催化裂化裝置優(yōu)化操作的方向與潛力

史學(xué)宇

摘 要：催化裂化是石油煉制過程之一，簡(jiǎn)要概述了催化裂化的特點(diǎn)和催化裂化工藝技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，介紹了催化裂化主要裝置及其主要流程，對(duì)催化裂化裝置優(yōu)化操作的方向與潛力進(jìn)行了說明，為決策者提供可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：催化裂化；裝置；優(yōu)化操作；方向與潛力

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)液化氣、汽油等工業(yè)能源的需求不斷增加，作為提供能源需求的石油煉制行業(yè)在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用。原油輕質(zhì)油品的收率，對(duì)煉油行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益影響較大，在流化催化裂化工藝發(fā)展之前，直接通過蒸餾的方法從原油中所能得到的輕質(zhì)產(chǎn)品的收率極低，從1936年開始，重油催化裂化逐步在石油煉制產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了主導(dǎo)地位。近年來，隨著大量催化裂化裝置建成投產(chǎn)，以及含硫原油慘煉量的逐漸增加，重油催化裂化再生后煙氣硫、氮、氧化物濃度逐漸提高，對(duì)空氣的污染日趨嚴(yán)重。

1 催化裂化概述

1.1 催化裂化的概念

催化裂化是石油煉制過程之一，它是指重質(zhì)油在熱和酸性催化劑的作用下于470―530℃的溫度下發(fā)生裂化反應(yīng)等一系列化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸦瘹狻⑵秃筒裼偷鹊倪^程。催化裂化技術(shù)由法國E.J.胡德利研究成功，于1936年由美國索康尼真空油公司和太陽石油公司合作實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，當(dāng)時(shí)采用固定床反應(yīng)器，反應(yīng)和催化劑再生交替進(jìn)行。

1.2 催化裂化的特點(diǎn)

采用催化裂化工藝，具有以下特點(diǎn)：

（1）有比較成熟的技術(shù)，對(duì)重質(zhì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，可將大于350℃的重質(zhì)油裂解；

（2）輕質(zhì)油組分收率較高。一般條件下，重油催化裂化的液收可達(dá)到82%以上，其中汽油的收率可達(dá)38%以上，柴油收率在20%以上，含有較多的芳香烴，裂化工藝產(chǎn)生的汽油辛烷值在90以上；液化氣收率可達(dá)35%以上，其中高附加值的產(chǎn)品丙烯的含量較高，可以達(dá)到液化氣收率的35V%以上；

（3）重油加工能力較強(qiáng)，處理負(fù)荷可達(dá)煉油廠原油加工能力的30%，是煉油廠加工常減壓渣油、重質(zhì)蠟油的主要裝置；

（4）經(jīng)濟(jì)效益比較可觀。

1.3 催化裂化技術(shù)的研究進(jìn)展

以熱裂化為基礎(chǔ)，催化裂化技術(shù)克服了其缺點(diǎn)并在此基礎(chǔ)上得到提升。熱裂化的原料還是采用重油、減壓餾分油、焦化蠟油等基礎(chǔ)材料為主，在壓力為2.0～4.0MPa且溫度在450～550℃條件下裂化為汽油和柴油等燃料油的。由于壓力和溫度較高，熱裂化的產(chǎn)品中低分子烯烴含量相對(duì)高，成分相對(duì)復(fù)雜，致使產(chǎn)品防爆性能相對(duì)差，穩(wěn)定性不好。正因?yàn)橛写巳毕荩瑹崃鸦螅摷夹g(shù)漸漸被催化裂化所替代。催化裂化設(shè)備，它是先將催化劑（一般為小顆粒球狀或片狀）投入到反應(yīng)器內(nèi)，待基礎(chǔ)材料加熱至400℃左右時(shí)使其在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，數(shù)分鐘至十來分鐘后，由于物料反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致催化劑活性下降，立刻終止物料投入，經(jīng)高溫水氣吹掃后，加進(jìn)空氣進(jìn)行活性再生。待催化劑活性恢復(fù)后，繼續(xù)投入物料進(jìn)行再次反應(yīng)。

該技術(shù)的反應(yīng)和再生兩個(gè)操作比較繁雜，操作在同一個(gè)裝置內(nèi)輪流進(jìn)行，是一種間歇式反應(yīng)，裝置結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，產(chǎn)量小，遭到工業(yè)廢棄。為了克服該催化裂化的缺陷，20世紀(jì)40年代，Socony Vacuum 石油公司投資建設(shè)了移動(dòng)床和流化床催化裂化，取名為TCC。該成套技術(shù)是將物料（原油和催化劑）一起投放至反應(yīng)釜釜頂，經(jīng)反應(yīng)物料逐漸下移，待物料移至反應(yīng)釜底時(shí)，產(chǎn)品從反應(yīng)器的中間抽出，通入空氣將催化劑再次吹到釜頂，與物料再次反應(yīng)，以此循環(huán)反應(yīng)。TCC生產(chǎn)設(shè)備反應(yīng)量達(dá)到500kt/a，使用的原油和催化劑尺寸為φ3～6mm，能循環(huán)再生。由于該技術(shù)使用的是移動(dòng)床技術(shù)，該技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中也有其操作不方便、裝置相對(duì)復(fù)雜等缺陷，尤其是反應(yīng)量超過800kt/ap的大型設(shè)備，其經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)比不上流化床。

20世紀(jì)50年代，流化床催化裂化應(yīng)運(yùn)而生取代移動(dòng)床催化裂化技術(shù)。該技術(shù)采用的催化劑是粒徑為φ30～100μm的微球催化劑，反應(yīng)油氣與通入的空氣在反應(yīng)器和再生器內(nèi)形成流化狀態(tài)進(jìn)行反應(yīng)和再生。由于催化劑粒徑小，攜帶的熱量多，降低了反應(yīng)器和再生器內(nèi)溫度變化的幅度，循環(huán)起來很便利。該裝置因其操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品穩(wěn)定性好，在工業(yè)上得到很多生產(chǎn)商的青睞。

20世紀(jì)60年代初期，活性高、選擇性好的分子篩催化劑代替純天然活性的白土催化劑和人工合成出了硅酸鋁催化劑，從某種意義上來說推動(dòng)了催化裂化設(shè)備和流程的不斷發(fā)展。

2 催化裂化主要裝置

2.1 催化裂化的類型

流化床催化裂化裝置有多種類型，按反應(yīng)器（或沉降器）以及再生器所在位置分為：（1）并列式；（2）同軸式。并列式又按照反應(yīng)器（或沉降器）以及再生器位置高低分為同高并列式和高低并列式兩種。

2.2 裝置主要流程

催化裂化裝置主要由反再系統(tǒng)、分餾穩(wěn)定系統(tǒng)、產(chǎn)汽和余熱鍋爐系統(tǒng)及大型機(jī)組組成。反再系統(tǒng)具體流程是：物料自上游設(shè)備來，混合后進(jìn)入原料罐，由罐底抽出經(jīng)原料泵后經(jīng)循環(huán)油漿加熱至220-280℃溫度與回?zé)捰统浞只旌虾螅?jīng)原料霧化噴嘴進(jìn)入特定反應(yīng)器，在高溫下物料催化劑接觸進(jìn)行原料的升溫、汽化及反應(yīng)。

反應(yīng)后的油氣與催化劑混合物經(jīng)過介質(zhì)分布器進(jìn)入到二反。在一反出口通入外補(bǔ)蒸汽，在第二反的入口處設(shè)有備用急冷汽油注入點(diǎn)。第二反應(yīng)區(qū)出口設(shè)立多個(gè)粗級(jí)旋分器，將油氣和催化劑迅速分離；油氣經(jīng)粗旋出口進(jìn)入沉降器稀相，再進(jìn)入單級(jí)旋分器入口，由旋分器回收的催化劑從旋分器底部料腿進(jìn)入汽提段，與汽提段底部通入的過熱蒸汽逆流接觸后進(jìn)入汽提段底部，一部分進(jìn)入待生催化劑管線經(jīng)待生滑閥后進(jìn)入再生器主風(fēng)分布板上方，另一部分進(jìn)入待生循環(huán)線路經(jīng)待生循環(huán)滑閥后注入二反區(qū)域。脫除催化劑后的油氣在集氣室匯合，由集氣室頂大油氣管線進(jìn)入分餾塔下部。

待生催化劑進(jìn)入一再后與主風(fēng)接觸燃燒升溫，隨主風(fēng)通過大孔分布板進(jìn)入二再，在二再形成密相床層，一部分由再生斜管進(jìn)入反應(yīng)器，一部分自流至外取熱器，取出多余熱量后返回一再；二再有多組旋風(fēng)分離器倆倆串聯(lián)，用于脫除催化劑顆粒，脫除顆粒后的煙氣由二再頂部進(jìn)入三級(jí)旋風(fēng)分離器，進(jìn)一步脫除催化劑細(xì)粉，一路進(jìn)入煙機(jī)做功后由煙機(jī)出口水封罐進(jìn)入余熱鍋爐，一路經(jīng)雙動(dòng)滑閥后走煙機(jī)旁路進(jìn)入余熱鍋爐。

3 優(yōu)化方向與潛力

我國的催化裂化發(fā)展應(yīng)符合我國的實(shí)際情況，不斷提高石油裂化的技術(shù)水平，形成一批中國特色的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和催化裂化技術(shù)。目前我國原油不足，劣質(zhì)油增加很快，再加上國內(nèi)對(duì)成品油消耗不斷增長，因此，未來國內(nèi)催化裂化的優(yōu)化方向是不斷開發(fā)新的渣油FCC技術(shù)，建設(shè)操作簡(jiǎn)單且清潔生產(chǎn)的FCC裝置，積極采用FCC過程監(jiān)管技術(shù)，優(yōu)化管理，開發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)的FCC成套優(yōu)化軟件，根據(jù)地域差別，增強(qiáng)企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。增加摻渣比同時(shí)生產(chǎn)清潔燃料的新催化裂化工藝以及煉油與石油化工一體化的新催化裂化工藝將是近期技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)。

催化煙氣脫硫、脫氮項(xiàng)目起步早較，實(shí)際應(yīng)用效果對(duì)比較少。隨著國家對(duì)空氣污染的逐年重視，在工程的起步階段，做好催化煙氣脫硫、脫硝的可行性研究，為技術(shù)的推廣應(yīng)用，為決策者提供可靠的投資依據(jù)。

參考文獻(xiàn) ：

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