石油化工催化裂化技術的工藝優化分析

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

在輕質油生產過程中，催化裂化屬于一種常用的工藝技術手段，石油化工企業一般借助該技術加工石油，若對工藝技術給予優化，則可充分提升催化裂化質量，有效提高催化裂化生產效率，并產出更多有價值的副產品，充分保證經濟效益。在重質油加工中順序性具有重要作用，所以在開展催化裂化時，應該積極根據合理順序開展，進而在工藝反應時可生產大量優質的化工產品，并能夠獲得剩余焦炭，這也是根據工藝順序開展加工活動的優勢。當前，在各個地區石油化工企業原油存在差異，相關企業采用的加工技術亦存在差異。石油屬于不可再生資源，開采的難度日益加劇。另外，基于環境保護要求等原因，需要對催化裂化技術進行優化，以充分提升生產質量。

1 催化裂化工藝概述

在石油化工不斷進步的過程中，其催化裂化技術經歷了不同的階段。最初采用移動床與固定床等技術，現階段催化裂化技術展現出優異的技術和工藝特征。在開展生產活動時，可以結合石油化工具體生產情況，合理選擇催化裂化工藝技術，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，基于科技快速發展的背景，對重油進行輕質化管理已具有豐富的技術手段，加氫裂化、熱裂化及催化裂化等技術應用較為廣泛。

傳統工藝技術與現階段生產要求缺乏良好的適應性，所以需要借助新技術，充分強化石油裂化效率。現階段，加氫裂化的反應水平最為突出，但應用該技術時需要足夠的資金保障，對該技術的發展有一定的影響。所以，進行石油化工生產活動，一般會選擇催化裂化技術。該技術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，選擇該技術不僅可以充分提高汽油品質，同時可以生產大量附加產品，有效提升企業的經濟效益。

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，借助該系統能夠促使原料重質油發生多種反應，進而將重質油分解成輕質油及其他化工產品。在石油化工產品加工環節，催化裂化屬于核心技術，能夠充分保證石油加工效率，同時可節約使用石油資源，提高節能環保效果，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反應，才能進而實現裂化，在催化裂化中屬于重點內容。第一，借助噴嘴向提升管反應器輸送原料油，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，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。第三，相關反應物質經過沉降器及集氣室之后就會進入分餾系統。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節在系統內壓力方面的要求，進而充分強化原油加工質量與效率。

(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，會形成焦炭，主風機不斷向再生器注入主風，高溫待生催化劑能夠和主風發生強烈燒焦反應，進而將自身活性恢復到最初狀態。由于進行了化學反應，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，應通過系統功能處理催化劑，不僅對強化煉化質量具有良好作用，同時也能夠充分節省能源，所以需要提高重視程度。

(3)產物分離。在原料油煉化加工環節中，產物分離屬于最后環節，也是最重要的環節。首先，對原料油在反應之后產生的油氣進行分餾及吸收處理，在系統足夠穩定之后，就能生成相應的液化氣及汽油。在催化裂化中吸收/穩定裝置為最后環節，在該階段應對富氣中C2之下、C3之上組分展開分離處理，另外，對粗汽油中氣態烴進行提煉，可充分強化產品質量[3]。對富氣進行壓縮冷凝處理及水洗處理，能和穩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。基于0.9～1.0 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，進而能夠把穩定塔底部汽油劃分為2部分使用，促使催化裂化環節有效分離產物。

3 催化裂化技術優化策略

3.1 科學選擇催化劑

在催化裂化加工過程中，催化劑屬于核心內容，現階段固體催化劑具有較多的應用，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，完成反應之后，焦炭會附著于催化劑表面同時發生凝結，促使催化劑活性受到影響，最終導致退化及完全失活。對于整個反應過程來講，催化劑只是屬于反應媒介，并不會影響整體成分，所以應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到生產工藝中，在適合的溫度條件下將焦炭完全消除掉，進而恢復其活性[4]。另外，還應該對催化劑種類進行深入優化，不斷豐富催化劑負載類型，優先發展催化效果突出的催化劑，同時借助優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面積，減少催化劑使用量。

3.2 優化催化裂化生產流程

現階段，石油化工生產的催化裂化環節主要涵蓋再生組成、原油分離、穩定吸收、脫硫精制、煙氣回收等內容。各崗位應互相協調，對原料油給予高效催化裂化處理。借助這五個步驟的轉化能充分燃燒焦炭、減少催化劑用量，并且有效讓未轉化成分再生流通，促進未轉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，再生反應屬于重要環節，也是保證反應效果的關鍵，借助催化裂化處理可獲得小分子化工產品，另外能將焦炭對催化裂化造成的影響全面消除掉，所以優化石油催化裂化工藝非常必要[5]。現階段，部分石油化企業雖然引入了多流程循環再生模式，然而在催化裂化生產中更加注重精細化，所以應對循環多通路進行增設。另外對循環管路給予優化，有效識別組分成分，借助分析碳分子量進入相應循環通路中，充分強化再生流程中催化效率，借助塔頂循環實現預期分離目標，進而獲得穩定液化氣與化工產品。

3.3 優化工藝管理

3.3.1 煙氣脫硝脫硫工藝優化

隨著含硫污染物排放量持續增加，會導致催化裂化設備中氮原料出現一定增長，進而促使煙氣中氮氧化物含量持續增加，嚴重破壞生態系統及大氣環境。為了保證催化裂化環節中充分實現煙氣脫硝、脫硫效果，需要采用匹配環保要求、成本合理及脫硝脫硫更充分的三效助劑[6]。

(1)實施優化方案。可以采用4個階段進行優化：第一，標定空白，選擇2天內空白為助劑脫硝、脫硫評價數據；第二，促進助劑的初始反應；第三，每天采用3%的三效助劑進行穩定補充，持續1周；第四，進行使用標定，時間為3天。

(2)脫硝、脫硫優化效果。催化裂化時污染物減排情況。在空白標定環節，催化裂化反應的煙氣中，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。在快速加入助劑環節中，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。在使用標定環節，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。對于使用標定環節來講，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。對于空白標定環節，煙氣中硫含量是整體硫氧化物的5%。對于使用標定環節，煙氣中硫含量在整體硫化物中的比重為1%，將63%硫去除掉。空白標定環節中，煙氣中氮元素在整體氮氧化物中的比重達到3%。使用標定環節中，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，可以充分優化煙氣中脫硝、脫硫質量，同時在有效去除有害物質過程中，能充分提高環保效果。

3.3.2 優化穩定汽油的換熱流程

穩定汽油在初始溫度是156 ℃的情況下，穩定塔進料換熱器的溫度是140 ℃，在經過穩定汽油-凝縮油換熱器之后，溫度降低至105 ℃，之后依次經過穩定汽油-熱水換熱器、穩定汽油-除鹽水換熱器，溫度降低到70 ℃，進入到穩定汽油干式空冷器、穩定汽油冷卻器之后，溫度降低到37 ℃。劃分成二路：一路去加氫精制設備，一路經補充吸收劑冷卻器，將溫度降低到30 ℃。在優化之前，105 ℃穩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。同時在加氫脫硫環節中，應讓穩定汽油的溫度保持在50 ℃左右，現階段通過空冷水對穩定汽油進行冷卻處理，溫度降低了37 ℃，進入去加氫精制設備，溫度較低，因此同時增加循環水用量與空冷電耗。

對穩定汽油-凝縮油換熱器進行優化，和除鹽水之間展開換熱處理，之后穩定汽油溫度達到80 ℃，并和熱水展開換熱處理，之后直接將其抽出，和加氫精制環節穩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，減少穩定汽油干式空冷器空冷電耗，充分節省穩定汽油冷卻器用水量。

3.3.3 主分餾塔中段循環油/解吸塔塔底重沸器的熱聯合

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 ℃，之后傳輸到主分餾塔中，無法充分利用熱量。

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

3.3.4 優化原料油預熱流程

分餾塔油漿和原料油在完成換熱處理后降到200 ℃，應該通過冷卻水箱將溫度降低到160 ℃。結合夾點技術同時選擇Aspen Energy Analyzer分析優化換熱網絡，分餾塔油漿能和原油直接進行換熱處理，降到160 ℃，發現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為160 ℃，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生器中。

4 結語

石油化工企業技術人員需要對催化裂化技術進行深入研究，積極提高技術含量，應充分進行優化，以充分滿足生產要求，不斷提高產品品質。同時，還要在石油加工過程中降低廢物、廢氣排放量，以適應綠色發展的要求。