張錕俊
中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司 北京 102500
多產(chǎn)異構(gòu)烷烴的流化催化裂化技術(shù)(A FCC Process for Maximizing Iso-Paraffins,MIP)[1-3]是由中國石化石油化工科學(xué)研究院(簡稱石科院)開發(fā),能夠突破常規(guī)催化裂化工藝對(duì)二次反應(yīng)的限制,從而實(shí)現(xiàn)可控性和選擇性反應(yīng),在大幅降低汽油烯烴含量,改善汽油性質(zhì),提高液體產(chǎn)品產(chǎn)率方面效果顯著[4-6]。
中國石化北京燕山分公司(簡稱燕山石化)煉油廠2#催化裂化裝置原設(shè)計(jì)規(guī)模為120萬噸/年高低并列式常規(guī)蠟油催化裂化裝置,1983年11月建成投產(chǎn),1985年8月改造成80萬噸/年的重油催化裂化裝置,設(shè)計(jì)大慶減壓渣油摻煉比例25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。1998年,為進(jìn)一步提高原油加工深度和催化汽油辛烷值,燕山石化與北京設(shè)計(jì)院、石科院聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān),在裝置加工規(guī)模不變的前提下,改造成全大慶減壓渣油催化裂化裝置,對(duì)燕山石化重油平衡起到重要作用。2021年為滿足汽油質(zhì)量升級(jí)及優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的要求,對(duì)2#催化裂化裝置進(jìn)行MIP技術(shù)改造。本文主要介紹MIP技術(shù)在燕山石化2#催化裂化裝置上的工業(yè)應(yīng)用情況。
燕山石化2#催化裝置于2021年6月11日提升管反應(yīng)器進(jìn)料實(shí)現(xiàn)一次開車成功。為適應(yīng)MIP技術(shù)改造,2#催化裝置使用MIP專用催化劑,于2021年10月進(jìn)行了48h標(biāo)定,標(biāo)定范圍及內(nèi)容包括:裝置生產(chǎn)能力、產(chǎn)品分布、產(chǎn)品質(zhì)量、物料及公用工程消耗、裝置能耗等,從而找出裝置滿負(fù)荷工藝運(yùn)行情況下出現(xiàn)的主要問題,做好今后裝置生產(chǎn)優(yōu)化、調(diào)整工作。
2#催化裝置實(shí)際加工量為2636.5t/d。裝置的混合原料由上游二蒸餾裝置的常三、常四、減壓渣油,冷料罐區(qū)冷料(二蒸餾裝置減一、部分減三),與二蒸餾裝置減二、減四和四蒸餾裝置常四、減四、減五經(jīng)過蠟油加氫裝置加工后的精制蠟油所組成。
混合原料油性質(zhì)分析數(shù)據(jù)分別見下表1。從餾程分析數(shù)據(jù)上看,總結(jié)標(biāo)定時(shí)混合原料油初餾點(diǎn)、10v%、30v%、50v%餾出溫度分別為177℃、281.5℃、379.2℃、430.7℃,混合原料輕組分相對(duì)較高;從原料四組成分析數(shù)據(jù)看,飽和烴含量44.35w%、芳烴含量49.75w%、膠質(zhì)含量5.9w%、瀝青質(zhì)含量0w%,飽和烴組分低于MIP專用催化劑標(biāo)定(限制值≥48.86w%)要求。標(biāo)定期間混合原料密度909.7kg/m3(限制值密度≤907.9kg/m3)、殘?zhí)?.89%(m/m)(限制值≤2.75%(m/m))、重金屬Ni=9.65mg/kg(限制值V≤7.77mg/kg)、重金屬V=8.27μg/g(限制值V≤7.4μg/g),部分指標(biāo)不滿足MIP專用催化劑技術(shù)協(xié)議對(duì)原料油性質(zhì)限制值的要求,會(huì)對(duì)MIP專用催化劑技術(shù)保證值產(chǎn)生影響。
表1 混合原料油性質(zhì)
裝置采用MIP專用催化劑,新鮮劑平均單耗為1.15kg/t。標(biāo)定期間新鮮劑加劑速率控制3t/d。同時(shí)加入占新鮮劑使用量約3%的RFS09硫轉(zhuǎn)移助劑。
標(biāo)定期間新鮮催化劑性質(zhì)見表2,新鮮催化劑的化驗(yàn)分析滿足技術(shù)指標(biāo)。
表2 新鮮催化劑分析數(shù)據(jù)
從平衡劑化學(xué)組成上看,平衡劑上鎳含量為0.7w%左右,鎳含量相對(duì)較高,將加劇脫氫反應(yīng)的進(jìn)行,使導(dǎo)致氫氣、干氣烯烴及焦炭產(chǎn)率增加,汽油產(chǎn)率降低,對(duì)產(chǎn)品分布不利。平衡劑釩含量約為0.9w%,平衡劑中釩含量相對(duì)較高,將促進(jìn)分子篩因結(jié)構(gòu)坍塌而造成永久失活,平衡劑上鎳釩含量較高會(huì)使催化劑選擇性變差、表觀活性降低,進(jìn)而使干氣產(chǎn)率增加,輕質(zhì)油產(chǎn)率降低[7-9]。平衡劑上的銻/鎳比為0.38,說明鈍化劑注入量滿足平衡劑銻/鎳比大于0.3的要求。
總結(jié)標(biāo)定時(shí),平衡劑比表面積為109m2/g,比表面積略低,平衡劑比表面積越大,原料油分子與催化劑活性中心接觸越充分,有利于催化裂化反應(yīng)發(fā)生。從平衡劑的微反活性看,石科院、燕化科研試驗(yàn)站測定平衡劑的活性分別為67.5、67.2,活性較高。MIP工藝的設(shè)計(jì)理念通常采用高反應(yīng)溫度、低催化劑反應(yīng)活性操作,活性過高會(huì)引起汽油選擇性變差,氣體和焦炭增多等問題,使得氣壓機(jī)和主風(fēng)機(jī)負(fù)荷受限。從粒度分布上看,標(biāo)定時(shí)平衡劑細(xì)粉(0~40μm)含量為16.3v%,細(xì)粉含量較高有利于流化,40~80μm粉體含量為47.7v%,粗粉(>80μm)含量為36v%,粗度系數(shù)(粗粉含量/細(xì)粉含量)為2.2,滿足平衡劑粗度系數(shù)不大于3的要求,說明MIP專用催化劑的流化性能較好[7]??偟膩碚f,試用MIP專用催化劑后,平衡劑比表面積相對(duì)較低,可能與平衡劑中重金屬釩含量高有關(guān)。
標(biāo)定期間根據(jù)生產(chǎn)安排,新鮮原料進(jìn)料量FIQ001維持在110t/h左右(表量),-10#柴油進(jìn)LTAG噴嘴回?zé)捔?t/h,第一反應(yīng)區(qū)出口溫度TIC01301調(diào)整到530℃,生產(chǎn)平穩(wěn),其中標(biāo)定期間主要工藝參數(shù)見表3。
表3 操作參數(shù)表
本次標(biāo)定后進(jìn)行物料平衡核算,標(biāo)定時(shí)間以48小時(shí)物料平衡數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。
由物料平衡表可知,原料中加氫精制蠟油比例為46%,低于MIP專用催化劑技術(shù)協(xié)議中加工原料指標(biāo)(65%),摻煉熱渣比例為28.17%,摻煉二蒸餾常三、常四、減一、減三比例為25.83w%,其中加氫精制蠟油性質(zhì)相對(duì)較好,有利于產(chǎn)品輕質(zhì)化。從產(chǎn)品分布上看,干氣產(chǎn)率為3.53%,液化氣產(chǎn)率為16.46%,汽油產(chǎn)率為45.27%,0#柴油產(chǎn)率為19.10%,油漿產(chǎn)率為6.56%,焦炭產(chǎn)率為8.48%,標(biāo)定期間原料性質(zhì)與2020年全年原料性質(zhì)相當(dāng),干氣產(chǎn)率增加0.16個(gè)百分點(diǎn),液化氣產(chǎn)率增加1.95個(gè)百分點(diǎn),汽油產(chǎn)率降低2.42個(gè)百分點(diǎn),柴油產(chǎn)率降低2.55個(gè)百分點(diǎn),油漿產(chǎn)率增加0.26個(gè)百分點(diǎn),焦炭產(chǎn)率增加2.88個(gè)百分點(diǎn)。MIP技術(shù)改造后,由于增加第二反應(yīng)區(qū),第二反應(yīng)區(qū)的重時(shí)空速(WHSV)為10~40h-1(油氣停留時(shí)間~5s),反應(yīng)停留時(shí)間延長,反應(yīng)深度增加,使得反應(yīng)轉(zhuǎn)化率增加,干氣、焦炭產(chǎn)率增加,汽油、柴油產(chǎn)率降低,液化氣產(chǎn)率增加[7]。
MIP技術(shù)改造后,裝置能耗增加22.38kgEO/t,扣除熱進(jìn)(出)料能耗,裝置能耗較改造前增加16.29kgEO/t,其中自產(chǎn)中壓蒸汽能耗降低4.5kgEO/t,裝置發(fā)電能耗降低1.21kgEO/t,輸入低壓蒸汽能耗降低1.24kgEO/t,輸入中壓蒸汽能耗增加1.45kgEO/t,催化燒焦能耗增加23.03kgEO/t,主要原因是MIP技術(shù)改造后,裝置焦炭產(chǎn)率大幅增加,導(dǎo)致裝置能耗增加。
液化氣中丙烷含量為14.13v%,丙烯含量為41.31v%,丙烯相對(duì)于新鮮進(jìn)料的產(chǎn)率為5.65w%;總丁烷含量30.16v%,總丁烯含量為14.38v%,氫轉(zhuǎn)移指數(shù)為0.8,10月26日液化氣中丙烯含量為36.45v%,10月27日中丙烯含量為46.16v%,分析誤差較大。
為了消除標(biāo)定時(shí)采樣偶然性的影響,統(tǒng)計(jì)MIP專用催化劑試用期間(2021年7月11日~10月25日)液化氣中丙烷、丙烯、總丁烷、總丁烯及氫轉(zhuǎn)移指數(shù),在MIP專用催化劑試用期間氫轉(zhuǎn)移指數(shù)為0.78。
由分析數(shù)據(jù)可知,燕化分析一站(色譜法)測定穩(wěn)定汽油飽和烴含量為48.1v%,烯烴含量為22.8v%,芳烴含量為29.2v%,石科院(熒光法)測定穩(wěn)定汽油飽和烴含量為57.6v%,烯烴含量為14.1v%,芳烴含量為28.4v%,兩種分析方法數(shù)據(jù)存在偏差,分析準(zhǔn)確性需進(jìn)一步探討。
跟蹤二催化裝置運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn),根據(jù)原料性質(zhì)和操作參數(shù)控制調(diào)整,穩(wěn)定汽油烯烴含量可在14v%到29.9v%靈活調(diào)整,烯烴含量平均在22.1v%左右,烯烴含量的靈活調(diào)整對(duì)于汽油池的調(diào)和起到關(guān)鍵作用。
由標(biāo)定分析數(shù)據(jù)可知,MIP技術(shù)改造后,烯烴含量明顯降低,芳烴含量增加,說明氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)增強(qiáng)。汽油中辛烷值較高的組分烯烴含量降低,芳烴含量增加,穩(wěn)定汽油RON值較改造前增加0.3個(gè)單位??偨Y(jié)標(biāo)定時(shí)“汽油辛烷值桶(汽油產(chǎn)率×RON)”為4096.94較改造前4301.64降低204.7個(gè)單位。
由分析數(shù)據(jù)可知,-1 0#柴油初餾點(diǎn)為156.5℃,-10#柴油中可裂化為汽油+液化氣的潛在組分“飽和烴+單環(huán)芳烴”[7]含量為68.9w%,說明-10#柴油組分性質(zhì)良好,仍可裂化生成汽油、液化氣組分。因此在滿足油漿密度≯1120kg/m3指標(biāo)條件下,-10#柴油可以進(jìn)LTAG噴嘴回?zé)?,以多產(chǎn)汽油、液化氣。0#柴油初餾點(diǎn)為188℃,而穩(wěn)定汽油終餾點(diǎn)為210.75℃,汽柴油組分的重疊度為22.75℃,操作上可適當(dāng)提高分餾塔20層溫度,以降低汽柴油重疊度。MIP技術(shù)改造后,0#柴油密度與改造前(928 kg/m3)相比有明顯的上升,基本維持在936 kg/m3左右(20℃),0#柴油的十六烷值隨著密度的升高而下降,為22.5,主要是由于MIP技術(shù)主反應(yīng)中的異構(gòu)化和芳構(gòu)化反應(yīng)相比常規(guī)催化裂化發(fā)生程度高[10],原料油的反應(yīng)深度增加。
由標(biāo)定數(shù)據(jù)可知,油漿密度為1110.85kg/m3,油漿固含為3g/L,上個(gè)運(yùn)行周期油漿密度為1086.6kg/m3,油漿固含6.2g/L,開工初期油漿密度總體呈先上升后趨于穩(wěn)定[10],油漿密度穩(wěn)定在1107kg/m3左右,較改造前(1085kg/m3)油漿密度升高明顯。說明MIP改造后,反應(yīng)深度增加,芳構(gòu)化程度進(jìn)一步增加,油漿性質(zhì)變差,為保證裝置長周期運(yùn)行,需適當(dāng)降低分餾塔底操作溫度,以降低油漿系統(tǒng)結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)。
MIP技術(shù)在燕山石化2#催化裂化裝置上的工業(yè)應(yīng)用,結(jié)果表明:(1)穩(wěn)定汽油研究法辛烷值(RON)90.5,較改造前增加0.3個(gè)單位,汽油烯烴體積分?jǐn)?shù)由32.2v%降低至22.1v%,滿足京ⅥB汽油質(zhì)量升級(jí)的要求。(2)MIP改造之后,增加第二反應(yīng)區(qū),反應(yīng)停留時(shí)間延長,反應(yīng)深度增加,使得反應(yīng)轉(zhuǎn)化率增加,干氣、焦炭產(chǎn)率增加,汽油、柴油產(chǎn)率降低,液化氣產(chǎn)率增加約1.95個(gè)百分點(diǎn),MIP技術(shù)在“油轉(zhuǎn)化”以及油品質(zhì)量升級(jí)中起到積極作用。