在催化裂化工藝中穩定控制汽油蒸氣壓的優化措施

郭濤濤(中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

隨著我國經濟社會的不斷發展，對于輕質油品特別是對汽油的需求量日益增加。據國家統計局相關統計數據顯示，截至2020年底，我國民用汽車擁有量突破2.7億輛。汽油的飽和蒸氣壓與汽油發動機的啟動性能以及蒸發性能密切相關，因此我國車用汽油指標對于汽油飽和蒸氣壓的要求越來越嚴格。催化裂化技術作為重質原料輕質化的核心技術之一，在重油轉化中發揮著重要作用，一直以來是現代煉油廠獲取汽油的重要手段之一。我國車用汽油70%以上來自催化裂化汽油，因此控制好催化裂化汽油質量指標就顯得尤為重要[1]。

某公司2.8 Mt/a重油催化裂化裝置采用MIP-CGP工藝，其主要目的產品為低烯烴汽油、輕柴油、液化氣、干氣等。吸收穩定系統的任務是將經分餾塔頂油氣分離后的汽油和富氣，通過吸收解吸分離出干氣，通過穩定塔分離出符合質量指標的液化氣和穩定汽油產品。由于該套催化裂化裝置持續運行周期長，近期頻繁出現穩定汽油蒸氣壓卡邊控制或超標情況(實際生產要求穩定汽油蒸氣壓控制≤60 kPa)，困擾著裝置長周期高效運行。本文就催化裂化裝置吸收穩定系統穩定汽油飽和蒸氣壓控制進行簡要分析，并討論優化改進方案，將穩定汽油蒸氣壓控制在合理范圍之內，以符合產品質量要求。

1 汽油蒸氣壓

汽油蒸氣壓是表征汽油蒸發性能的重要指標，是衡量汽油在發動機燃料系統中是否產生氣阻現象的指標，良好的蒸發性能能夠保證車輛在不同天氣條件下正常啟動。同時汽油蒸氣壓也可用于衡量汽油在儲存、運輸、使用過程中的損耗傾向。汽油的飽和蒸氣壓越大，其蒸發性能越強，發動機就易于冷啟動，但同時其產生氣阻的傾向性也越大，蒸發損耗和發生火災危險性也越大。因此汽油蒸氣壓要控制在一定的合理范圍內[2]。

一般來說，汽油組分為C5～C11，但催化裂化汽油還會少量帶入C4等輕組分。同種烴類的C4蒸氣壓要高出C5許多。因次催化裂化穩定塔底以C4為輕關鍵指標，影響穩定汽油蒸汽壓的主要組分是C4。

2 催化裂化吸收穩定系統工藝流程

催化裂化吸收穩定系統是將來自分餾塔頂的粗汽油和富氣，經吸收、解吸分離出干氣，經穩定塔分離出液化氣和穩定汽油產品。穩定汽油和液化氣的收率高低，關鍵在于催化裂化反應過程，同時也取決于吸收穩定系統的分離效果和回收率。

從分餾塔出來的富氣由壓縮機升壓后經空冷器冷卻并與吸收塔底油混合，進入凝縮油罐，分離出富氣和凝縮油。富氣進入吸收塔底與塔頂來的吸收劑(粗汽油和穩定汽油)進行逆向接觸，吸收氣體中的C3及C4組分。吸收塔頂氣體經再吸收塔分離出催化干氣。經凝縮油罐分離出的凝縮油進入解吸塔上部，解吸出其中的C1、C2組分。解吸塔底的脫乙烷汽油進入穩定塔，分離出液化氣和穩定汽油產品。

3 存在的問題及原因分析

3.1 解吸塔操作不穩定

解吸塔主要解吸出凝縮油中的C1、C2組分，解吸塔底的脫乙烷汽油作為穩定塔進料。低壓高溫有利于解吸過程的進行，解吸氣量增大，塔底脫乙烷汽油中的C1、C2組分就越少，有利于穩定塔分離操作。解吸氣量過小，C1、C2輕組分未被完全解吸出去，隨脫乙烷汽油進入穩定塔，會使穩定塔壓力升高，增大分離難度，從而造成液化氣、穩定汽油產品質量不合格。但解吸氣量過高，可能會造成過解吸，使部分C2以上組分被解吸出去，從而降低了分離效果，使裝置能耗增加，經濟效益變差。

由于解吸塔底兩組重沸器使用分餾一中和分餾貧吸收油作為加熱介質，解吸塔底熱源控制受分餾塔操作影響較大。當催化加工量及原料性質變化時，分餾塔熱平衡發生改變，解吸塔底熱源需要做相應調整，調整不及時就會出現解吸塔沖塔或解吸效果不好等情況，從而影響穩定塔操作，最終影響產品質量控制[3]。

3.2 穩定塔壓力偏高

常溫下，液態烴C3、C4組分只有在高壓下呈液態，以便于儲存和運輸，因此穩定塔采用高壓操作。穩定塔是一個典型的由精餾段和提餾段組成的精餾塔，就精餾塔而言，低的操作壓力有利于塔底重組分的蒸出，有利于控制穩定汽油蒸氣壓。因此實際操作中應根據生產要求選擇合適的穩定塔頂壓力。在穩定塔中C4是塔底輕關鍵組分，塔頂的重關鍵組分是C5。因此當穩定塔壓力過高時會使液態烴中的部分C4組分無法從塔頂餾出，從而進入塔底穩定汽油中。同種烴類的C4蒸氣壓比C5高出許多，從而使穩定汽油蒸汽壓上升，無法滿足產品質量要求(生產中要求控制穩定汽油蒸氣壓≤60 kPa)。

該套催化裂化裝置穩定塔頂壓力采用卡脖子壓力控制方案，調節靈敏，滯后性較小。穩定塔頂餾出的液化氣經塔頂濕式空冷器冷卻后進入塔頂回流罐，一部分作為塔頂回流，另一部分出裝進入后續裝置進行脫硫分離等處理。該企業地處沿海地區，屬于熱帶島嶼季風氣候區，常年高溫天氣多，濕度大，空氣含鹽量高。由于裝置運行周期長，穩定塔頂濕式空冷器腐蝕結垢結鹽嚴重，冷卻效果嚴重不足，特別是夏季高溫天氣持續時間長，導致穩定塔壓力控制難度大，時常出現壓力過高情況。穩定塔壓力過高導致穩定汽油中C4組成高，蒸氣壓無法滿足指標要求，并且可能威脅設備的長周期平穩運行。其次，夏季氣溫高，給吸收解吸的平穩操作造成了一定難度，出現解吸塔沖塔等情況，從而進一步加劇穩定塔操作難度，影響穩定塔分離精度。

為使穩定塔達到分離精度要求，夏季高溫天氣時常采用提高塔底熱源的方法，使C4組分能夠從塔底重組分中分離出去，力求滿足穩定汽油蒸氣壓要求。但是單純提高穩定塔底底溫，可能會造成液化氣中帶C5，加大了后續液化氣分離裝置分離難度，使裝置能耗上升。其次，高溫天氣塔壓高，提高塔底熱源，穩定塔底溫度上升，加劇塔頂壓力上升趨勢，不利于C4餾出，兩者相矛盾，最終無法達到質量控制要求[4]。

4 優化改進措施

4.1 優化吸收解吸操作

催化裂化裝置吸收穩定系統三塔循環作為一個緊密結合的整體，某一項參數的變化都有可能導致整個系統的操作波動。因此為保證穩定塔良好的分離效果，產出蒸氣壓合格的穩定汽油等產品，必須做好吸收塔解吸塔的平穩操作。

(1)維持相對平穩的原料性質和裝置處理量。做好生產調度規劃，使催化裂化反應進料量相對保持平穩且須避免原料性質頻繁波動，分餾、吸收穩定系統進料不出現大幅波動，維持好分餾塔熱平衡，保證解吸塔、穩定塔塔底重沸器熱源相對穩定。

(2)嚴密監測解吸塔操作狀況。夏季高溫天氣，解吸塔時常出現沖塔現象，導致吸收穩定系統波動。通過及時調整進入解吸塔物料溫度，改變解吸塔冷熱進料比例，調整解吸塔底熱源，保持解吸塔操作穩定，保證足夠的解吸氣流量，增加解吸氣化驗分析頻次，掌握解吸塔運行情況，防止發生過解吸和解吸不足的情況，避免C2被帶入穩定塔，影響穩定塔壓力平衡。

4.2 優化穩定塔操作

控制穩定汽油蒸氣壓，關鍵是做好穩定塔的安全平穩操作，尤其是提餾段的操作，保證塔底餾出液中輕關鍵組分C4的含量符合生產設計要求。該催化裂化裝置設計要求汽油中C3、C4含量不大于2.8%(質量分數)，實際生產操作中須嚴格控制其在指標要求范圍內。為解決穩定汽油蒸氣壓卡邊控制或超標問題，提出以下四點穩定塔操作優化措施：

(1)控制適宜的穩定塔底重沸器出口溫度。若重沸器熱源不足，重沸器出口溫度偏低，穩定塔提餾段提餾效果不佳，塔底餾出液中C4等輕組分多，穩定汽油蒸氣壓偏高。

(2)控制適宜的穩定塔回流比。合適的回流比是精餾塔操作的必要條件，控制好適宜的回流比才能保證穩定塔達到分離要求。根據進料量、穩定塔壓力、外界氣溫等工藝條件的改變，及時調整穩定塔頂回流罐的回流量和液化氣出裝量的比例，保證回流比符合生產要求。

(3)選擇合適的穩定塔進料位置。對于蒸餾過程來說，較高的進料位置有利于重組分的蒸出。因為進料位置提高，提餾段板數增加，有利于塔底重組分的蒸出。穩定塔共設有上中下三個進料口，根據進料溫度、汽油以及液化氣質量指標等不同因素，可以選擇使用不同的進料口。穩定塔進料位置往上，提餾段板數增加，有利于控制降低汽油蒸氣壓，但對控制液化氣中的C5含量不利，穩定塔進料位置下移，精餾段板數增加，有利于控制液化氣中的C5含量，但不利于穩定汽油蒸氣壓的控制。因此，實際操作中需要根據生產實際，選擇適宜的進料口位置。

(4)清理穩定塔頂濕式空冷器，保證穩定塔頂冷卻效果。由于裝置運行周期長、氣候條件等多重因素作用，穩定塔頂濕式空冷器結垢結鹽嚴重，冷卻效果與設計冷卻負荷相比大幅下降。經討論后決定：①對穩定塔頂所有濕式空冷器進行在線清垢清淤作業，以提高其換熱效果。②監測濕式空冷器噴淋水溫度和水質，保證噴淋水溫度不能過高，水中雜質滿足設計要求，減緩空冷器翅片腐蝕結垢速度。保證裝置長周期高效平穩運行。

5 結語

通過平穩控制吸收解吸操作、選擇合適的穩定塔進料位置、適宜的穩定塔底重沸器出口溫度、滿足分離要求的穩定塔頂回流比以及清理穩定塔頂濕式空冷器以提高冷卻效果，使穩定塔產出合格產品，解決了夏季高溫天氣穩定汽油蒸氣壓卡邊或超標的問題，滿足能耗、環保要求，確保了裝置長周期平穩運行。