李繼翔

（中國石化青島煉化公司，山東 青島 266500）

隨著國民經(jīng)濟的增長，中國能源消費水平逐年增加，長期以來煉化企業(yè)產(chǎn)品受國情和產(chǎn)業(yè)結構的影響主要以成品油為主，而化工原料產(chǎn)能相對較少。2021年，國家印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》，在碳中和、碳達峰等環(huán)保目標下要求嚴控新增煉能指標，2025年在國內(nèi)原油1次加工能力將控制不超過10×108t/a，并要求主要產(chǎn)品產(chǎn)能利用率要提升至80%以上。在中國經(jīng)濟增速換擋以及“雙碳”戰(zhàn)略推行的背景下，國內(nèi)石油煉化行業(yè)現(xiàn)有煉油能力已接近上限。燃料油生產(chǎn)對裝置提出更高要求，既要提高收率，質(zhì)量也要緊跟國家要求。針對當前市場對高標號汽油的需求，催化裝置多產(chǎn)液化氣效益下滑，而增產(chǎn)成品油，尤其是汽油效益較好。煉油廠的催化裝置都在不斷優(yōu)化，強化高標號汽油的生產(chǎn)、調(diào)和，確保效益最大化。

1 操作條件

日常生產(chǎn)中，通過優(yōu)化操作條件，提高操作精細度來實現(xiàn)對汽油產(chǎn)量和收率的最大化，具體可通過精細化管理或充分利用APC 等先進控制手段等來實現(xiàn)。某公司催化裂化裝置的工藝部分分成反應再生單元、分餾穩(wěn)定單元。

1.1 反應單元

反應單元的作用就是將原料通過化學過程轉(zhuǎn)化為粗產(chǎn)品，然后送入下游進行分離。目的產(chǎn)品的收率主要受轉(zhuǎn)化率、收率、選擇性等因素的影響，影響此類數(shù)據(jù)的主要是反應的深度。影響反應深度的操作因素眾多，反應溫度、反應劑油比（與再生溫度、反應溫度、預熱溫度、反再熱平衡、中止劑注入量等諸多因素相關）、再生催化劑的物化性質(zhì)（活性、選擇性、金屬污染程度、含炭量、孔結構等特性）、有效反應時間（與處理量、反應壓力、反應蒸汽用量等相關）、操作回煉比、終止劑注入量、原料預熱溫度、噴嘴霧化效果、2 反區(qū)催化劑藏量等都對反應深度有不同程度影響。上述因素之間相互影響和制約，對原料的反應深度產(chǎn)生單獨或協(xié)同影響，對于某個具體影響因素，在不同的生產(chǎn)條件下它對反應深度的影響程度不同。

針對不同原料性質(zhì)及目的產(chǎn)品要求，選擇控制合適的反應深度是增加目的產(chǎn)品收率、產(chǎn)品質(zhì)量及提高裝置運行效益的最關鍵因素。文中針對其中的主要因素即反應溫度和劑油比進行分析。

1.1.1 反應溫度 日常生產(chǎn)中，對于已有的原料和生產(chǎn)方案，應該要保持反應深度相對穩(wěn)定，通過操作條件的優(yōu)化去實現(xiàn)多產(chǎn)汽油等產(chǎn)品目的是主要手段。反應深度是調(diào)整反應深度最常用的有效手段，實際操作過程需調(diào)整反應深度時，一般通過調(diào)整反應溫度、回煉比、原料預熱溫度（受熱平衡、霧化要求等限制）、新鮮催化劑補充置換速率、再生溫度（影響劑油比）、終止劑注入量等操作參數(shù)來調(diào)節(jié)，對于某些特定原料，僅通過上述調(diào)節(jié)仍無法滿足生產(chǎn)要求甚至影響裝置安全運行時，應聯(lián)系調(diào)度調(diào)整進裝置原料構成或適當降低加工負荷［1］。

催化裂化是吸熱反應，反應溫度升高利于反應的進行，由于裝置運行時反應溫度在自動控制，提高溫度的同時增大了催化劑循環(huán)量，增加了催化劑的活性中心和反應的深度。提高反應溫度，則汽油收率增加。但當溫度升至很高時，熱裂化反應趨于重要，汽油組分開始減少，干氣組分明顯增多。反應溫度對汽油收率的影響見表1和圖1。

圖1 反應溫度與汽油收率的關系

表1 穩(wěn)定進料下的溫度的影響

從表1 和圖1 可以看出，當其它條件不變、反應溫度在496 ℃時汽油收率最高。原料預熱溫度是調(diào)節(jié)反應深度的重要手段，通過調(diào)節(jié)反應深度可以影響汽油收率。預熱溫度高則原料氣化所需的熱量降低，催化劑循環(huán)量降低，汽油收率降低。

1.1.2 劑油比 2021 年10 月，催化裝置為實現(xiàn)增產(chǎn)汽油為主的目的，進行了一系列調(diào)整。反應溫度由496 ℃逐步降到488 ℃；降低反應苛刻度，摸索降低劑油比、再生溫度由660 ℃提高到670 ℃、催化原料預熱溫度由190 ℃逐步提高到210 ℃等；降低了反應時間，在VQS 線速允許的前提下增大預提升干氣量，由7 800 m3/min 提高到9 600 m3/min等。通過上述操作降低反應深度后，裝置汽柴油收率有所增加，液化氣收率基本不變，同時干氣和油漿收率下降。操作調(diào)整后汽油收率對產(chǎn)品收率的影響見表2，隨之汽油收率的變化見圖2。

圖2 系列調(diào)整及汽油收率變換情況

表2 操作調(diào)整對產(chǎn)品收率的影響

從表2 和圖2 可以看出，反應溫度、再生溫度、原料預熱溫度、預提升干氣量均對劑油比形成了影響。經(jīng)過調(diào)整后汽油、柴油收率均有不同程度的增加。

與調(diào)整前相比較，汽油收率平均增加約0.82%，附帶的柴油收率平均增加約1.22%。同期液化氣收率略有下降，總體上多產(chǎn)高附加值產(chǎn)品使得裝置經(jīng)濟型有所提高。

1.2 分餾穩(wěn)定單元

分餾和穩(wěn)定單元的作用就是將粗產(chǎn)品經(jīng)多個工藝步驟進行分離，最終獲得目的產(chǎn)品。此過程是物理形式，大多是精餾、吸收、解析、靜置分離等單元操作，因催化裂化產(chǎn)品都是多組分混合物，故想要獲得更多的目的產(chǎn)品可提高其終餾點、降低其初餾點，即提高汽油干點和蒸氣壓的操作思路。

1.2.1 粗汽油干點 根據(jù)精餾原理可知，在分餾塔壓力不變的情況下，塔的頂部操作溫度越高時餾出組分的露點就越高，即干點越高，則可提高汽油產(chǎn)量。具體的操作過程中，要想提高汽油干點可以通過調(diào)節(jié)分餾塔的主要參數(shù)實現(xiàn)，通常情況下，分餾頂壓不進行調(diào)節(jié)，主要的調(diào)節(jié)點在分餾頂塔頂溫度上。

據(jù)此，實際操作中可將汽油干點盡量卡邊控制，即在干點合格的前提下分餾塔頂溫高控，來實現(xiàn)增產(chǎn)汽油的目的，見表3。粗汽油流量隨干點的變化見圖3。

圖3 粗汽油流量隨干點的變化

表3 分餾塔頂溫與粗汽油干點及流量的關系

粗汽油流量隨干點的變化見圖3。

由表3 和圖3 可以看出，在其它條件不變的情況下，適當提高分餾塔頂溫，提高粗汽油干點后，裝置的汽油產(chǎn)量有所增加。操作上對干點指標可卡邊操作，但注意粗汽油中重組分的含量，反過來也涉及到柴油中輕組分即對柴油閃點和收率的負面影響。

1.2.2 穩(wěn)定汽油蒸汽壓 催化穩(wěn)定塔屬于精餾塔，頂部的液化氣餾分中有少量的汽油組分C5，若將此部分C5以及少量C4餾分分離到汽油中，將有助于汽油產(chǎn)量的增加。

據(jù)此，實際操作中可以通過適當提高塔頂壓力、提高塔頂回流量或降低回流溫度、降低塔底溫度等，將汽油蒸氣壓盡量卡邊控制，即在合格的前提下盡量高控蒸氣壓，來實現(xiàn)增產(chǎn)汽油的目的。穩(wěn)定塔系統(tǒng)汽油蒸氣壓調(diào)整數(shù)據(jù)見表4。穩(wěn)定汽油收率與蒸汽壓的變化關系見圖4。

圖4 穩(wěn)定汽油收率與蒸汽壓的變化關系

表4 穩(wěn)定塔系統(tǒng)汽油蒸氣壓調(diào)整數(shù)據(jù)

由表4 和圖4 可以看出，在其它條件不變的情況下，適當調(diào)整操作參數(shù)，穩(wěn)定汽油產(chǎn)量隨著蒸氣壓的變化而同步變化。提高穩(wěn)定汽油蒸氣壓后，裝置的汽油產(chǎn)量有所增加，日常操作中可如根據(jù)裝置的實際情況進行卡邊操作調(diào)整來增產(chǎn)汽油。

1.3 提高處理量

通過提高催化裝置負荷可多產(chǎn)汽油，裝置負荷增加，靠近系統(tǒng)運行極限值，而過程中公用介質(zhì)等物料以及人工和財務成本不變，裝置負荷增加促進產(chǎn)品產(chǎn)量增加，則裝置單位時間的效益增加。當然必須以裝置能正常安全穩(wěn)定并在較優(yōu)化的工況下運行為前提。

在實際操作過程中將進料量適當提高，同時采取提高油漿外甩、降低油漿回煉量的輔助措施，以進一步提高裝置蠟油進料量。在試驗調(diào)整過程中，油漿外甩量分3 步由8.0 t/h 提高至15.0 t/h，油漿回煉量由30.2 t/h 逐漸下調(diào)至17.6 t/h，蠟油進料量則由396.0 t/h提高到402.0 t/h。

催化裝置操作條件相對穩(wěn)定，提升管出口反應溫度控制在493～495 ℃。操作調(diào)整的全過程，裝置各項參數(shù)運行穩(wěn)定、設備運行穩(wěn)定、過程監(jiān)控分析數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無明顯異常。在提高處理量、油漿外甩增加、回煉降低后，裝置運行平穩(wěn)，單位時間內(nèi)汽油產(chǎn)量增加。此過程的產(chǎn)品分布見表5。

表5 產(chǎn)品分布情況

由表5 可以看出，干氣產(chǎn)量基本不變，而液化氣+汽油的總收率增加幅度大于油漿加焦炭的收率，表明裝置適當提高油漿外甩同時減少回煉量、優(yōu)化運行參數(shù)等措施下，提高了裝置運行負荷，裝置高附加值產(chǎn)品產(chǎn)量增加。在基數(shù)做大后總產(chǎn)品產(chǎn)量因而增加的情況下，經(jīng)ASPENPIMS 系統(tǒng)核算顯示裝置的運行效益亦有增加。

2 進料性質(zhì)

2.1 常減壓原油性質(zhì)

不同原料的不同組成會對裝置的輕油收率產(chǎn)生影響。原料中的大分子烴類是C5～C12汽油組分高選擇性的優(yōu)質(zhì)反應組分，是控制汽油收率的關鍵。一般認為，原料中烯烴、直鏈烷烴以及帶側(cè)鏈芳烴的含量越高，其理解性能越好，1 次原料性質(zhì)的影響汽油收率的關鍵因素［2］。

從密度的角度來說，通常原料油密度越大，其裂化性能就越差，產(chǎn)品收率就越低，特別關注的高附加值的目標產(chǎn)物—汽油的收率也會越低。較輕的原料裂化苛刻度較小，輕油收率較大，汽油收率也相應增加。

2021～2022 年，常減壓裝置加工的原料為伊重原油和混合原油，產(chǎn)出的蠟油經(jīng)過加氫處理后作為催化裝置的進料。

催化原料油性質(zhì)見表6［3］。

表6 催化原料油性質(zhì)

由表6可知，常減壓裝置加工的混合原油按照常規(guī)不變的切割策略產(chǎn)出的供催化料，其干點相對于加工伊重原油方案時低，538 ℃餾出含量有所增加，總體上原料性質(zhì)相對較輕，產(chǎn)品分布見表7。

表7 產(chǎn)品分布情況

由表7可以看出，通過產(chǎn)品分布情況分析發(fā)現(xiàn)常減壓裝置在加工混合原油后，催化裂化裝置的進料變輕、組分裂化苛刻度降低，裝置產(chǎn)品分布有所變化，與加工前對比輕油總收率提高，其中柴油和液化氣收率略微降低，汽油收率明顯增長，日常生產(chǎn)中可根據(jù)全廠的物料平衡參考調(diào)整。

2.2 回煉常減壓柴油

考慮到將常減壓裝置直餾柴油作為提升管進料的1部分，進入提升管后可以裂化為汽油等輕組分，能夠達到增產(chǎn)汽油的目的。為考察常減壓裝置減1 線餾分油對汽油產(chǎn)量的影響，首先將減1 線餾分油經(jīng)輕污油回煉線改至催化裝置提升管回煉，運行平穩(wěn)后，再將減1 線餾分油全部經(jīng)加氫處理后與蠟油（即加氫尾油）混合作為催化進料，其性質(zhì)見表8。

表8 減1線餾分油性質(zhì)

由表8 可知，單從餾程上看，減1 線餾分油與催化柴油相似，相當于重柴油組分。但從組成上看區(qū)別在于其雙環(huán)芳烴含量較低、而含有大量的高碳直鏈和多支鏈烷烴，此類組分在催化裂化反應機理上易于裂化成產(chǎn)品的，是反應苛刻度較低的理想的催化裂化反應原料。減1 線與蠟油混合加氫后的餾程見表9。

表9 加氫尾油餾程

由表9 可知，減1 線改進蠟油前后，催化裝置原料油餾程基本沒有變化。減1 線與蠟油混合原料經(jīng)反應后的產(chǎn)品分布情況見表10。

表10 減1線物料平衡

由表10 可知，減1 線餾分油具有較好的裂化性，回煉后可大幅提高催化裝置輕油收率，其中汽油收率上升明顯。

根據(jù)經(jīng)驗，除了將常減壓裝置減1線等進入蠟油組分，也可將催化重整裝置C9進催化裝置回煉等辦法，實現(xiàn)裝置原料輕質(zhì)化同時降低原料裂解苛刻度，以達到多產(chǎn)汽油的目的。

3 催化劑性質(zhì)

3.1 平衡劑活性

催化裂化催化劑屬于固體強酸催化劑，反應過程中，高溫催化劑為原料分子的轉(zhuǎn)化提供活性中心，同時作為熱載體為反應過程提供熱量。平衡催化劑活性直接會影響原料的轉(zhuǎn)化率，若出現(xiàn)部分催化劑劑失活或中毒等因素引起的再生催化劑活性偏低時，目的產(chǎn)品輕油收率將明顯下降；反之若催化劑活性過高，則會使裂化產(chǎn)品輕油繼續(xù)過度裂化變成輕烴和氣體，導致輕油收率下降。據(jù)文獻［4］報道，催化劑活性在64%～71%的范圍內(nèi)，活性每增加1個單位，汽油收率增加0.8%。

日常生產(chǎn)中需要控制再生劑燒焦效果，同時通過自動加料設備補充新鮮催化劑，來保證系統(tǒng)平衡催化劑的反應活性。經(jīng)過對操作的調(diào)整，驗證了活性對汽油收率的影響。產(chǎn)品分布情況見表11，汽油收率變化見圖5。

圖5 穩(wěn)定汽油收率變化趨勢

表11 催化劑活性調(diào)整及對應的產(chǎn)品分布數(shù)據(jù)

從圖5可以看出，在逐步調(diào)整了反再系統(tǒng)催化劑活性后，隨著活性的升高，汽油收率有所上升。但活性達到一定程度后，汽油收率則開始下降，干氣和焦炭收率逐漸上升。因此日常操作中應當控制合適范圍的催化劑活性控制在55%～60%，不同的裝置因其它條件的不同而略有差別。

3.2 新型催化劑

美國的恩格爾哈德公司推出的新催化裂化催化劑Flex-Tec 沸石催化劑，可大大提高從重質(zhì)渣油或高含污染物原油生產(chǎn)的汽油收率。在美國某煉油廠試用中，使用Flex-Tee 沸石催化劑可比先前的催化劑多產(chǎn)12.9×104t/a 汽油，然而煉油廠處理量并無太大變化。繼NaphthaMax 催化劑之后，恩格哈德公司發(fā)布了可顯著提高汽油收率的NaphthaMaxII 新專利催化劑。在某煉油廠進行工業(yè)試驗，在原油規(guī)格和加工量均相同的情況下，與第1 代NaphthaMax 催化劑相比，汽油產(chǎn)量增加了

189 t/d，汽油收率增加2%［5］。

美國雅保（Albemarle）公司于2009年5月28日推出提高催化裂化汽油收率的新催化劑（GO-ULTRA），此催化劑可大大減少焦炭的生成，并改進渣油裂化能力［6］。

4 增產(chǎn)汽油技術

北京石油化工研究院開發(fā)的需要汽油組分并多產(chǎn)丙烯的技術（MIP-CGP 工藝），采用配套CGP-1 催化劑。清江石化MIP-CGP 裝置標定并結合生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，MIP-CGP 工藝技術在清江石化的結果超預期，保住了可持續(xù)發(fā)展。裝置處理量大大超過了設計要求。從工業(yè)標定的對比數(shù)據(jù)來看，產(chǎn)物分布明顯好于原RFCC 裝置，表現(xiàn)在108%、100%負荷時輕質(zhì)油質(zhì)量收率分別增加了3.29%、1.89%，而總液體產(chǎn)品質(zhì)量收率則分別增加了3.82%、2.45%，干氣質(zhì)量產(chǎn)收率與油漿質(zhì)量收率明顯減少。［7］

LTAG 專利技術，即催化輕循環(huán)油LCO 加氫—催化裂化組合多產(chǎn)高辛烷值汽油和芳烴料的技術。主要調(diào)整和改造是利用加氫單元和催化裂化單元組合，將LCO 首先在加氫單元通過工藝參數(shù)優(yōu)化和專用催化劑進行多環(huán)芳烴選擇性加氫飽和，在較低的反應壓力和較低的化學氫耗下最大化地生成四氫萘型單環(huán)芳烴；然后將富含四氫萘型單環(huán)芳烴的加氫LCO，通過獨特的裂化反應環(huán)境或單獨的加氫LCO 轉(zhuǎn)化區(qū)，強化四氫萘型單環(huán)芳烴的開環(huán)裂化反應而抑制氫轉(zhuǎn)移反應，實現(xiàn)加氫LCO 的選擇性催化裂化反應，將劣質(zhì)LCO 部分或全部轉(zhuǎn)化成高辛烷值汽油或C6～C8芳烴。

某石化公司采用LTAG 技術，在重油催化裂化聯(lián)合裝置進行工業(yè)應用。實施LTAC 技術后，催化裂化裝置汽油收率增加13.27%，柴油收率降低17.60%，液態(tài)烴收率增加4.33%。加氫LCO 轉(zhuǎn)化率、液態(tài)烴選擇性和汽油選擇性分別為62.3%、18.4%和76.5%。催化裂化裝置所產(chǎn)的穩(wěn)定汽油性質(zhì)變好，柴油、液態(tài)烴性質(zhì)沒有明顯變化［8］。

5 結束語

通過處理不同的原料、優(yōu)化操作條件、控制好產(chǎn)品質(zhì)量指標以及使用新型的催化劑等，能夠?qū)崿F(xiàn)增產(chǎn)汽油的目的。增產(chǎn)汽油的途徑較多，不同的裝置需要在實際生產(chǎn)中不斷摸索，找出最優(yōu)的操作條件和最適合的方法。