路軍曉(中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600)

0 引言

催化裂化是對于重油二次加工，通過高溫及催化劑的催化作用下使原料發(fā)生裂化反應，變成裂化氣體、汽油和柴油的過程，是典型的重油輕質化過程[1]。

催化裂化的工業(yè)發(fā)展歷程：從固定床反應器、移動床反應器到流化床反應器等發(fā)展階段。FCC-流化催化裂化工藝自20世紀40年代于美國進行工業(yè)化投產后，于1965年在撫順石油二廠建成并投產國內第一套FCC裝置。

1 DCC工藝技術簡介

根據(jù)市場環(huán)境需求，隨著丙烯的精細化工工業(yè)鏈的延長，市場對化工產品聚丙烯需求的快速增長，對化工原料丙烯需求量增大。相比于其他化工原料，丙烯一般是以聯(lián)產物或副產物的方式得到。面對市場對丙烯衍生物需求量，傳統(tǒng)的生產丙烯的方法已經無法滿足當前市場環(huán)境，因此需要開發(fā)新的生產丙烯工藝方法[2]。

歷經多年的研發(fā)、開拓、創(chuàng)新，分別開發(fā)了：蒸汽裂解制取丙烯技術、催化裂化生產丙烯技術、烯烴轉化工藝生產丙烯技術、丙烷脫氫生產丙烯技術、甲醇選擇性轉化生產丙烯等。催化裂解(DCC)工藝技術就是一種能夠大幅度提高丙烯產率的催化裂化技術。

催化裂解(DCC)裝置是由中國石油化工研究院研發(fā)、多產丙烯的專利技術，經中國石化洛陽工程公司進行詳細設計，裝置反應系統(tǒng)采用較高的反應溫度、較低的反應壓力、較大的劑油比、較多的反應注汽量和較低的反應床層空速等較苛刻的操作條件。

2 DCC工藝與FCC工藝的異同點分析

中海油海南精細化工項目DCC裝置于2014年2月投產，設計規(guī)模120萬噸/年，年開工時數(shù)8 000 h，操作彈性70%～120%。

結合海南精細化工項目DCC裝置投產四年來的生產運行情況，從工藝特點、催化劑類型、設備結構、操作條件以及原料和產品分布幾個方面出發(fā)，對DCC工藝與傳統(tǒng)催化裂化的生產運行情況進行對比與分析。

2.1 工藝特點

催化裂化裝置是煉油廠的丙烯的主要來源，常規(guī)催化的丙烯收率僅為4%～6%左右，而DCC工藝的丙烯產率則可以高達15%，甚至更高。后期通過優(yōu)化操作，本裝置丙烯收率達到18%，較常規(guī)高出很多。對比常規(guī)催化裂化，DCC裝置需要更大的反應深度，通過優(yōu)化工藝操作：提升劑油比、反應溫度來達到更大的反應深度。另外，DCC工藝的氣體產率是常規(guī)催化的3～4倍，通過使用專用MMC-2型催化劑，達到較高的乙烯、丙烯產率，降低干氣和焦炭產率。

與從常規(guī)催化衍生出的高產丙烯催化裂化工藝兩段提升管催化裂解多產丙烯(TMP)技術相比，DCC工藝具有汽油轉化充分、烯烴選擇性高等優(yōu)點。

2.2 催化劑類型

DCC專用催化裂解催化劑屬于固體強酸性催化劑，主要由分子篩、粘合劑、基質等構成。主要由：氧化鋁、氧化硅以及磷、稀土等改性元素所組成。其中分子篩是催化劑強酸性中心的主要來源，其與常規(guī)催化裂化的催化劑結構，物理性質相近，但是磨損指數(shù)明顯優(yōu)于常規(guī)催化裂化催化劑，具有良好的耐磨性能。并且由于操作苛刻度較高，除了需要較高的低碳烯烴選擇性以外，對催化劑的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性也提出了更高要求，需要具有較高的裂解活性和更好的水熱穩(wěn)定性[3]。

DCC專用催化劑具有如下特點：(1)低的氫轉移活性，增加烯烴的濃度；(2)高的基質活性，增加重質原料的一次裂化；(3)使用多沸石活性組分，大孔沸石進行重質油一次裂化，中孔沸石進行裂解汽油的二次裂化；(4)中孔沸石預水熱活性處理，提高水熱穩(wěn)定性；(5)新生產工藝增加催化劑的耐磨性能和重油轉化能力；(6)基質活化處理，增加催化劑的重油轉化能力。

海南精細化工項目DCC裝置采用中石化催化劑齊魯分公司所提供的MMC-2型催化裂解專用催化劑，提高丙烯的產率，可以滿足正常生產要求，MMC-2型催化劑的主要質量指標如表1所示。

表1 MMC-2型催化劑的主要質量指標

2.3 設備結構形式

與TMP，TSRFCC等工藝技術相接近，DCC工藝的反應部分在設備結構方面都采用雙提升管操作，并在此基礎上，采用提升管加床層反應器，停留時間長、反應深度大、操作條件苛刻，強化汽油和柴油的二次反應，低碳烯烴收率大幅度提高[4]。

一反提升管(主提升管)進料采用常壓渣油，通過預提升作用，使催化劑與原料接觸前具有合適的速度與密度，確保原料霧化及油氣接觸效果，提升管出口通過CSC快分系統(tǒng)，使催化劑與油氣具有高的分離效率。二反提升管采用本裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)所產出輕汽油作為進料，主要作用是為床層反應器(第三反應區(qū))提供高溫催化劑，以提高總劑油比，保證高的反應溫度，以達到對產品分布的需求，如圖1所示。

圖1 DCC工藝反應系統(tǒng)簡圖

汽提段采用內設環(huán)形擋板和多段汽提的形式，可提高汽提效率并降低蒸汽用量，同時適當加大催化劑在汽提段的停留時間，在汽提段內高溫過熱蒸汽可最大限度地去除待生催化劑中所夾帶的油氣，以提高產品的收率和降低焦炭產率。

2.4 工藝操作條件

DCC工藝操作條件較常規(guī)催化更加苛刻，采用一反提升管出口溫度520～550 ℃；二反提升管為補充催化劑提升管，預提升介質為氣分裝置來的C4或是低壓蒸汽，反應溫度為580～640 ℃；第三反應區(qū)溫度不做具體控制，低反應壓力，10～15的大劑油比，大的反應深度和25%的水蒸汽注入量以降低油氣分壓，提高低碳烯烴的產率[5]。

DCC工藝與常規(guī)催化操作條件的比較如表2所示。

表2 DCC工藝與常規(guī)催化操作條件對比

由表2中數(shù)據(jù)對比可知，DCC工藝采用高溫、低壓、高的反應注汽量以保證較大的反應深度，較高的轉化率，以及高的低碳烯烴(乙烯和丙烯)產率。

2.5 原料與產品分布

DCC工藝多以重質油為原料，海南精細化工項目DCC裝置主提升管使用常壓裝置的常壓渣油(潿洲∶陸豐=1∶1)作為原料，原料性質如表3所示；第二提升管使用吸收穩(wěn)定系統(tǒng)產出的輕汽油作為原料；與常規(guī)催化不同的是常規(guī)催化裂化裝置多采用減壓蠟油進料，有小量的渣油摻煉或是油漿回煉，如表3所示。

表3 海南精細化工DCC裝置原料性質(潿洲∶陸豐=1∶1常壓渣油)

產品分布方面，DCC工藝的反應深度較大，導致汽油進一步裂化生成氣體。現(xiàn)將本裝置的產品分布情況與某廠常規(guī)催化裂化裝置的產品分布情況如表4所示，主要產品液化氣的詳細組成分析如表5所示。

表4 海南精細化工DCC裝置產品分布與常規(guī)催化裂化裝置對比表

表5 海南精細化工DCC裝置液化氣組成

2.6 能耗分析

裝置能耗取決于焦炭熱量利用程度和反應工藝的特點，在設計上優(yōu)先考慮采取措施降低生焦率及提高焦炭利用率，再通過優(yōu)化工藝，以進一步降低裝置能耗。相比常規(guī)催化裂化，DCC裝置生產工況能耗分析分析如下：

(1)采用先進高效原料油噴嘴降低生焦率。

(2) DCC反應壓力120 kPa，反應壓力低于常規(guī)催化，故再生壓力較低，煙機回收功率低于一般催化裝置 ，一般催化裝置主風機組能發(fā)電降低能耗，本裝置DCC工藝尚需耗電400 kW，主機電流在125 A左右，電耗增大。

(3) DCC反應熱遠大于常規(guī)催化，相比而言，能耗約高11.6 kg標油/t。

(4)低壓蒸汽消耗量大，DCC工藝通過反應注汽來降低油氣分壓，增加低碳烯烴收率，霧化蒸汽、稀釋蒸汽、汽提蒸汽占原料25%左右，能耗大幅提升。

(5)富氣壓縮機中壓蒸汽能耗高于常規(guī)催化，DCC裝置反應壓力低，氣壓機入口壓力在50～60 kPa，產氣(干氣、液化氣)尤其是干氣遠高于常規(guī)催化，富氣相對分子質量低，可壓縮性相比而言有所減低，導致壓縮機耗汽量遠高于常規(guī)催化裂解，雖采取降低分餾塔頂油氣系統(tǒng)壓降的措施，但相比而言，DCC工藝氣壓機能耗約高7 kg標油/t原料。

(6) DCC裝置二反是采用輕汽油回煉，輕汽油中C5～C8成分有利與增大目的產品收率，故與常規(guī)而言增設了汽油分割塔，塔底重沸器消耗熱量，塔頂空冷水冷增大能耗。

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(7)循環(huán)水耗量大，DCC裝置產氣量大，干氣、液化氣遠敢于常規(guī)催化，造成分餾及吸收穩(wěn)定冷卻負荷大幅升高，低溫熱的回收利用效率降低，冷卻負荷增大，從而增加裝置冷卻水消耗。

(8)低溫熱水系統(tǒng)取熱量不足，設計上無法滿足氣分取熱需要，需耗20 t/h低壓蒸汽，后期通過優(yōu)化操作，調整反應注汽及分餾塔中段取熱，能夠滿足氣分裝置熱量需求。

(9)催化劑耗量大于常規(guī)催化，催化劑活性要求維持在≥60，后期調整為62，加上劑油比遠大于常規(guī)催化，高的反應溫度，裂解深度、高的再生燒焦強度、燒焦溫度導致催化劑破損失活量大于常規(guī)催化。

(10) CO助燃劑消耗量遠大于常規(guī)催化裂化。由于反應深度大，生焦量大，再加上DCC裝置采用的是富氧再生，致使再生中國仍有大量的CO存在，CO在稀相燃燒導致稀相超溫，為保證稀相不超溫，良好的燒焦效果，故需要加入CO助燃劑比常規(guī)催化裂化量大，12包/天CO助燃劑(2 kg/包)。

3 結語

通過對海南精細化工項目DCC裝置的運行情況分析以及與常規(guī)催化裝置的對比，得出以下結論：

(1) DCC工藝采用的操作條件隨不如熱裂化那樣苛刻，但卻比常規(guī)催化裂化苛刻的多：高溫(高出常規(guī)催化裂化20～30 ℃)低壓、高劑油比(為常規(guī)催化的3～4倍)、高的注汽量(20%～25%)的苛刻的操作條件，以達到較高的反應深度的目的。

(2)設備結構方面，DCC工藝采用提升管與床層反應器相結合的方式，加大劑油比，延長停留時間，為改善產品分布以及提高丙烯等關鍵產品收率提供先決條件。

(3)產品分布以及收率方面，DCC工藝的汽油、柴油收率較常規(guī)催化低，但是液化氣收率高，尤其是丙烯收率高達15.36%，較常規(guī)催化明顯高出許多，經濟效益顯著。

(4) DCC裝置生產的汽油性質差，在高的反應深度，高的操作苛刻度及高附加值產品收率的綜合影響下，穩(wěn)定后汽油組分中烯烴含量高，汽油中苯含量達到1.5%，甚至超過。隨著對車用汽油的嚴格要求，DCC所產汽油基本無法滿足市場上國五或是國六標準對汽油苯及烯烴含量的要求，通過工藝各種措施來優(yōu)化調整，勉強使其苯含量≤1.5%，但是卻降低了高附加值產品的收率，脫離了DCC裝置的特點。

(5) DCC生產的柴油性質較差，不飽和度高，十六烷值低，穩(wěn)定性較差，多環(huán)、稠環(huán)芳烴含量高，市場競爭力差，需通過柴油加氫方能滿足市場環(huán)境要求。

(6) DCC工藝能耗高，催化劑損耗，電耗、中壓蒸汽、低壓蒸汽、循環(huán)水消耗較常規(guī)催化而言都較高，反應操作苛刻度大，主要是針對性生產高附加值目的產品。

(7) DCC裝置配套需求，由于DCC工況能耗大，所產氣體量大，需針對氣體中的乙烯和丙烯后續(xù)精細化工產業(yè)鏈。汽油中苯含量及烯烴含量是由于反應苛刻度造成，汽油加氫也無法滿足當前市場對汽油苯含量要求，需要有配套的其他裝置或延伸發(fā)展。