催化剂装置增效措施2.doc

催化装置增效措施催化裂化（FCC）装置在我国石油化工中有相当重要的地位。面对原油的重质化劣质化、燃料油质量逐步升级升加工成本控制的挑战，各炼油企业都在积极采取各种增效措施对老装置进行改造，取得了很好的效果。下面结合国内外催化裂化装置改造的具体情况，对我国催化裂化装置挖潜增效采取的一些措施进行介绍和分析。1、采用新工艺新技术对老装置进行扩能改造1.1 FCC汽油辅助反应器降烯烃技术辅助反应器烯烃技术利用常规FCC催化剂，并依托FCC装置，增设一个单独的流态化反应器，对FCC汽油进行改质处理，使FCC汽油中的烯烃主要进行氢转移、芳构化、异构化或裂化等反应，抑制初始裂化和缩合反应，从而达到降低烯烃含量、维持辛烷值不降低的目的。该技术改变了采用降烯烃催化剂或助剂以及改变操作条件等措施所引起的产品分布和产品质量恶化的不利局面。该技术还可通过调整反应操作强度和汽油改质比例来增产液化石油气和丙烯，实现炼油产品结构的调整。该技术分为单分馏塔的SR35技术和双分馏塔的SR20技术，SR35技术已在中国石油华北石化分公司、山东滨州石化公司应用，可使汽油烯烃体积分数降至35%以下。SR20技术在中国石油哈尔滨石化分公司的应用有如下效果： （1）经过辅助反应器系统改质后，改质汽油烯烃体积分数最低可降至3.8%，烯烃转化率达到80%以上，利用该技术可使FCC稳定汽油的烯烃体积分数降低到35%，甚至20%以下，达到汽油质量标准的要求。（2）经过辅助反应器系统改质后，改质汽油馏分的芳烃含量有大幅度的增加，芳烃体积分数由11.2%12.9%增加到了13.0%24.2%，使汽油降烯烃后辛烷值下降很少。（3）在50%设计负荷的回炼量下，干气和焦炭的产率占重油总进料的质量分数为0.3%0.4%；在100%设计负荷的回炼量下，干气和焦炭的产率占重油总进料的质量分数为0.7%0.8%。（4）随着处理量（汽油改质回炼量）的增加，反应深度（改质程度）的增加，系统干气、焦炭产率相应增加，装置能耗有一些增加。1.2 多产异构烷烃的MIP工艺MIP工艺采用串联提升管反应器的新型反应系统及相应的工敢条件，优化催化裂化的一次反应和二次反应。提出了裂化和转化（氢转移和异构化）两个反应区的概念：第一反应区以一次裂化反应为主，采用较高的反应强度，即较高的反应温度和较大的剂油比，裂解较重质的原料油，并生成较多的烯烃；第二反应区主要增加氢转移反应和异构化反应，抑制二次裂化反应，采用较低的反应温度和较长的反应时间。2005年哈尔滨石化分公司应用MIP工艺对第二套FCC装置进行了改造，取得了很好的效果：（1）干气产率有所下降，总液体收率有所增加，产品分布得到改善，但能耗有所提高。（2）MIP-CGP工艺汽油中烯烃体积分数下降至24.7%，研究法辛烷值达到了93.3，汽油质量得到了提升。（3）丙烯质量产率达到了7.07%。1.3 两段提升管技术（TSRFCC-LOG）根据原料和催化剂的性质，TSRFCC-LOG技术优化了两段得升管反应器，部分粗汽油进第二段提升管反应器底部，循环油（回炼油和部分油浆）在粗汽油喷嘴上方合适位置进入第二阶段提出升管。因此TSRFCC-LOG技术实现了催化剂接力、分段反应，可有效强化催化反应，抑制不利的二次反应和热裂化反应。采用该技术汽油烯烃体积分数可降低20个百分点，同时提高柴油产率和十六烷值，降低干气和焦炭产率。该技术已在中国石油大学（华东）胜华炼油厂，以及中国石油辽河石化分公司、长庆石化分公司、锦西石化分公司、长庆油田马家滩炼油厂等企业成功应用。1.4 灵活多效催化裂化工艺（FDFCC）FDFCC工艺是一种重油催化裂化与汽油改质、增产烯烃相结合的联合工艺。该技术在FCC装置上增设一根汽油提升管反应器，重油在常规FCC操作条件下进行反应，汽油则可根据地没的目的选择适宜的操作条件进行改质。FDFCC技术分为单、双分馏塔两种典型方案，应用结果表明，汽油烯烃体积分数可降低20-30个百分点，汽油辛烷值（研究法）可提高1-2个单位，丙烯产率可提高约3个百分点。FDFCC技术已在山东滨州石化公司、中国石化集团清江石油化工有限公司应用。1.5 毫秒催化裂化工工艺（MSCC）MSCC工艺是目前非常具有竞争力的新技术。MSCC工艺中催化剂与进料的接触和传统催化裂化提升管系统不同，进料垂直注射于催化剂向下流动的“幕帘”，实现了毫秒接触，反应产物与催化剂水平流过反应区，同时催化剂-油气快速分离设施和小体积的反应器实现了剂-气的快速分离，减少了非理想的二次反应，获得高选择性的产品。MSCC工艺具有干气产率低、轻质产品烯烃含量高、汽油产率高、重质产品相对密底低并且进料范围广等优点，大有取代传统提升管催化裂化工艺的趋势。MSCC工艺验证装置于1993年运行，第一套工业装置于1994年在美国新泽西州运行，第二套工业装置于1999年在美国路易斯安那州开工，2000年土库曼斯坦也建成了一套MSCC装置。2、选用新型催化剂及再生技术在近40年研究的基础上，中国石油化工股份有限公司（中国石化）石油化工科学研究院已经可以生产许多用于FCC的催化材料，如分子筛、ZRP择型分子筛等，根据用户的不同需要，实现按需要开发出满足不同原料、产品分布的催化剂，如ZCM-7，LCS-7，Comet-400，MLC-500等催化剂。由于原料变重和扩大处理量的要求，国内绝大部分FCC装置采用了两段再生工艺，主要有前置烧焦罐式两段再生和高速床两段串联再生两种工艺。前置烧焦罐式两段再生是我国应用最多的一种两段再生型式，总的烧焦强度可以达到200kg/(th)，再生催化剂碳质量分数约为0.2%，如操作良好可望降到0.1%。高速床两段串联再生是我国第一个获得专利权的再生技术，是国内多家科研、设计、生产单位联合攻关的结果，多项技术指标处于国内外领先水平。其主要技术特点是：有很高的烧焦强度，总烧焦强度达350kg(th)；有较好的再生效果，在很高的烧焦强度下，再生催化剂碳质量分数长期稳定在0.1%以下。反应沉降器、第一再生器（一再）、第二再生器（二再）三器同轴布置，节约了占地，降低了投资；独特的外循环管流量调节手段，外循环管采用气控调节手段，调节自如。中国石化集团洛阳石油化工工程公司（LPEC）开发并获专利的烟气串联三器连体式两段再生技术ROCC-V，1996年5月在该公司炼油实验厂投产成功。装置运行的标定结果表明：该技术再生催化剂碳质量分数达到0.05%的高水平，在减少催化剂水热失活、方便操作、方便管理以及节省投资等方面都有明显的优势。在主要技术经济指标上，ROCC-V技术达到了国内外先进水平。3、采用高效设备3.1 高效雾化喷嘴进料喷嘴是重油催化裂化（RFCC）装置最为关键的硬件之一。我国目前主要有3个系列的进料喷嘴：中国科学院力学研究所研制的KH系列，LPEC研制的LPC系列和中国石化工程建设公司研制的BP，BX系列。在国内有大约80%的FCC装置安装了新式喷嘴。这些新喷嘴通过机械能转化或蒸汽分散的办法改善了剂油接触，不可汽化的重质组分可以被分散成直径为50-60m的液滴，产品分布明显改善，特别是焦炭产率下降、轻质油收率上升。LPEC研制的LPC型高效雾化喷嘴经使用证明其雾化性能好，可有效提高轻质油收率，降低焦炭及干气产率。目前已有60余个炼油厂使用了LPC型喷嘴。3.2 高效旋风分离器提升管反应技术是现代FCC装置的核心技术。原料与催化剂在提升管内完成所需要的反应后，在出口处必须“气固快速分离、油气快速引出、分离的催化剂快速预汽提”，以防止产生不必要的过度裂化和尽可能降低待生催化剂中焦炭的氢碳比。随着原料变重变劣，“三快”要求更为突出。早期的气固分离系统，如T型、倒L型、蝶型等，只注重提高油气和催化剂的一次分离效率，对油气的停留与返混问题重视不够，因此沉降器内结焦严重。为此，国外一些公司近年来相继开发了一些具有较高工业应用价值的提升管出口快分技术，比较有代表性的有VDS和VSS系统等。国内目前为止已经开发成功三种提升管出口快分系统，即粗旋怜惜分（FSC）、旋流快分（VQS）和密相环流快分（CSC）系统。目前这些快分系统的应用可提高轻质油收率0.5-1.0个百分点、待生催化剂焦炭的氢碳比可降低20%，并能有效缓解沉降器结焦。3.3 再生器取热技术特殊设计的再生器的取热装置可以有效地取出烧焦产生的剩余热量，控制再生温度，进而避免催化剂的过热。中国石化工程建设公司的外取热技术具有操作灵活性较大、可靠性强、可在线检修等特点，已转让给美国石伟公司。LPEC设计的气控式外取热器技术，无需滑阀，投资少，结构简单，性能可靠，调节灵活，该技术已转让给ABB鲁姆斯公司。3.4 最大限度地挖掘塔器设备潜力高效塔器设备的应用在FCC装置挖潜改造、消除瓶颈上有时起关键作用。近年来填料塔由于效率高、压力降大和持液量大，同进又可满足节能与环保的需求而得到了广泛应用。填料塔的核心是填料，以波纹填料为代表的高效规整填料具有效率高、通量大、压力降小、操作弹性大和适用面广等显著优点，集中体现了现代先进塔填料的技术水平，在取代传统填料及部分板式塔的技术改造中取得显著的经济效益和社会效益，出现了新型规整填料不仅取代传统填料而且在适当条件下代替板式塔的新局面。中国石化石家庄炼油化工股份有限公司在吸收稳定系统塔设备改造中将原塔板更换为规整填料，改造后塔的通量得到提高，装置加工量由0.9Mt/a提高到1.1Mt/a；吸收塔的理论塔板数大大增加，吸收效果在为提高，干气中C3以上组分质量分数降到2.69%。近年来，新型塔板的开发也取得了长足的进步。清华大学开发的ADV微分浮阀塔板就是一种综合性能优良的高效能塔板，与普通浮阀相比，通量增加40%以上，效率提高10%以上，压力降降低了10%-20%，至今已经在多家炼油厂应用。3.5 CO余热锅炉改造CO余热锅炉是FCC装置的重要节能设备。CO余热锅炉使用中常常出现这样的问题：烟气中携带的催化剂细粉因静电而吸附在换热面上，导致烟气流通阻力偏大，被迫将部分烟气切出余热锅炉，使大量高温位热能散失。国外早已解决了这个问题。近年来，我国通过应用模块化箱体结构的新型省煤器和过热器，以及增加水热媒空气预热器和固定旋转式蒸汽吹灰器等锅炉综合改造措施，成功地改造了多套余热锅炉。哈尔滨石化分公司CO余热锅炉采用此措施改造后，效率达到80.58%，高于设计值3.58%。3.6 采用高效换热器和空冷器近年来，兰州石油机械研究所研制开发板壳式换热器、板式空冷器、板式空气预热器等新型换热设备。与常规的换热设备比较具有换热效率高、压力降小、占地少和操作费用大幅降低等特点。已在多家炼油厂成功应用。4、其它配套技术4.1 辛烷值助剂LBO-A辛烷值助剂是中国石油兰州石化分公司催化剂厂开发的一种新型辛烷值助剂，已在多家炼油厂进行了工业应用。初步工业应用数据表时：在降烯烃催化剂中加入该助剂，FCC汽油烯烃体积分数可降低3-5个百分点，汽油辛烷值增加，产品分布变化不大，降烯烃催化剂的综合反应性能有所改善。4.2 金属钝化剂LPEC开发出了LMP-4，LMP-4A，LMP-4B和LPM-7型钝镍剂；LMP-3和LMP-5型钝钒剂。新开发的LMP-6型FCC多功能助剂是一种新型高效、低毒的助剂，经中国石化茂名分公司的工业实践表明，该剂不仅可同时有效地钝化镍和钒对裂化催化剂的污染，而且不会对催化剂形成二次污染，同时可改善产品分布。中国石油大学（北京）研制了新型钝化剂MB-1（以抗镍为主，兼有抗钒性能）和DFP（以抗钒为主，兼有抗镍性能）。MB-1和DFP是无毒、无污染、稳定性高的水溶性化学产品，与镍、钒等重金属反应快，能够有效钝化镍、钒的污染，已经在多个炼油厂成功应用。4.3计算机优化控制20世纪70年代以来，国外在FCC工艺过程计算机控制、模拟与优化方面做了大量工作，进展很快，开发了多种应用软件，采用了多种先进控制和优化控制。Profimatics公司在FCC装置推广应用先进控制方面处于领先地位，其模拟优化软件已在130多套装置上应用。美国Setpoint公司采用多参数预估控制技术，用新型集散型控制系统实现先进控制（包括反应再生系统压力平衡控制反应深度控制、再生器燃烧控制、热量和物料平衡控制等），给出最佳裂解策略，具有在线优化功能，已售出软件20多套，其中两套已实现在线闭环控制，投资回收期不到2a。20世纪80年代以来，国内在软件开发和过程控制方面也开展了大量研究工作，在不长的时间内开发了一批软件，有的已用于掺炼渣油的生产装置，实现了在线闭环优化控制。浙江大学和中国石化上海高桥分公司共同开发了一套FCC装置计算机控制系统，该系统包括基于模糊控制理论的得升管温度分散鲁棒控制、以提高轻质油收率为目标的实时优化专家系统，以及用模式识别方法估计产品质量参数等功能。大庆石油学院和中国石化石油化工科学研究院联合开发的FCC装置掺炼渣油计算机模拟优化软件（BDPFCC）已在国内两套FCC装置上实现了计算机闭环控制，取得了显著的经济效益。LPEC开发的FCC装置反应再生系统模拟优化软件（FCCM），既适用于馏分油催化裂化，又适用于渣油催化裂化。该软件可实现离线模拟预测和指导调优，其方法简单易行、投入低而收效快，易于推广应用；也可以在DCS的上位上运行，实现在线的调优或闭环模拟优化。该软件在中国石化洛阳分公司FCC装置上进行了长期的工业在线考核，实现了模拟优化操作，取得了较好的经济效益。中国科学院开发了FCC装置模式识别闭环智能优化系统。该技术运用优化技术，从在线的实时生产数据中提取“优”类产品的特征信息，建立优化控制模型对生产操作进行改进，并根据反馈信息不断进行调整，从而达到改善装置的技术指标、提高产品收率、降低能耗、改进产品质量等目的。该技术已在中国石油大连石化分公司得到应用，在使用LRC-99催化剂的条件下液体收率增加约1%。我国在计算机优化控制软硬件方面已有一定的基础和应用经验，有的已达到国际先进水平。如能对现有FCC装置普遍实现优化控制，按轻质油收率平均提高约1.5%计算，每年增产轻质发动机燃料超过600kt，其经济效益和社会效益均十分可观。5、优化换热网络和广泛开展热联合近年来，随着夹点技术、流程模拟等过程能量分析技术的兴起，FCC装置换热流程优化取得了很大进展。在装置内换热流程优化的基础上，许多炼油厂还广泛开展装置间的热联合，如FCC装置与常减压蒸馏装置热联合、FCC装置与气体分馏装置热联合等。哈