張明申

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南洛陽，471012)

某公司一催化裝置改造是由煉油向化工轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略部署之一。為進一步改善催化裝置進料性質(zhì)，該公司在2020年建成并投產(chǎn)200萬噸/年催化進料預(yù)處理單元及260萬噸/年渣油加氫裝置。在上述兩套配套裝置建成之前，裝置進料仍以加氫蠟油和未加氫減壓渣油為主，這一階段簡稱過渡期。本文主要介紹一催化裝置于2019年7月投產(chǎn)后，針對運行初期生焦率較高而提出的一些優(yōu)化思路及其效果。

1 改造內(nèi)容

2019年的改造，裝置采用中石化石油化工科學(xué)研究院(簡稱石科院)開發(fā)的多產(chǎn)異構(gòu)烷烴的流化催化裂化技術(shù)(MIP)。

MIP反應(yīng)機理：串聯(lián)提升管反應(yīng)器分為兩個反應(yīng)區(qū)，第一反應(yīng)區(qū)以一次裂化反應(yīng)為主，采用較高的反應(yīng)強度，經(jīng)較短的停留時間后進入擴徑的第二反應(yīng)區(qū)下部；第二反應(yīng)區(qū)通過擴徑、補充待生催化劑等措施，降低油氣和催化劑的流速；降低該區(qū)的反應(yīng)溫度，滿足低重時空速要求，以增加氫轉(zhuǎn)移和異構(gòu)化反應(yīng)，適度控制二次裂化反應(yīng)。在二次裂化反應(yīng)和氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)的雙重作用下，汽油中的烯烴轉(zhuǎn)化為丙烯和異構(gòu)烷烴，使汽油中的烯烴大幅度下降，而汽油的辛烷值保持不變或略有增加。

1.1 設(shè)備反應(yīng)部分的改造內(nèi)容

(1)更換提升管反應(yīng)器，增加MIP二反，并更換進料噴嘴。

(2)更換汽提段。因空間受限，改造后MIP第二反應(yīng)器需嵌入汽提段布置，汽提段擴徑，內(nèi)件更換。

(3)更換沉降器旋風分離器(PLS結(jié)構(gòu))。

(4)增加防焦格柵。

(5)更換待生斜管和待滑閥。

1.2 設(shè)備再生部分的改造內(nèi)容

(1)更換主風分布管為主風分布板。

(2)密相床中增加燒焦格柵。

(3)增加待劑分配器。

(4)更新再生器一、二級旋風分離器(12組)。

(5)使用富氧再生技術(shù)，增加注氧系統(tǒng)(暫未建成)。

(6)更新3.5MPa蒸汽的蒸發(fā)管和過熱管，增加1.0MPa蒸汽的過熱管。

改造后裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

圖1 MIP工藝裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)簡圖

2 裝置投產(chǎn)初期情況分析

按照公司生產(chǎn)計劃，裝置投產(chǎn)初期運行穩(wěn)定后，進料量和摻渣量不斷提高，同時也發(fā)現(xiàn)了新的運行瓶頸。裝置處理量只能達到172t/h(設(shè)計值的80%負荷)，摻渣30t/h，無法繼續(xù)提高，主要的矛盾點在于再生器取熱已達到滿負荷。經(jīng)分析，主要是裝置生焦率達到平均9.5%，高于原設(shè)計值(8.7%)。

一般認為，催化裂化反應(yīng)過程產(chǎn)生的焦炭按其來源可分為四類，即原料焦、催化焦、可汽提焦和污染焦。為降低裝置生焦率，以釋放再生器取熱負荷進一步提高處理量，將通過以下幾個方面與設(shè)計值對比，進行分析。

2.1 原料情況

殘?zhí)渴窃谔囟ǚ绞较陆?jīng)過貧氧燃燒后的產(chǎn)物。因此原料殘?zhí)繉ι沟挠绊?，實質(zhì)上是殘?zhí)壳吧砦飳ι沟挠绊?。關(guān)于殘?zhí)壳吧砦飳ι沟挠绊?，一直存在著不同的看法，爭論的焦點是殘?zhí)壳吧砦锷沟谋壤龁栴}。石科院經(jīng)過對國內(nèi)催化裂化數(shù)據(jù)整理后，認為進料的殘?zhí)?5%會變?yōu)榻固?。裝置投產(chǎn)后混合進料性質(zhì)及設(shè)計值如表1所示。

表1 混合原料性質(zhì)

投產(chǎn)初期裝置混合進料殘?zhí)?.9%，較設(shè)計值低2.59%，遠低于設(shè)計值；同時密度較設(shè)計值低21.7 kg/m3，由此可以看出目前混合進料性質(zhì)仍較輕，不是造成裝置生焦率高的主要原因。

2.2 催化劑

根據(jù)石科院建議，本次裝置開工時平衡劑仍使用停工前系統(tǒng)內(nèi)的MAC催化劑(常規(guī)FCC用劑)，再逐步使用MIP專用新鮮劑置換。裝置投產(chǎn)后平衡劑活性及設(shè)計值如表2所示。

表2 催化劑活性

投產(chǎn)初期，催化劑活性68，較設(shè)計值偏高，催化劑配方仍為常規(guī)FCC用劑，并非MIP專用劑。原常規(guī)FCC用劑擁有較強的裂化反應(yīng)活性，但其氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)活性相對較弱，同時MIP技術(shù)的反應(yīng)時間較長，以上兩點造成油氣裂化過度，生成大量反應(yīng)焦，是造成裝置生焦率高的原因之一。

2.3 操作參數(shù)

過渡期裝置無法按照設(shè)計指標運行，故將2019年7月數(shù)據(jù)與洛陽院推算的裝置70%負荷下的主要操作參數(shù)作對比，如表3所示。

表3 主要操作參數(shù)

經(jīng)對比，主要操作參數(shù)中待生劑焦中氫含量偏高，沉降器汽提效果有待提高；劑油比偏低，但劑油比適當?shù)涂?，在一定程度上是降低反?yīng)強度，有利于減少生焦。雖然大部分操作參數(shù)已達到70%負荷的設(shè)計要求，但仍有一定的優(yōu)化空間。

3 優(yōu)化措施

針對以上分析，特制定以下優(yōu)化措施以提高裝置處理量。

3.1 催化劑活性

(1)適當提高再生器旋分線速，降低再生器催化劑跑損量，保證再生器藏量穩(wěn)定以降低新鮮劑注入量，達到降低催化劑活性的目的。

(2)通過低控再生器氧含量，適當高控密相溫度，以繼續(xù)提高摻渣量，加快催化劑上重金屬沉積，降低催化劑活性。

3.2 降低反應(yīng)強度及反應(yīng)區(qū)油氣停留時間

若想降低生焦量，可以適當降低反應(yīng)區(qū)的油氣停留時間或降低反應(yīng)強度，通常采用的措施有兩種：一是提高預(yù)提升蒸汽量或原料油霧化蒸汽量以提高提升管總體線速；二是投用終止劑適當降低二反出口溫度，減少熱裂化反應(yīng)，減少二次反應(yīng)，降低焦炭產(chǎn)率。

綜合考慮，提高預(yù)提升蒸汽量或原料油霧化蒸汽量會提高沉降器粗旋及單旋線速，對沉降器旋分器的旋分效果造成一定影響，同時會進一步提高裝置能耗。故采用第二種方法，但由于投用終止劑后，二反線速會相應(yīng)提高，適當降低預(yù)提升蒸汽量以確保沉降器粗旋及單旋線速沒有較大變化。

3.3 其他降低生焦方法

(1)提高原料預(yù)熱溫度，有利于改善劑油接觸。使原料油霧滴與催化劑均勻接觸，原料油汽化速度更快，可以降低生焦率。

(2)提高沉降器汽提蒸汽用量和沉降器藏量，以提高汽提效果，降低待生劑中可汽提焦。

4 優(yōu)化效果

根據(jù)以上優(yōu)化措施，2019年8月初做了以下操作調(diào)整：

(1)將再生器一旋線速由19.5m/s提至20m/s，沉降器粗旋線速由15.8m/s提至16.5m/s。

(2)再生器氧含量控制范圍由3%下調(diào)至1.5%—2%，再生器密相溫度由670℃提至675℃，同時定期加注CO助劑，防止再生器因此尾燃。

(3)原料油預(yù)熱溫度由240℃上調(diào)至250℃。

(4)沉降器汽提蒸汽由4t/h提至6t/h，藏量由56t提至60t，停留時間由3.4min提至3.81min，待生劑焦中氫含量由6.6%下降至6.3%。

(5)投用提升管終止劑流程，逐步提高至15t/h，預(yù)提升蒸汽量7.5t/h下調(diào)至6.5t/h，預(yù)提升干氣1700Nm3/h下調(diào)至1430Nm3/h。

經(jīng)過調(diào)整后，主要參數(shù)變化及產(chǎn)品分布如表4和圖2所示。

圖2 終止劑投用前后產(chǎn)品分布對比

從表4可知，第二反應(yīng)區(qū)油氣停留時間下降0.2s，催化劑單耗降低0.2kg/t，催化劑活性下降2個點，進料量提高7.7t/h，摻渣量提高2.4t/h，裝置生焦率下降約0.4%，期間汽油+液化氣收率無較大變化，穩(wěn)定在67%—68%。按每噸油加工利潤100元，每噸摻渣加工利潤300元計算，每年多創(chuàng)收1199萬元。

表4 終止劑投用前后主要參數(shù)對比

5 下一步措施

(1)監(jiān)控催化劑性質(zhì)變化，保證適當?shù)拇呋瘎﹩魏模钚阅繕丝刂圃?0—64，反應(yīng)控制參數(shù)逐步向設(shè)計要求調(diào)整，觀察產(chǎn)品分布變化。

(2)改進催化劑配方，降低稀土含量，以繼續(xù)降低裝置生焦量。

(3)MIP工藝催化裝置開工時，建議使用MIP平衡劑。否則裝置開工初期，催化劑活性較高，導(dǎo)致裝置參數(shù)無法達到設(shè)計條件要求，從而進一步影響產(chǎn)品分布和加工量計劃。

(4)過渡期內(nèi)適當投用終止劑，有利于降低反應(yīng)強度，降低裝置生焦量。