催化裂解多產丙烯技術工業化試驗裝置設計

劉艷蘋，丁洪春，龍 鈺

（中國石油工程建設公司華東設計分公司，山東 青島 266071）

催化裂解多產丙烯技術工業化試驗裝置設計

劉艷蘋，丁洪春，龍 鈺

（中國石油工程建設公司華東設計分公司，山東 青島 266071）

介紹了國內外第一套催化裂解多產丙烯技術(TMP)工業化試驗裝置的改造設計內容及投產后的運行情況。標定結果表明，大慶常壓渣油經兩段提升管催化裂解反應，在丙烯的收率達到20.38%的情況下，總液收為82.95%，而干氣+焦炭產率只有13.99%。在多產丙烯的同時，兼顧汽油和柴油的質量。

TMP； 催化裂解； 丙烯； 混合C4

丙烯是工業生產中重要的基本有機化工原料，主要來自石腦油蒸汽裂解和催化裂化過程。近年來，以重油為原料，經催化裂化或裂解多產丙烯受到廣泛重視。但對于普通的催化裂化，丙烯收率一般在3%~5%，添加增產助劑后，收率也僅提高 1～2個百分點。目前的多產丙烯催化裂化技術，如DCC-I、DCC-II[1]、CPP[2]、MGG 和 ARGG[3]等，共同的技術特點是：高溫、大劑油比、長反應時間和含有不同比例的HZSM-5催化劑[4]。HZSM-5含量高，對于提高丙烯的收率和選擇性是必要的，但會影響重油轉化。多產丙烯催化裂化技術為了調和重油轉化與丙烯收率和選擇性的矛盾，不得已采用較為苛刻的操作條件下，雖能提高丙烯收率，但干氣收率會大幅上升，柴油收率和質量明顯下降[5]。

由中國石油大學（華東）開發的TMP技術，基于兩段提升管催化裂化技術[6]平臺，在原有的分段反應、催化劑接力、短反應時間和大劑油比等特點的基礎上，賦予了組合進料、低反應溫度、大劑油比和適宜的反應時間等全新的內涵。TMP技術在實驗室已進行了大量研究工作，實驗結果表明，可以在較緩和的操作條件下實現多產丙烯、同時得到低烯烴含量的高辛烷值的汽油組分和性能良好的柴油餾分。大慶石蠟基原油的常壓渣油氫含量高，重金屬含量低，非常適合于生產丙烯；另外，相對其他丙烯生產技術，TMP較為溫和的反應條件，可顯著減緩催化劑的水熱失活，延長催化劑壽命。如果考慮輕汽油和混合碳四回煉，可使丙烯收率達到20%以上。TMP技術在大慶煉化分公司的催化裝置上進行了工業化試驗，效果良好。

1 裝置概況

此裝置原為12萬t/a的DCC催化裂解裝置，2000年對裝置改造，并進行了CPP工業化試驗。

該試驗裝置規模為12×104t/a。

1.1 原料油

催化新鮮原料為大慶常壓渣油。

1.2 主要設備改造

（1） 燒焦罐：燒焦罐筒體加高，再生器相應整體抬高。

（2） 沉降器及提升管：將原有提升管拆除，增加一、二段（兩段）提升管；原有再生斜管拆除，增加一、二段再生斜管。

（3） 由于兩段提升管反應時間很短，為防止催化劑偏流及流化不穩定，同時滿足中國石油大學（華東）要求油劑混合區高密度要求，本次改造設計采用專用高密度輸送床反應器，催化劑流化平穩，原料反應充分，可以有效減少干氣的生成，保證原料的選擇性轉化。

（4） 調整或更換滑閥。

（5） 汽提段：原設計汽提段很短，且內部無構件，本次改造采用新型多段高效汽提器。

（6） 旋風分離器：將原沉降器內兩組兩級旋分器封掉1組，增加一段提升管出口粗旋1臺，二段提升管出口粗旋1臺，其它內件作相應修改。再生器旋風分離器不作改動（圖1）。

圖1 改造后反應再生系統結構示意圖Fig.1 Configuration of Reactor-generator after Revamping

2 裝置運行情況

2006年10月24日裝置投產成功，裝置運行平穩，操作靈活，產品分布合理，產品合格，丙烯收率基本達到設計要求，柴油性能良好。

3 TMP工藝標定

為了進一步了解改造后裝置的物料平衡、目的產品分布及產品質量等情況，2008年9月23日進行了技術標定。

3.1 原料

本次標定是以大慶常壓渣油為原料，常渣 20℃密度約為900.3 kg/m3，殘炭為3.91%，與實驗室實驗所用原料的性質相近。本次標定裝置的年處理能力達到13.225萬t，略高于原裝置設計能力12萬t/a。常渣和油漿的性質分析數據見表 1，回煉混合C4的主要性質見表2。

表1 催化原料油的主要性質Table 1 Properties of Feedstock

表2 混合C4組成Table 2 Composition of Mix C4 %

3.2 催化劑

本次標定使用LCC-300催化劑。

3.3 操作條件

操作條件見表3。由表3可看出，反應器、沉降器的操作參數與設計值接近。

3.4 物料平衡及產品

3.4.1 物料平衡(表4)

采用LCC-300催化劑，由于置換速度較快，催化劑活性較高，達到67.4，為控制干氣產率，進一步降低了反應溫度。由本次標定數據可以看出，在常規的催化裂化裝置的反應溫度下，丙烯收率達到20.38%，各物料收率也都非常接近設計值，液化氣+汽油+柴油的收率為82.95%，而干氣+焦炭+損失產率只有14.49%。

表3 反應部分操作條件Table 3 Operating Conditions of Reaction

表4 裝置物料平衡Table 4 Material Balance %

3.4.2 丙烯收率

結果表明，采用適宜的反應溫度和理想的進料方式，TMP技術能顯著提高液化氣收率，并獲得近20.38%的丙烯產率。

本次標定中，丙烯收率達到了20.38%，這與設計值的20.42%差距較小，丙烯收率略小于設計值。這主要是由于以下兩個方面的原因引起的。

（1） 一段提升管中的混合 C4回煉對丙烯的生成有較大影響，而混合碳四中對丙烯生成貢獻最大的就是丁烯。原設計中，混合 C4采用的是本裝置自產的C4，從表4-1-2中可以看出，丁烯含量為86.14%；而實際生產中混合 C4自其它裝置來，丁烯含量為43.64%，僅約為原設計值的1/2。

（2） 二段提升管中輕汽油的回煉發生裂解反應，其中的烯烴（大部分是戊烯和己烯）主要選擇性轉化成了丙烯。實際生產中，回煉的輕汽油來自分餾塔頂的兩級冷凝切割方案，所得輕汽油烯烴含量低。

3.4.3 汽油和柴油性質

本次標定 TMP裝置主要產品（穩定汽油和柴油）主要性質分析結果匯總于表5和表6。

表5 催化汽油主要性質Table 5 Properties of RFCC Gasoline

由表5看出，穩定汽油的辛烷值高（RON>96），硫含量較低（<0.012%），芳烴含量（36.4%）和苯含量（0.7%）低，達到國標Ⅲ類汽油標準。從汽油餾程數據看出，汽油的餾程控制較低，95%餾出溫度只有169 ℃，雖然會影響汽油的收率，但這樣操作有利于提高汽油的辛烷值和增加柴油收率。在汽油回煉量達到設計值的情況下，降烯烴含量效果較好，烯烴含量＜35%。

為了降低汽油中的烯烴含量，實驗室又做了進一步的研究，提出在穩定汽油出穩定塔后，進入新增穩定汽油切割塔，將穩定汽油中的 C5、C6組分分離出來，作為輕汽油餾分進入二段提升管回煉，C7及以上組分作為重汽油出裝置。實驗室結果表明，通過輕重汽油分離，一方面，回煉的輕汽油烯烴含量明顯升高，有利于二段提升管中丙烯的產率，另一方面出裝置的重汽油的烯烴含量理論計算能降低到11.43%。

由表6看出，在對柴油所分析的各項性質中，除密度偏高、十六烷值指數低外，其它分析性質均能滿足GB252-2000標準-10號輕柴油質量要求，但比較GB/T 19147-2003車用柴油標準，柴油的硫含量和十六烷值指數兩項指標差距較大。柴油的密度較高，說明其化學組成中芳香烴、環烷烴的含量較高，勢必會影響柴油的十六烷值和發火性能，使得十六烷值指數偏低（28）。柴油 95%餾出點溫度只有321.5 ℃，雖會影響柴油收率，但能控制柴油中的蠟含量，降低柴油凝點，滿足生產低凝點柴油產品的需要。

表6 催化柴油主要性質Table 6 Properties of RFCC Diesel

因此，本次標定生產的汽油、柴油，經過精制處理后，可以用作高辛烷值汽油和低凝柴油的調合組分。

4 結 論

（1） 通過對反再系統的工藝核算，結果表明，反再系統各部的操作參數滿足設計要求，各設備操作狀況良好。通過優化、調整操作條件，獲得了較理想的產品分布，在不考慮混合 C4回煉量時，液化氣和丙烯的收率分別達到37.34%、20.38%，液化氣+汽油+柴油的收率為82.95%，而干氣+焦炭產率只有13.99%。由此可見，工業試驗已達到預期目標。

（2） 原設計中混合C4進料組成異丁烯+丁烯-1含量59.15%，而實際異丁烯含量在19%～20%，限制了丙烯收率的進一步提高。回煉輕汽油的烯烴含量低，也使丙烯的產率受到了影響。本裝置已經設計并正在建造輕重汽油分離系統，如果投產成功，丙烯的產率一定會有大幅的提高，同時也解決了汽油產品烯烴含量高的問題。

（3） 兼顧了汽油和柴油的生產，獲得了高辛烷值的汽油組分和與常規催化裂化質量相當的柴油餾分。

（4） TMP技術充分顯示了其多產丙烯的優越性，在多產丙烯的同時提高輕油收率，并抑制低價值產物生成，該技術工業化試驗的突破性進展，將對我國丙烯生產帶來重要影響。

[1] 余本德，施至誠，許友好．CRP-1裂解催化劑工業應用及15萬t／a催化裂解裝置開工運轉[J].石油煉制與化工，1995，26(5)：7-13．

[2] 謝朝鋼，汪燮卿，郭志雄,等．催化熱裂解(CPP)制取烯烴技術的開發及其工業試驗[J].石油煉制與化工，2001，32(12)：7-10．

[3] 鐘樂桑，霍永清，王均華,等．常壓渣油多產液化氣和汽油(ARGG)工藝技術[J].石油煉制與化工，1996，26(6)：15-19．

[4] 李曉紅，陳小博，李春義，張建芳，楊朝合，山紅紅.兩段提升管催化裂化生產丙烯工藝[J].石油化工，2006，35(8)：749-753．

[5] 李春義，袁起民，陳小博，楊朝合，山紅紅，張建芳.兩段提升管催化裂解多產丙烯研究[J].中國石油大學報(自然科學版)，2007，31(1)：118-121．

[6] 楊朝合，山紅紅，張建芳．兩段提升管催化裂化系列技術[J].煉油技術與工程，2005，35(3)：28-33．

Design of Commercial Test Unit of Catalytic Cracking Technology for Maximizing Propylene Yield

LIU Yan-ping，DING Hong-chun，LONG Yu
(CPECC East-China Design Branch, Shandong Qingdao 266071, China)

Design content of reforming the domestic first commercial test unit adopting catalytic cracking technology for maximizing propylene yield （TMP） was introduced as well as operation conditions after reformation. The results show that through catalytic cracking reaction of Daqing atmospheric residue in two-stage riser, yield of propylene reaches 20.38%, total liquid yield is 82.95% ,and yield of dry gas and coke is only 13.99%, which proves that TMP can maximize propylene yield without cost of light oil quality.

TMP; Catalytic cracking; Propylene; Mix C4

TE 624.4+1

A

1671-0460（2011）01-0100-04

2010-11-08

劉艷蘋（1980-），女，工程師，碩士研究生，山東青島人，2005年畢業于中國石油大學（華東）工業催化專業，研究方向：從事催化裂化裝置設計工作。E-mail：liuyanping@cnpccei.cn，電話：13475322494。