張明申

(中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng)，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(jìn)一步改善催化裝置進(jìn)料性質(zhì)，該公司在2020年建成并投產(chǎn)200萬(wàn)噸/年催化進(jìn)料預(yù)處理單元及260萬(wàn)噸/年渣油加氫裝置。在上述兩套配套裝置建成之前，裝置進(jìn)料仍以加氫蠟油和未加氫減壓渣油為主，這一階段簡(jiǎn)稱過(guò)渡期。本文主要介紹一催化裝置于2019年7月投產(chǎn)后，針對(duì)運(yùn)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(jiǎn)稱石科院)開(kāi)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(jī)理：串聯(lián)提升管反應(yīng)器分為兩個(gè)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(qiáng)度，經(jīng)較短的停留時(shí)間后進(jìn)入擴(kuò)徑的第二反應(yīng)區(qū)下部；第二反應(yīng)區(qū)通過(guò)擴(kuò)徑、補(bǔ)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(shí)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(jìn)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(kuò)徑，內(nèi)件更換。

(3)更換沉降器旋風(fēng)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(fēng)分布管為主風(fēng)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(jí)旋風(fēng)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(guò)熱管，增加1.0MPa蒸汽的過(guò)熱管。

改造后裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 MIP工藝裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2 裝置投產(chǎn)初期情況分析

按照公司生產(chǎn)計(jì)劃，裝置投產(chǎn)初期運(yùn)行穩(wěn)定后，進(jìn)料量和摻渣量不斷提高，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了新的運(yùn)行瓶頸。裝置處理量只能達(dá)到172t/h(設(shè)計(jì)值的80%負(fù)荷)，摻渣30t/h，無(wú)法繼續(xù)提高，主要的矛盾點(diǎn)在于再生器取熱已達(dá)到滿負(fù)荷。經(jīng)分析，主要是裝置生焦率達(dá)到平均9.5%，高于原設(shè)計(jì)值(8.7%)。

一般認(rèn)為，催化裂化反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的焦炭按其來(lái)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(fù)荷進(jìn)一步提高處理量，將通過(guò)以下幾個(gè)方面與設(shè)計(jì)值對(duì)比，進(jìn)行分析。

2.1 原料情況

殘?zhí)渴窃谔囟ǚ绞较陆?jīng)過(guò)貧氧燃燒后的產(chǎn)物。因此原料殘?zhí)繉?duì)生焦的影響，實(shí)質(zhì)上是殘?zhí)壳吧砦飳?duì)生焦的影響。關(guān)于殘?zhí)壳吧砦飳?duì)生焦的影響，一直存在著不同的看法，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是殘?zhí)壳吧砦锷沟谋壤龁?wèn)題。石科院經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)催化裂化數(shù)據(jù)整理后，認(rèn)為進(jìn)料的殘?zhí)?5%會(huì)變?yōu)榻固?。裝置投產(chǎn)后混合進(jìn)料性質(zhì)及設(shè)計(jì)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(jìn)料殘?zhí)?.9%，較設(shè)計(jì)值低2.59%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值；同時(shí)密度較設(shè)計(jì)值低21.7 kg/m3，由此可以看出目前混合進(jìn)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(kāi)工時(shí)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(jì)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(jì)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(qiáng)的裂化反應(yīng)活性，但其氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)活性相對(duì)較弱，同時(shí)MIP技術(shù)的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，以上兩點(diǎn)造成油氣裂化過(guò)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(guò)渡期裝置無(wú)法按照設(shè)計(jì)指標(biāo)運(yùn)行，故將2019年7月數(shù)據(jù)與洛陽(yáng)院推算的裝置70%負(fù)荷下的主要操作參數(shù)作對(duì)比，如表3所示。

表3 主要操作參數(shù)

經(jīng)對(duì)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(dāng)?shù)涂?，在一定程度上是降低反?yīng)強(qiáng)度，有利于減少生焦。雖然大部分操作參數(shù)已達(dá)到70%負(fù)荷的設(shè)計(jì)要求，但仍有一定的優(yōu)化空間。

3 優(yōu)化措施

針對(duì)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(dāng)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(dá)到降低催化劑活性的目的。

(2)通過(guò)低控再生器氧含量，適當(dāng)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(qiáng)度及反應(yīng)區(qū)油氣停留時(shí)間

若想降低生焦量，可以適當(dāng)降低反應(yīng)區(qū)的油氣停留時(shí)間或降低反應(yīng)強(qiáng)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(dāng)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(huì)提高沉降器粗旋及單旋線速，對(duì)沉降器旋分器的旋分效果造成一定影響，同時(shí)會(huì)進(jìn)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(huì)相應(yīng)提高，適當(dāng)降低預(yù)提升蒸汽量以確保沉降器粗旋及單旋線速?zèng)]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(shí)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(shí)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(guò)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(duì)比

從表4可知，第二反應(yīng)區(qū)油氣停留時(shí)間下降0.2s，催化劑單耗降低0.2kg/t，催化劑活性下降2個(gè)點(diǎn)，進(jìn)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(wú)較大變化，穩(wěn)定在67%—68%。按每噸油加工利潤(rùn)100元，每噸摻渣加工利潤(rùn)300元計(jì)算，每年多創(chuàng)收1199萬(wàn)元。

表4 終止劑投用前后主要參數(shù)對(duì)比

5 下一步措施

(1)監(jiān)控催化劑性質(zhì)變化，保證適當(dāng)?shù)拇呋瘎﹩魏?，活性目?biāo)控制在60—64，反應(yīng)控制參數(shù)逐步向設(shè)計(jì)要求調(diào)整，觀察產(chǎn)品分布變化。

(2)改進(jìn)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(kāi)工時(shí)，建議使用MIP平衡劑。否則裝置開(kāi)工初期，催化劑活性較高，導(dǎo)致裝置參數(shù)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)條件要求，從而進(jìn)一步影響產(chǎn)品分布和加工量計(jì)劃。

(4)過(guò)渡期內(nèi)適當(dāng)投用終止劑，有利于降低反應(yīng)強(qiáng)度，降低裝置生焦量。