催化裂化裝置提高摻煉重油能力的方案探討

徐鵬

（中海煉化惠州煉化分公司，廣東惠州516086）

催化裂化裝置提高摻煉重油能力的方案探討

徐鵬

（中海煉化惠州煉化分公司，廣東惠州516086）

分析了中海煉化惠州煉化分公司催化裂化裝置提高摻煉減四線油的關鍵影響因素是主風機的最大供風能力。根據最大供風能力核算出減四油摻煉的最大比例，并進一步探討了其它操作參數的影響，提出了裝置優化操作的方案，提高了摻煉減四線油的比例。

催化裂化；瓶頸；摻煉；操作參數

中海煉化惠州煉化分公司催化裂化裝置于2009年4月28日建成投產。由于受到原油供應市場的影響，常減壓裝置處理原料性質發生改變導致催化裂化裝置直餾蠟油進料性質發生變化，同時考慮到全廠的物料平衡及提高催化裂化裝置的經濟效益，裝置運行期間多次摻煉了常減壓直餾減四線油。因減四線油餾分較重，殘炭高，重金屬含量高，在減四線摻煉達一定比例后裝置的操作工況變差，再生器溫度明顯升高，平衡劑活性變差，產品分布及收率受到影響，干氣產率大幅上升，油漿外甩量增加，對整個裝置的運行帶來不利影響。

在原料組成和性質無法更改的條件下，為適應裝置摻煉減四線油的需要，需進一步優化裝置的操作條件及挖掘現有的潛能，降低裝置的生焦率，提高催化劑的活性以取得較好的輕質油收率，提高裝置的經濟效益［1］。

1 摻煉減四油概況

裝置原料主要來源于常減壓裝置減三線直餾重蠟油、20%加氫尾油，同時摻煉部分常減壓減四線油。評價催化裂化原料性質采用密度、康氏殘炭、重金屬含量、餾程、硫含量、＜500℃渣油含量等指標。國外有一些公司對催化裂化的適用原料給出了評判的標準，一般把原料中殘炭＜8%、（Ni+V）＜30×10-6作為催化裝置原料進料的控制指標［1］，裝置進料的性質見表1。

表1 進料性質

從表1可以看出，減四線進料性質較差，含有較多的重質多環芳烴、膠質，殘炭高達12.53%，Ni含量達56.5 mg/kg，其性質接近于減壓渣油性質，因此摻煉減四線油必定對整個再生器的燒焦負荷，催化劑的活性、產品的分布和收率造成較大的影響。

摻煉減四線油在0～10%之間時，裝置產品分布和收率情況見表2。

表2 摻煉減四線量及產品收率

由表2可以看出，在裝置摻煉減四線油摻煉比＜10%的條件下，摻煉使得生焦負荷上升，油漿外甩增大，干氣產率上升較多。汽油收率稍有增加是因為提高了反應溫度、維持了較好的催化劑活性及較高的劑油比等，液化氣收率及柴油收率有所下降。但當繼續加大減四線摻煉量后，再生器溫度明顯上升，反應溫度由512℃提高到518℃后仍然無法降低回煉油罐及分餾塔液位，汽油減少，干氣量大量增加，油漿外甩由正常的3 t/h提高到7 t/h。因此，要進一步提高減四線的摻煉量，需要對裝置最大摻煉減四線量進行核算，并優化工藝操作條件。

2 減四線最大摻煉量核算

該裝置提高摻煉重油的能力，受到工藝條件和設備的限制。再生器溫度、主風機的最大供風能力，原料預熱溫度、氣壓機負荷等都是限制摻煉的因素。裝置氣壓機設計負荷較大，富氣量不構成裝置摻煉的瓶頸。因此，從催化進料殘炭與生焦量的量化關系，來核算出裝置在現有工藝設備條件下允許的最大摻煉重油比例。

國外公司對于催化進料殘炭與生焦量的量關系有3種論點［2］:（1）凱洛公司HOC技術預測原料中的殘炭100%轉換為焦炭；（2）UOP公司的RCC技術認為殘炭中的70%～80%轉換為焦炭，生焦率平均為蘭氏殘炭+4.2%；（3）SW公司的RFCC技術認為殘炭與生焦沒有直接對應關系，而與轉化率有關［2］。

催化裂化焦炭主要由催化焦、附加焦、污染焦、可汽提焦、未汽化油構成。污染焦與摻煉油中Ni、V等重金屬含量有一定的函數關系。而催化焦及可汽提焦與反應的工藝、設備、操作方案及參數等諸多因素有關，量化關系較難確定。該次計算減四線生焦率按蘭氏殘炭+4.2%計，減三線取裝置標定時生焦率6.8%計，二者生焦量之和為總生焦量［3］。

2.1 摻煉的技術瓶頸

核算的方法是通過裝置外取熱最大取熱負荷，主風機最大供風能力為限制條件來核算出再生器能承受的最大生焦量，其余參數按照裝置原設計值，不考慮回煉油及油漿回煉。計算所需的工藝參數見表3。

表3 工藝參數

計算過程僅從熱平衡角度核算減四摻煉量；主風機最大設計流量按2 430 m3/min和工業風補主風51 m3/min得主風最大流量2 481 m3/min；根據標定期間的耗風指標及主風機的最大供風能力，計算再生器能承受的最大生焦量，標定期間各項工藝參數見表4。

表4 標定參數

根據耗風指標:2 249×60/（146.27×6.86%× 1 000）=13.4 m3/kg

根據主風機最大供風能力，可算出最大生焦量:2 481×60/13.4=11 109 kg/h

在最大燒焦量11 109 kg/h條件下，及按照設計反應溫度、再生溫度、外取熱取熱負荷（不超過最大取熱負荷）來核算出再生器熱平衡。根據核算結果可知，在允許最大生焦量及設計再生溫度和反應溫度的條件下，現有外取熱設計負荷滿足取熱需要，外取熱取熱量32.51 MW，小于設計極限取熱負荷41.8 MW，能滿足反應及再生部分的熱量需求［4］。

2.2 減四殘炭與其摻煉比關系

由上述計算結果可知，外取熱器在主風機最大供風量條件下，能滿足最大生焦量的取熱需求，熱量核算時取熱負荷為設計最大取熱負荷78%，具備取熱操作彈性。因此，主風機最大供風量是限制摻煉減四線的瓶頸。現通過允許最大生焦量來計算減四的摻煉比。

總的生焦量按照物料平衡為減三生焦量與減四生焦量之和［5］。減三生焦量按照裝置標定期間生焦率6.86%計算；減四生焦率按照蘭氏殘炭+ 4.2%來計算。總生焦關系見（1）式:

式中 Ct—總生焦量，t/h；R—減四摻煉比；Kccr—殘炭，%。

根據（1）式，分別計算Kccr在5%～13%時減四所能摻煉的最大比例，計算結果見表5。

表5 殘炭與最大摻煉比Rmax關系

假設減四殘炭值最寬變化幅度在5%～13%，作減四殘炭值與減四摻煉比關系見圖1。

從圖1可知，減四殘炭指標在5%～13%時為可操作區域。

圖1 減四殘炭值與減四摻煉比關系

（1）假設減四線殘炭值控制指標在5%，則減四的最大摻煉比達32%；殘碳值達到13時，可摻煉量最大為7.2%；在殘炭控制指標內7.2%以下的摻煉比均能滿足再生器熱負荷要求。

（2）由于受主風機最大供風能力限制，在可操作區之上需降低進料轉化率或降量操作。

（3）由于實際摻煉減四時，不僅有殘炭轉化為生焦，還包括重組分的有害物質加速催化劑的失活等原因，在減四摻煉比較大和殘炭較高的情況下，實際生焦量可能會大于理論計算的生焦量，因此最大摻煉比應比實際操作中要大。

3 工藝操作參數的優化措施

3.1 選擇合適的反應溫度

反應溫度是催化裂化裝置最核心的操作參數，對反應深度整個裝置的產品分布和產品的收率起著深遠的影響，因此，摻煉比的確定也要受到反應溫度的限制。在相同的轉化率之下，隨著反應溫度的升高，焦炭產率會下降。因此，在一定的范圍之內，反應溫度可以作為改變焦炭產率，提高減四線摻煉比的措施。但是反應溫度的提高是有限制的，當反應溫度過高，催化劑循環量增大，生焦量的下降是有限制條件的，此時反應的熱裂化程度增加，表現為C1、C2量增加，壓縮機負荷增加，不凝氣增加，產品的分布會因此受到影響。因此，在原料性質確定的情況下，應該在生產中摸索出適宜的最佳反應溫度，既保證減四線的摻煉量，又能確保理想的產品分布和收率。從裝置實際情況來看，從未摻煉減四時反應溫度控制在500～510℃，提高到控制在515～518℃是適宜的，表2中的收率則是反應溫度在此區間時裝置的收率。

3.2 控制原料油預熱溫度

原料油的預熱溫度主要帶來2個方面的重要影響:（1）摻煉重油原料油的粘度增加，需要保證進料的霧化效果；（2）降低預熱溫度有利于提高劑油比，降低循環催化劑的炭差，改善催化劑的活性。如果單從提高劑油比的方面來說，原料油預熱溫度較低可以獲得較大的劑油比是可行的，但是預熱溫度降低到一定程度后導致霧化效果不好，“未汽化油”的增加反而使生焦增大，限制摻煉比的提高。裝置在未摻煉減四線控制預熱溫度在195～200℃，在提高摻煉比之后，應適當提高預熱溫度才能更好地保證霧化效果，同時也應該相應提高霧化蒸汽的比例。通過實際操作觀察，該裝置在摻煉減四線后預熱溫度控制在200～210℃時較為理想。

3.3 降低回煉比

經計算裝置回煉油特性因數為10.4，可以證實回煉油中含有大量的稠環芳烴，這部分回煉油回煉，有較大部分通過縮合反應轉化為焦炭，增加了再生器的負荷，為了維持一定的摻煉比，就必須降低回煉油的回煉甚至停止回煉。在實際操作中發現，當裝置回煉比提高之后，回煉油罐液位雖有緩慢下降趨勢，但分餾塔液位卻上漲較快，從另一側面說明這部分回煉油回煉后實際上是降低了反應的深度，限制了摻煉比的提高。

3.4 保證合適的催化劑活性

要保證合適的催化劑活性，首先是要保證再生催化劑的燒焦效果。該裝置采用的是快速床+湍流床形式的燒焦罐再生模式，因此應控制好外循環滑閥的開度，保證起始的燒焦溫度不能低于660℃，最好控制在670℃左右，這樣既能保證燒焦效果，又避免了因溫度過高引起催化劑的熱失活。根據裝置的實際情況，摻煉減四比較高時，裝置催化劑失活的速度明顯加快，因此每天應保證定時加入新鮮催化劑補充活性，并根據總藏量變化定期卸出部分催化劑。

3.5 增加金屬鈍化劑的注入量

從減四線性質表中可以看出其含Ni量較高，而Ni金屬在反應中主要起到脫氫的作用，一方面使烯烴等不飽和烴脫氫縮合成為焦炭增加再生器負荷，從而限制摻煉比的提高；另一方面也加劇了催化劑的失活，提高了催化劑單耗。隨著摻煉減四的增加，氫氣產量曾上升趨勢，因此根據氫氣與甲烷的比值關系變化應調大金屬鈍化劑的注入量，減少重金屬對于催化劑的污染引起的干氣、焦炭產量增加和催化劑的失活。

3.6 降低反應油氣分壓

反應壓力降低，等于降低了油氣分壓，減少了催化劑與油氣接觸的反應時間，相應的生焦量會降低。在實際生產中反應壓力的降低是有限度的，可以通過提高反應蒸汽及預提升干氣的量來降低油氣分壓，同樣可以起到有效降低焦炭的生成的效果。同時在摻煉減四后，應相應提高汽提蒸汽的用量，提高1.0 MPa蒸汽過熱溫度，保證汽提效果。

4 結束語

通過對裝置摻煉減四線量進行計算分析和對比，在減四線量摻比在7%時的操作條件是適宜的。減四線摻煉比的再提高主要依賴于減四的殘炭值、Ni含量以及裝置主風機的最大負荷。由于反應生焦機理復雜，影響因素較多，因此應通過多方面的工藝操作條件優化來提高減四線的摻煉量，嚴格控制減四油殘炭值是關鍵。隨著裝置的摻煉重油比例的提高，裝置的結焦問題也應引起重視。同時，在裝置的檢修期，應通過改造及優化裝置的瓶頸，使之達到能大比例摻煉重油的條件，提高裝置的經濟效益。

［1］韓哲.提高催化裂化裝置摻渣量時存在的問題與對策［J］.化學工業與工程技術，2003（1）:32-33.

［2］陸慶云.流化催化裂化［M］.北京:烴加工出版社，1989:22-25.

［3］劉曉青，馮穎.延遲焦化裝置摻煉重油催化裂化油漿［J］.石化技術與應用，2013，31（3）:214-216.

［4］王文智，張立海.延遲焦化裝置摻煉催化裂化油漿的技術經濟分析［J］.中外能源，2007，12（5）:82-85.

［5］熊玉平，張國靜.摻煉俄羅斯原油對重油催化裂化裝置產品分布及質量的影響［J］.煉油與化工，2012，23（2）:30-33.

Scheme discussion on increasing heavy oil blending proportion of FCC unit

Xu Peng
（CNOOC Huizhou Refining&Chemical Branch，Huizhou 516086，China）

It was determined through analysis that the key influencing factor for increasing vacuum cut 4 distillate oil blending proportion for the catalytic cracking unit of CNOOC Huizhou Refining&Chemical Branch was the maximum air supply capacity of the main blower.The maximum blending proportion was figured out based on the highest air supply capacity，the influence of other operating parameters was further discussed，and the scheme for optimization operation of the unit was put forwarded.The blending proportion of vacuum cut 4 distillate oil increased.

catalytic cracking；bottleneck；blending；operating parameter

TE624.41

B

1671-4962（2017）02-0023-04

2016-08-05

徐鵬，男，工程師，2005年畢業于西南石油大學化學工程與工藝專業，現從事煉油生產工藝技術管理工作。