂化工藝技術(shù)，進而充分降低原油裂化加工成本，不斷強化石油化工加工效率[1]。另外，基于科技快速發(fā)展的背景，對重油進行輕質(zhì)化管理已具有豐富的技術(shù)手段，加氫裂化、熱裂化及催化裂化等技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。

傳統(tǒng)工藝技術(shù)與現(xiàn)階段生產(chǎn)要求缺乏良好的適應(yīng)性，所以需要借助新技術(shù)，充分強化石油裂化效率?，F(xiàn)階段，加氫裂化的反應(yīng)水平最為突出，但應(yīng)用該技術(shù)時需要足夠的資金保障，對該技術(shù)的發(fā)展有一定的影響。所以，進行石油化工生產(chǎn)活動，一般會選擇催化裂化技術(shù)。該技術(shù)可充分提高柴油中十六烷值的比例，所以開展石油加工活動時，選擇該技術(shù)不僅可以充分提高汽油品質(zhì)，同時可以生產(chǎn)大量附加產(chǎn)品，有效提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2 催化裂化主要流程

在催化裂化的過程中，一般會選擇高低并列的再生系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)能夠促使原料重質(zhì)油發(fā)生多種反應(yīng)，進而將重質(zhì)油分解成輕質(zhì)油及其他化工產(chǎn)品。在石油化工產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)，催化裂化屬于核心技術(shù)，能夠充分保證石油加工效率，同時可節(jié)約使用石油資源，提高節(jié)能環(huán)保效果，充分緩解石油緊張問題。

(1)原料油催化裂化。在該階段，一般會借助催化劑促進原料油的化學(xué)反應(yīng)，才能進而實現(xiàn)裂化，在催化裂化中屬于重點內(nèi)容。第一，借助噴嘴向提升管反應(yīng)器輸送原料油，使用的原料油進行蒸汽霧化的處理。第二，保證原料油能夠和催化劑反應(yīng)，其中烯烴與烷烴能夠分解原料油，使其變成小分子，此過程就是斷裂反應(yīng)。第三，相關(guān)反應(yīng)物質(zhì)經(jīng)過沉降器及集氣室之后就會進入分餾系統(tǒng)。在此過程中，Y型分子篩及稀土改性Y型分子篩催化劑較為常用。以上催化劑都能夠減少原料油催化裂化環(huán)節(jié)在系統(tǒng)內(nèi)壓力方面的要求，進而充分強化原油加工質(zhì)量與效率。

(2)催化劑再生。原料油進行蒸汽霧化處理，并和高溫催化劑進行反應(yīng)，會形成焦炭，主風(fēng)機不斷向再生器注入主風(fēng)，高溫待生催化劑能夠和主風(fēng)發(fā)生強烈燒焦反應(yīng)，進而將自身活性恢復(fù)到最初狀態(tài)。由于進行了化學(xué)反應(yīng)，因此形成的焦炭能將催化劑包裹住，影響催化劑活性[2]。所以，進行石油煉化加工活動時，為了充分減少加工成本，應(yīng)通過系統(tǒng)功能處理催化劑，不僅對強化煉化質(zhì)量具有良好作用，同時也能夠充分節(jié)省能源，所以需要提高重視程度。

(3)產(chǎn)物分離。在原料油煉化加工環(huán)節(jié)中，產(chǎn)物分離屬于最后環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)。首先，對原料油在反應(yīng)之后產(chǎn)生的油氣進行分餾及吸收處理，在系統(tǒng)足夠穩(wěn)定之后，就能生成相應(yīng)的液化氣及汽油。在催化裂化中吸收/穩(wěn)定裝置為最后環(huán)節(jié)，在該階段應(yīng)對富氣中C2之下、C3之上組分展開分離處理，另外，對粗汽油中氣態(tài)烴進行提煉，可充分強化產(chǎn)品質(zhì)量[3]。對富氣進行壓縮冷凝處理及水洗處理，能和穩(wěn)定汽油之間進行逆流接觸，吸收大量C3以上的組分，就可形成富吸收油產(chǎn)品。其次，完成富油吸收處理之后，可以將含有C2組分及C1組分氣體排出，該氣體進入吸收塔底部，在和柴油進行逆流接觸后能對貧氣中汽油進行回收?；?.9～1.0 MPa與55 ℃條件，通過塔頂逸出液化氣，并在冷卻之后進行脫硫處理，進而能夠把穩(wěn)定塔底部汽油劃分為2部分使用，促使催化裂化環(huán)節(jié)有效分離產(chǎn)物。

3 催化裂化技術(shù)優(yōu)化策略

3.1 科學(xué)選擇催化劑

在催化裂化加工過程中，催化劑屬于核心內(nèi)容，現(xiàn)階段固體催化劑具有較多的應(yīng)用，基于特定壓強與溫度條件，油品基于催化劑作用就會快速進行裂化及裂解反應(yīng)，完成反應(yīng)之后，焦炭會附著于催化劑表面同時發(fā)生凝結(jié)，促使催化劑活性受到影響，最終導(dǎo)致退化及完全失活。對于整個反應(yīng)過程來講，催化劑只是屬于反應(yīng)媒介，并不會影響整體成分，所以應(yīng)該采用合理手段將催化劑表面焦炭除去，進而保證催化劑性能不會受到影響，可以將焦炭燃燒工藝增設(shè)到生產(chǎn)工藝中，在適合的溫度條件下將焦炭完全消除掉，進而恢復(fù)其活性[4]。另外，還應(yīng)該對催化劑種類進行深入優(yōu)化，不斷豐富催化劑負載類型，優(yōu)先發(fā)展催化效果突出的催化劑，同時借助優(yōu)化制備工藝革新負載類型，進而促使負載比表面積得到有效提升，基于最小體積條件下提高反應(yīng)面積，減少催化劑使用量。

3.2 優(yōu)化催化裂化生產(chǎn)流程

現(xiàn)階段，石油化工生產(chǎn)的催化裂化環(huán)節(jié)主要涵蓋再生組成、原油分離、穩(wěn)定吸收、脫硫精制、煙氣回收等內(nèi)容。各崗位應(yīng)互相協(xié)調(diào)，對原料油給予高效催化裂化處理。借助這五個步驟的轉(zhuǎn)化能充分燃燒焦炭、減少催化劑用量，并且有效讓未轉(zhuǎn)化成分再生流通，促進未轉(zhuǎn)化組分充分進行二次催化，提高原油利用效率。

在整個流程中，再生反應(yīng)屬于重要環(huán)節(jié)，也是保證反應(yīng)效果的關(guān)鍵，借助催化裂化處理可獲得小分子化工產(chǎn)品，另外能將焦炭對催化裂化造成的影響全面消除掉，所以優(yōu)化石油催化裂化工藝非常必要[5]?，F(xiàn)階段，部分石油化企業(yè)雖然引入了多流程循環(huán)再生模式，然而在催化裂化生產(chǎn)中更加注重精細化，所以應(yīng)對循環(huán)多通路進行增設(shè)。另外對循環(huán)管路給予優(yōu)化，有效識別組分成分，借助分析碳分子量進入相應(yīng)循環(huán)通路中，充分強化再生流程中催化效率，借助塔頂循環(huán)實現(xiàn)預(yù)期分離目標(biāo)，進而獲得穩(wěn)定液化氣與化工產(chǎn)品。

3.3 優(yōu)化工藝管理

3.3.1 煙氣脫硝脫硫工藝優(yōu)化

隨著含硫污染物排放量持續(xù)增加，會導(dǎo)致催化裂化設(shè)備中氮原料出現(xiàn)一定增長，進而促使煙氣中氮氧化物含量持續(xù)增加，嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)及大氣環(huán)境。為了保證催化裂化環(huán)節(jié)中充分實現(xiàn)煙氣脫硝、脫硫效果，需要采用匹配環(huán)保要求、成本合理及脫硝脫硫更充分的三效助劑[6]。

(1)實施優(yōu)化方案?？梢圆捎?個階段進行優(yōu)化：第一，標(biāo)定空白，選擇2天內(nèi)空白為助劑脫硝、脫硫評價數(shù)據(jù)；第二，促進助劑的初始反應(yīng)；第三，每天采用3%的三效助劑進行穩(wěn)定補充，持續(xù)1周；第四，進行使用標(biāo)定，時間為3天。

(2)脫硝、脫硫優(yōu)化效果。催化裂化時污染物減排情況。在空白標(biāo)定環(huán)節(jié)，催化裂化反應(yīng)的煙氣中，二氧化硫均值為327 mg/m2，三氧化硫的濃度達到40 mg/m2，同時氮氧化合物的濃度達到102 mg/m2。在快速加入助劑環(huán)節(jié)中，煙氣中二氧化硫均值為40 mg/m2，三氧化硫的濃度達到5 mg/m2，同時氮氧化合物的濃度達到97 mg/m2。在使用標(biāo)定環(huán)節(jié)，煙氣中二氧化硫均值為138 mg/m2，三氧化硫的濃度達到5 mg/m2，同時氮氧化合物的濃度達到59 mg/m2。對于使用標(biāo)定環(huán)節(jié)來講，可以去除67%二氧化硫，去除88%三氧化硫，去除43%氮氧化物。

(3)煙氣里硫及氮在催化裂化工藝中的比例。對于空白標(biāo)定環(huán)節(jié)，煙氣中硫含量是整體硫氧化物的5%。對于使用標(biāo)定環(huán)節(jié)，煙氣中硫含量在整體硫化物中的比重為1%，將63%硫去除掉?？瞻讟?biāo)定環(huán)節(jié)中，煙氣中氮元素在整體氮氧化物中的比重達到3%。使用標(biāo)定環(huán)節(jié)中，氮元素在整體氮氧化物中的比重為2%，將40%氮元素去除掉。在催化裂化中添加三效助劑，可以充分優(yōu)化煙氣中脫硝、脫硫質(zhì)量，同時在有效去除有害物質(zhì)過程中，能充分提高環(huán)保效果。

3.3.2 優(yōu)化穩(wěn)定汽油的換熱流程

穩(wěn)定汽油在初始溫度是156 ℃的情況下，穩(wěn)定塔進料換熱器的溫度是140 ℃，在經(jīng)過穩(wěn)定汽油-凝縮油換熱器之后，溫度降低至105 ℃，之后依次經(jīng)過穩(wěn)定汽油-熱水換熱器、穩(wěn)定汽油-除鹽水換熱器，溫度降低到70 ℃，進入到穩(wěn)定汽油干式空冷器、穩(wěn)定汽油冷卻器之后，溫度降低到37 ℃。劃分成二路：一路去加氫精制設(shè)備，一路經(jīng)補充吸收劑冷卻器，將溫度降低到30 ℃。在優(yōu)化之前，105 ℃穩(wěn)定汽油和熱水展開換熱處理，之后溫度降低到92 ℃，并和除鹽水展開換熱處理，溫度降低到70 ℃，該換熱流程缺乏合理性。由于除鹽水溫度應(yīng)保持在90 ℃左右，之后向除氧器輸送，1.0 MPa蒸汽是除氧器熱源。同時在加氫脫硫環(huán)節(jié)中，應(yīng)讓穩(wěn)定汽油的溫度保持在50 ℃左右，現(xiàn)階段通過空冷水對穩(wěn)定汽油進行冷卻處理，溫度降低了37 ℃，進入去加氫精制設(shè)備，溫度較低，因此同時增加循環(huán)水用量與空冷電耗。

對穩(wěn)定汽油-凝縮油換熱器進行優(yōu)化，和除鹽水之間展開換熱處理，之后穩(wěn)定汽油溫度達到80 ℃，并和熱水展開換熱處理，之后直接將其抽出，和加氫精制環(huán)節(jié)穩(wěn)定汽油展開混合處理，將溫度保持在50 ℃，可保證該單元要求得到滿足，減少穩(wěn)定汽油干式空冷器空冷電耗，充分節(jié)省穩(wěn)定汽油冷卻器用水量。

3.3.3 主分餾塔中段循環(huán)油/解吸塔塔底重沸器的熱聯(lián)合

解吸塔中只有一個塔底重沸器，通過1.0 MPa蒸汽保障熱源，用量為7.3 t/h，溫度為300 ℃，熱負荷為2.469 MW，需要大量蒸汽。同時循環(huán)油流量在150 t/h左右，重沸器完成換熱處理后，溫度達到249 ℃，并直接進入換熱器將溫度降低到202 ℃，之后傳輸?shù)街鞣逐s塔中，無法充分利用熱量。

對此問題，可讓中段循環(huán)油在經(jīng)過重沸器之后，和解吸塔中具有加熱需求的循環(huán)油進行換熱處理，在解吸塔塔底中增設(shè)輔助重沸器，替代1.0 MPa、7.3 t/h過熱蒸汽，為重沸器提供熱源保障，借助對換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，能充分節(jié)省蒸汽資源。將蒸汽管路設(shè)定為備用，在終端循環(huán)油產(chǎn)出不穩(wěn)定情況下，可借助管網(wǎng)中蒸汽為解析塔塔底重沸器B提供熱源。

3.3.4 優(yōu)化原料油預(yù)熱流程

分餾塔油漿和原料油在完成換熱處理后降到200 ℃，應(yīng)該通過冷卻水箱將溫度降低到160 ℃。結(jié)合夾點技術(shù)同時選擇Aspen Energy Analyzer分析優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)，分餾塔油漿能和原油直接進行換熱處理，降到160 ℃，發(fā)現(xiàn)原料油流程中冷卻用工程能耗增加，所以缺乏合理性。

因為分餾塔油漿最終換熱溫度為160 ℃，可直接通過換熱器將溫度變?yōu)?60 ℃，此改動促使冷卻水箱實際熱負荷降低，進而能充分降低冷卻水用量。另外，進行優(yōu)化處理后，原料通過分餾塔塔底油漿進行換熱處理之后，可將出口溫度增加到146 ℃，由于原油最終換熱溫度并不會出現(xiàn)變化，在增加入口的溫度之后，換熱器實際熱負荷就會減少，剩余熱量能將蒸汽輸送到蒸汽發(fā)生器中。

4 結(jié)語

石油化工企業(yè)技術(shù)人員需要對催化裂化技術(shù)進行深入研究，積極提高技術(shù)含量，應(yīng)充分進行優(yōu)化，以充分滿足生產(chǎn)要求，不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)。同時，還要在石油加工過程中降低廢物、廢氣排放量，以適應(yīng)綠色發(fā)展的要求。