催化裂化裝置MIP技術改造后的操作優化

隋建國

摘 要：分析了多產異構烷烴的催化裂化工藝技術（MIP）改造后的主要問題，在現有設備條件下，創新操作思路，提高劑油比，同時應用新技術，結果表明：待生劑氫碳比（H/C）降低，焦炭產率降低，液收增加，裝置摻渣能力明顯提升，長周期運行得到了保障；在汽油烯烴體積分數提高4.00%的情況下，汽油辛烷值增加1.0個單位，整體上取得了良好的效果。

關鍵詞：催化裂化；低溫接觸；大劑油比；辛烷值

為了使全廠汽油滿足國Ⅲ車用汽油標準的要求，某1.4 Mt/a重油催化裂化裝置實施了增產丙烯、多產異構化烷烴的清潔汽油生產技術（Maximizing Iso Paraffins-Cleaner Gasoline and Propylene，MIP-CGP）改造，采用配套CGP-C催化劑，實現一次性開車成功。裝置進入正常生產后，按照工藝技術要求進行了全面標定。

1?標定結果

標定的原料油性質與改造前的原料油性質相近，個別差異主要表現在密度較大、殘炭較低、飽和烴含量較低以及氮含量較低等方面，標定整體原料比改造前輕。標定混合原料密度、殘炭均低于設計值，密度、摻渣比、焦化蠟油質量分數（5.00%）均在保證值范圍內。標定時，平衡劑上的金屬Ni含量明顯升高，催化劑單耗高于改造前，新鮮催化劑單耗在1.0 kg/t左右，符合工藝包指標要求，但高于改造前的催化劑單耗0.6 kg/t。標定時，催化劑篩分0～40 μm的體積分數達到了22.59%，細粉所占比例較大。為了使汽油的烯烴體積分數降到30.00%以下，催化劑活性相應提高到66.40%。

標定與改造前操作參數的不同主要集中在提升管反應器的溫度分布上。標定時的提升管上部溫度為497.3 ℃，與改造前相比，提升管出口溫度高了5.1 ℃。改造前提升管出口溫度較低是由于當時裝置為柴油、液化氣生產方案，而標定時裝置為汽油生產方案。計算得到的第二反應區重時空速為21.6 h^-1，對轉化率、產品分布和汽油族組成有重要的影響。標定摻渣比（減壓渣油占原料的百分數）與改造前相近，均在60.00%左右。從這一點看，當汽油烯烴體積分數控制在30.00%左右時，改造后渣油摻煉能力與改造前相近。另外，焦炭的收率因轉化率和深度提高而有一定程度的提高。

與改造前的產品分布相比，在原料油變化不大的情況下，標定的干氣產率降低；液化氣產率提高；丙烯對原料的產率提高，達到了5.86%；汽油產率提高；輕柴油產率降低；油漿產率降低；焦炭產率略有提高；總液體收率（液化氣+汽油+輕柴油）提高。柴油產率降低是反應深度提高造成的。標定時，液化氣中的丙烯對原料的產率提高幅度較大；改造后，在較低的反應溫度下即可達到較高的轉化率，使高附加值的總液體收率提高。

汽油烯烴體積分數可降至30.00%以下，這在常規催化條件下較難達到。標定時，汽油研究法辛烷值（Research Octane Number，RON）較改造前略低，標定原料飽和烴含量高于設計值，而芳香烴含量明顯低于設計值。從這一點來看，相比于石蠟基原油，該技術更適用于環烷基原油的二次加工。另外，正常運行期間有幾次分析數據穩定汽油RON在90以上。在個別運行數據中，穩定汽油RON為90.1的同時，穩定汽油烯烴體積分數在29.80%，兩項數據同時達到設計值。汽油的硫含量變化不大；汽油誘導期明顯增加，標定時大于1 000 min。

標定柴油的密度較改造前增加了0.037 6 g/cm^-3，柴油十六烷值下降7個單位。柴油和原料油硫含量之比從改造前的0.61%提高到標定的0.85%，增幅為39.00%。標定油漿密度較改造前增加了0.107 1 g/cm^-3，標定油漿氫含量較改造前有所降低。標定在生產烯烴體積分數為30.00%的汽油時，液化氣中的丙烯體積分數達到了29.40%，較改造前提高了1.30%。標定液化氣組成中的異丁烷/異丁烯值較改造前明顯提高，氫轉移反應增強。標定液態烴總硫含量高于改造前，改造后硫向液態烴轉移趨勢較為明顯，如表1所示。

2?存在的主要問題

2.1? 汽油RON低于設計值

改造前汽油RON為89.2，標定的汽油RON為88.8，較改造前略有降低。雖然在調和條件允許的情況下，將汽油烯烴體積分數控制在較高水平，如35.00%左右時，汽油RON可以達到90.0，但是汽油RON偏低仍是阻礙裝置提質增效的突出問題。

2.2? 總液收低于設計值

MIP-CGP標定的總液收（液化氣+汽油+柴油）為82.55%，與改造前相比上升明顯，但低于設計值83.50%，影響裝置效益。液收偏低的另一面就是焦炭產率提高，內取熱器、外取熱器負荷的限制會影響裝置負荷。

2.3? 待生循環滑閥作用不明確

從開工以來的操作看，待生循環滑閥的作用對降低汽油烯烴含量的作用不明顯，而且待生循環線路易發生堵塞，斜管狹窄檢修處理難度大。另外，待生線路催化劑抽出口與待生循環線路抽出口距離較近，待生循環滑閥打開時易出現搶量的問題。

2.4? 密度顯示單位不統一

改造新上的密度表單位為kg/m³，一再頂旋分入口密度DR-103A、B單位為Pa，其他密度點單位均為kPa，操作上不便于對比觀察，只能通過單一數據前后的變化分析操作的變化，同時容易造成混淆；由于單位不是正常的密度單位，不便于通過數據對流化狀態進行計算分析。

2.5? 長周期運行困難

改造后裝置兩次因沉降器內脫落的焦塊堵塞待生斜管入口或卡住二級旋風分離器翼閥而停工搶修，影響煉油廠整體運行。

3?解決措施

3.1? 采用“低溫接觸、大劑油比”的理念

強化催化裂化反應、抑制熱裂化反應，進而降低干氣、焦炭產率，提高輕質油收率。Isocat技術和冷再生催化劑循環（Cold Regeneration Catalyst Circulation，CRC）技術等都是按此思想開發的技術。田文君[1]的研究中公開的近年整體引進UOP工藝技術的3.5 Mt/a重油催化裂化裝置設計劑油比為7.0，標定劑油比達到8.1，也支持這一思想。裝置改變了以往的運行模式，在現有內取熱器、外取熱器負荷允許的條件下，落實“低溫接觸、大劑油比”理念，抑制熱裂化反應、促進催化裂化反應，從而提高產品的選擇性[2]。操作上降低二再密相溫度，將劑油比提高到7以上。調整前后的關鍵操作參數對比情況如表2所示。

3.2? 保持待生循環最小流通

如果將二反加粗，二反的重時空速會進一步減慢，烯烴生成異構烷烴和芳烴反應的作用更能顯現。但在現有條件下，二反加粗、取消待生循環線路無法實現。調研其他同類型裝置發現，待生循環線路均保持最小流通量甚至故意堵死。最終根據待生循環滑閥關死點開度確定保持待生循環滑閥最小流通量的開度在17.00%，可以有效避免堵塞并發揮其作用。

3.3? 統一密度顯示單位

由兩器密度的計算公式得知密度的轉換是線性的。因此，只要在分散控制系統（Distributed Control System，DCS）上根據每個測量表的具體情況對密度點測量范圍進行修改，即可改變密度單位。在DCS上對單位為kPa或Pa的密度表進行修改，統一為kg/m³，使其成為真正的密度表，這樣的修改不增加系統負荷，不影響冗余不足的操作系統運行。近年來新建的催化裂化裝置均采用DCS直接顯示密度的方式，說明其更具優勢。通過論證，在DCS上修改密度點測量范圍，將密度點單位統一為kg/m3是可行的，可以使觀測操作數據更加直觀，更易觀察裝置的流化狀態，方便數據的計算分析。

3.4? 應用新技術避免沉降器稀相結焦

經過調研，應用旋流快分系統（Super-Vortex Quick Separator，SVQS）可有效實現油劑快速分離，縮短油氣在沉降器內的停留時間，改善產品分布，減少油氣返混，緩解系統結焦，提高液體收率。裝置應用SVQS和高效汽提系統（Multi-Stage Circulation Stripper，MSCS）進行了改造。

4?運行效果分析

4.1? 物料平衡核算

經過物料平衡核算，實施提高劑油比操作后干氣收率降低了0.23%，液化氣收率降低了0.58%，汽油收率提高了3.40%，柴油收率降低了1.91%。總液收為83.46%，與2009年相比提高了0.91%。應用新技術后，焦炭產率降低了0.90%，液收提高了1.44%，待生劑H/C降低了20.62%，裝置摻渣能力和加工負荷明顯提升。

通過熱平衡計算發現，應用新技術后，焦炭燃燒熱為133.34 MW，顯著低于應用新技術前的焦炭燃燒熱145.09 MW。

4.2? 汽油性質

實施提高劑油比操作后，穩定汽油RON變化趨勢如圖1所示。從圖1可以看出，與2009—2010年相比，2012—2015年穩定汽油RON明顯提高，平均值提高1.0個單位。雖然從經濟性上考慮，2012—2015年汽油烯烴體積分數控制在37.00%左右（汽油烯烴體積分數平均為37.80%），與2009—2010年汽油烯烴體積分數相比高4.00%，但是落實“低溫接觸、大劑油比”理念的收效還是比較顯著的。

4.3? 長周期運行情況

實施SVQS和MSCS改造后，裝置未出現沉降器焦塊脫落導致停工的問題，裝置長周期運行得到了有效保障。檢修打開沉降器觀察結焦情況發現，只有頂旋頂部等局部輕微結焦；處理裝置事故時可以順利建立流化，縮短了恢復時間。

5?結語

催化裂化裝置在現有煉油流程中仍有一席之地，具備應用新技術、創新操作方式、匹配先進催化劑的廣闊空間，持續做好長周期運行、提高目的產品收率，可以為企業增加效益。

[參考文獻]

[1]田文君.UOP工藝技術在3.5 Mt/a重油催化裂化裝置的工業應用[J].煉油技術與工程，2012（5）：17-21.

[2]孟凡東，黃延召，王龍延，等.低溫接觸/大劑油比的催化裂化技術[J].石油煉制與化工，2011（6）：34-39.