趙立忠(大慶宏偉慶化公司裂解車間,黑龍江 大慶 163411)
常規(guī)催化裂化進料方式:催化劑先與原料油接觸反應(yīng)后,活性下降,再和回煉油漿(回煉油)接觸反應(yīng)。常規(guī)催化裂化反應(yīng)機理:平行—順序反應(yīng),原料裂解成中間餾分(柴油、汽油),反應(yīng)時間增長,產(chǎn)物繼續(xù)進行二次反應(yīng),生成氣體和焦炭,此方式造成二次反應(yīng),加氫反應(yīng)增多,烯烴飽和生成烷烴,汽油辛烷值低,液態(tài)烴中丙烯含量低。
TMP裝置設(shè)計進料方式:外來新鮮原料與油漿上返塔混合進入分餾塔,塔底混合油漿進入一段提升管;外來重C4經(jīng)熱水加熱到90℃進入二段提升管。
TMP技術(shù)設(shè)計理念:
(1)一段進新鮮原料,二段進回煉C4(回煉油),均與高活性再生劑接觸反應(yīng),兩段都在輕油收率最大時結(jié)束反應(yīng),保證目的產(chǎn)物收率最大化。
(2)重油輕質(zhì)化反應(yīng)在提升管底部基本完成,同時催化劑失活。
(3)原料中的鏈狀組分才能轉(zhuǎn)化成丙烯;催化劑中ZSM-5是丙烯生成的關(guān)鍵;催化劑中存在Y或USY,對丙烯的收率和選擇性都是不利的。
(4)丁烯在500℃以下易轉(zhuǎn)化成丁烷,丁烷在550℃以上才能轉(zhuǎn)化;丙烯主要由丁烯轉(zhuǎn)化而來,溫度超過550℃對其收率影響不大,但對選擇性不利;短反應(yīng)時間有利于提高丙烯的選擇性,丁烯在HZSM-5上才能轉(zhuǎn)化生成丙烯。
(5)丁烯單獨反應(yīng)生成丙烯收率雖然較高,但1~2s的接觸時間太長,干氣收率高,采用組合進料技術(shù),可及時終止丁烯反應(yīng),降低干氣收率。
在裝置剛開工階段,TMP裝置裂解能力不足,生焦量少,需要噴燃燒油才能維持正常生產(chǎn),在之后裝置檢修改造中,車間對原料進料流程進行改造,原料少量經(jīng)油漿下返塔進入分餾塔底,彌補分餾塔液位,并降低液相溫度;新鮮原料和分餾塔底油漿混合(混合后溫度260℃)進入一段提升管,混合C4經(jīng)熱水加熱到90℃進入二段提升管,在此條件下,滿足了兩器的熱量平衡。
從表1可以看出,原料實際進料量(含3t/h煉化油漿)比設(shè)計值低3.56t/h,回煉C4比設(shè)計值低18.11t/h。加工量低主要原因:
(1)反應(yīng)和分餾之間的重油循環(huán)量大,提升管總進料量89.88t/h,扣除外來原料量55.96t/h,約34t/h的重油在反應(yīng)和分餾之間循環(huán),占總進料的29.90%,這部分重油進料沒有裂解成中間產(chǎn)品。
表1 實際和設(shè)計處理量對比分析
(2)原料和油漿進料沒有分開進料,造成原料及油漿這兩種不同性質(zhì)的物料在同一反應(yīng)條件下裂解,油漿先吸附在催化劑上,降低了催化劑對原料油的裂解能力,不符合TMP技術(shù)分段進料、催化劑接力的技術(shù)原理。
(3)一段提升管混合器在使用中效果不理想,存在一定程度缺陷,它限制了催化劑流通能力,使得劑油比無法達到設(shè)計值,造成一段提升管裂解能力不強。
(4)一段再生斜管內(nèi)催化劑流化不穩(wěn)定,密度波動較大,催化劑采樣時關(guān)閉松動蒸汽,則其密度急劇下降。催化劑和原料接觸不均勻,造成原料裂解能力弱。
從以上加工情況看,反應(yīng)和分餾之間的重油循環(huán)量達到33.92t/h,設(shè)計只有14.88t/h,這說明反應(yīng)裂解能力不足,催化劑沒有將重油全部裂解成中間產(chǎn)品—液態(tài)烴、汽油和柴油。
如表2所示。
表2 產(chǎn)品分布分析
從產(chǎn)物分布看,干氣、液態(tài)烴收率均低于設(shè)計值,汽油、柴油均高于設(shè)計值。從液態(tài)烴收率看:扣除C4回煉量的影響,設(shè)計原料裂解自產(chǎn)液態(tài)烴約為13.72t/h,而實際原料裂解自產(chǎn)液態(tài)烴約為10.54t/h。
從目的產(chǎn)品丙烯上來看,丙烯設(shè)計產(chǎn)量為15.42t/h,實際產(chǎn)量為10.20t/h,丙烯設(shè)計收率為15.24%,而實際收率為12.83%,相差2.41個百分點,主要是由于回煉C4中烯烴含量較少,設(shè)計回煉C4中反-2-丁稀和1-丁烯含量為45.53%,而實際回煉C4中只占30.89%,反-2-丁稀和1-丁烯是轉(zhuǎn)化成丙烯的主要原料,反-2-丁稀和1-丁烯含量少,直接影響了丙烯的產(chǎn)量,降低了丙烯的收率。
反應(yīng)和分餾之間的重油循環(huán)量達到近34t/h,占總進料的29.90%,這說明反應(yīng)裂解能力不足,催化劑沒有將重油全部裂解成中間餾分(汽油、柴油),中間餾分裂解成液態(tài)烴的程度也不足,所以副產(chǎn)物干氣收率也低。
從焦炭實際產(chǎn)量5.47t/h,低于設(shè)計值6.77t/h,按照設(shè)計收率計算焦炭量應(yīng)為5.32t/h,焦炭產(chǎn)量較設(shè)計值高0.15t/h,焦炭實際收率比設(shè)計收率高0.19%。主要是由于(1)原料流程改造,原料油由進入分餾塔取熱后,再經(jīng)油漿泵送至提升管反應(yīng),改為少量新鮮原料去分餾塔塔底,控制分餾塔底溫,大部分直接和回煉油漿混合去提升管反應(yīng),使得分餾塔底餾分油中輕組分含量減少,在提升管總進料量不變的情況下,進料組份變重,增加了焦炭產(chǎn)量。(2)油漿和罐區(qū)渣油混合作為裝置原料,使得進料組份變重,也增加了焦炭產(chǎn)量。(3)一段再生斜管流化不穩(wěn)定,造成重油提升管裂解能力不足,約有34t/h重油在反應(yīng)和分餾之間循環(huán),使得原料組份變重產(chǎn)生焦炭。
從以上分析看出,干氣收率較小,焦炭產(chǎn)量較大,主要是由于回煉油漿較大,產(chǎn)生焦炭較大,而新鮮原料相對產(chǎn)生焦炭量還是不足,由此看出原料和油漿組合進料可以抑制原料產(chǎn)生干氣和焦炭的生成。
從表3中可以看出:除了外輸熱增加,降低了能耗外,其它均增加了能耗。其中:3.5MPa蒸汽和電能耗對能耗增加影響最大,分別達到了32.12%和57.10%。低溫熱增加能耗8.83%,燒焦增加能耗7.29%,循環(huán)水增加能耗4.26%。
表3 能源消耗分析
從表3數(shù)據(jù)中,可以看出影響裝置能耗的主要因素有:
(1)煙機未運行及運行未達設(shè)計指標,造成裝置總用電量高,增加了電的能耗。
(2)裝置熱量不足,油漿、外取熱3.5MPa發(fā)汽量低,未達設(shè)計值;氣壓機負荷未達設(shè)計值,但為使機組不喘振,反飛動量增大,使得汽輪機所用3.5MPa蒸汽量增大,以致于外來3.5MPa蒸汽用量增加,增加了3.5MPa蒸汽能耗。
(3)提高了C4進料溫度,增加了裝置低溫熱用量,增加了低溫熱能耗。
(4)為保證兩器熱平衡,保證C4進料所需熱量,提高了原料中重組份含量,增加了焦炭產(chǎn)量,增加了燒焦能耗。
(5)裝置內(nèi)空冷冷卻效果不好,增加水冷冷卻器,造成循環(huán)水用量增大,增加了循環(huán)水能耗。
(6)優(yōu)化裝置操作,控制中段循環(huán)量,增加熱媒水回水溫度,提高了外輸熱能耗,降低了裝置能耗。
從以上分析看出,中間產(chǎn)品產(chǎn)物分布與設(shè)計變化較大,主要是原料和油漿組合進料抑制了原料產(chǎn)生干氣和焦炭的生成,再生器熱量不足,C4回煉量無法提高造成的。丙烯收率降低,主要是由于回煉C4中反-2-丁稀和1-丁烯含量少,造成回煉C4轉(zhuǎn)化率低,丙烯產(chǎn)率較低。裝置能耗較設(shè)計高,主要是煙機未運行,主風機耗電量較大;再生器熱量不足,外取熱發(fā)汽量較小造成的。在今后的調(diào)整操作中主要是想辦法提高再生器熱量,提高回煉C4量,也相應(yīng)提高3.5MPa蒸汽的發(fā)汽量,來達到設(shè)計的要求,提高目的產(chǎn)品的質(zhì)量,降低裝置的能耗。