催化劑裝置增效措施2.doc

催化裝置增效措施催化裂化（FCC）裝置在我國石油化工中有相當(dāng)重要的地位。面對原油的重質(zhì)化劣質(zhì)化、燃料油質(zhì)量逐步升級升加工成本控制的挑戰(zhàn)，各煉油企業(yè)都在積極采取各種增效措施對老裝置進(jìn)行改造，取得了很好的效果。下面結(jié)合國內(nèi)外催化裂化裝置改造的具體情況，對我國催化裂化裝置挖潛增效采取的一些措施進(jìn)行介紹和分析。1、采用新工藝新技術(shù)對老裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造1.1 FCC汽油輔助反應(yīng)器降烯烴技術(shù)輔助反應(yīng)器烯烴技術(shù)利用常規(guī)FCC催化劑，并依托FCC裝置，增設(shè)一個單獨(dú)的流態(tài)化反應(yīng)器，對FCC汽油進(jìn)行改質(zhì)處理，使FCC汽油中的烯烴主要進(jìn)行氫轉(zhuǎn)移、芳構(gòu)化、異構(gòu)化或裂化等反應(yīng)，抑制初始裂化和縮合反應(yīng)，從而達(dá)到降低烯烴含量、維持辛烷值不降低的目的。該技術(shù)改變了采用降烯烴催化劑或助劑以及改變操作條件等措施所引起的產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量惡化的不利局面。該技術(shù)還可通過調(diào)整反應(yīng)操作強(qiáng)度和汽油改質(zhì)比例來增產(chǎn)液化石油氣和丙烯，實(shí)現(xiàn)煉油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整。該技術(shù)分為單分餾塔的SR35技術(shù)和雙分餾塔的SR20技術(shù)，SR35技術(shù)已在中國石油華北石化分公司、山東濱州石化公司應(yīng)用，可使汽油烯烴體積分?jǐn)?shù)降至35%以下。SR20技術(shù)在中國石油哈爾濱石化分公司的應(yīng)用有如下效果： （1）經(jīng)過輔助反應(yīng)器系統(tǒng)改質(zhì)后，改質(zhì)汽油烯烴體積分?jǐn)?shù)最低可降至3.8%，烯烴轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%以上，利用該技術(shù)可使FCC穩(wěn)定汽油的烯烴體積分?jǐn)?shù)降低到35%，甚至20%以下，達(dá)到汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。（2）經(jīng)過輔助反應(yīng)器系統(tǒng)改質(zhì)后，改質(zhì)汽油餾分的芳烴含量有大幅度的增加，芳烴體積分?jǐn)?shù)由11.2%12.9%增加到了13.0%24.2%，使汽油降烯烴后辛烷值下降很少。（3）在50%設(shè)計(jì)負(fù)荷的回?zé)捔肯?，干氣和焦炭的產(chǎn)率占重油總進(jìn)料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%0.4%；在100%設(shè)計(jì)負(fù)荷的回?zé)捔肯?，干氣和焦炭的產(chǎn)率占重油總進(jìn)料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%0.8%。（4）隨著處理量（汽油改質(zhì)回?zé)捔浚┑脑黾?，反?yīng)深度（改質(zhì)程度）的增加，系統(tǒng)干氣、焦炭產(chǎn)率相應(yīng)增加，裝置能耗有一些增加。1.2 多產(chǎn)異構(gòu)烷烴的MIP工藝MIP工藝采用串聯(lián)提升管反應(yīng)器的新型反應(yīng)系統(tǒng)及相應(yīng)的工敢條件，優(yōu)化催化裂化的一次反應(yīng)和二次反應(yīng)。提出了裂化和轉(zhuǎn)化（氫轉(zhuǎn)移和異構(gòu)化）兩個反應(yīng)區(qū)的概念：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，即較高的反應(yīng)溫度和較大的劑油比，裂解較重質(zhì)的原料油，并生成較多的烯烴；第二反應(yīng)區(qū)主要增加氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)，抑制二次裂化反應(yīng)，采用較低的反應(yīng)溫度和較長的反應(yīng)時間。2005年哈爾濱石化分公司應(yīng)用MIP工藝對第二套FCC裝置進(jìn)行了改造，取得了很好的效果：（1）干氣產(chǎn)率有所下降，總液體收率有所增加，產(chǎn)品分布得到改善，但能耗有所提高。（2）MIP-CGP工藝汽油中烯烴體積分?jǐn)?shù)下降至24.7%，研究法辛烷值達(dá)到了93.3，汽油質(zhì)量得到了提升。（3）丙烯質(zhì)量產(chǎn)率達(dá)到了7.07%。1.3 兩段提升管技術(shù)（TSRFCC-LOG）根據(jù)原料和催化劑的性質(zhì)，TSRFCC-LOG技術(shù)優(yōu)化了兩段得升管反應(yīng)器，部分粗汽油進(jìn)第二段提升管反應(yīng)器底部，循環(huán)油（回?zé)捰秃筒糠钟蜐{）在粗汽油噴嘴上方合適位置進(jìn)入第二階段提出升管。因此TSRFCC-LOG技術(shù)實(shí)現(xiàn)了催化劑接力、分段反應(yīng)，可有效強(qiáng)化催化反應(yīng)，抑制不利的二次反應(yīng)和熱裂化反應(yīng)。采用該技術(shù)汽油烯烴體積分?jǐn)?shù)可降低20個百分點(diǎn)，同時提高柴油產(chǎn)率和十六烷值，降低干氣和焦炭產(chǎn)率。該技術(shù)已在中國石油大學(xué)（華東）勝華煉油廠，以及中國石油遼河石化分公司、長慶石化分公司、錦西石化分公司、長慶油田馬家灘煉油廠等企業(yè)成功應(yīng)用。1.4 靈活多效催化裂化工藝（FDFCC）FDFCC工藝是一種重油催化裂化與汽油改質(zhì)、增產(chǎn)烯烴相結(jié)合的聯(lián)合工藝。該技術(shù)在FCC裝置上增設(shè)一根汽油提升管反應(yīng)器，重油在常規(guī)FCC操作條件下進(jìn)行反應(yīng)，汽油則可根據(jù)地沒的目的選擇適宜的操作條件進(jìn)行改質(zhì)。FDFCC技術(shù)分為單、雙分餾塔兩種典型方案，應(yīng)用結(jié)果表明，汽油烯烴體積分?jǐn)?shù)可降低20-30個百分點(diǎn)，汽油辛烷值（研究法）可提高1-2個單位，丙烯產(chǎn)率可提高約3個百分點(diǎn)。FDFCC技術(shù)已在山東濱州石化公司、中國石化集團(tuán)清江石油化工有限公司應(yīng)用。1.5 毫秒催化裂化工工藝（MSCC）MSCC工藝是目前非常具有競爭力的新技術(shù)。MSCC工藝中催化劑與進(jìn)料的接觸和傳統(tǒng)催化裂化提升管系統(tǒng)不同，進(jìn)料垂直注射于催化劑向下流動的“幕簾”，實(shí)現(xiàn)了毫秒接觸，反應(yīng)產(chǎn)物與催化劑水平流過反應(yīng)區(qū)，同時催化劑-油氣快速分離設(shè)施和小體積的反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了劑-氣的快速分離，減少了非理想的二次反應(yīng)，獲得高選擇性的產(chǎn)品。MSCC工藝具有干氣產(chǎn)率低、輕質(zhì)產(chǎn)品烯烴含量高、汽油產(chǎn)率高、重質(zhì)產(chǎn)品相對密底低并且進(jìn)料范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，大有取代傳統(tǒng)提升管催化裂化工藝的趨勢。MSCC工藝驗(yàn)證裝置于1993年運(yùn)行，第一套工業(yè)裝置于1994年在美國新澤西州運(yùn)行，第二套工業(yè)裝置于1999年在美國路易斯安那州開工，2000年土庫曼斯坦也建成了一套MSCC裝置。2、選用新型催化劑及再生技術(shù)在近40年研究的基礎(chǔ)上，中國石油化工股份有限公司（中國石化）石油化工科學(xué)研究院已經(jīng)可以生產(chǎn)許多用于FCC的催化材料，如分子篩、ZRP擇型分子篩等，根據(jù)用戶的不同需要，實(shí)現(xiàn)按需要開發(fā)出滿足不同原料、產(chǎn)品分布的催化劑，如ZCM-7，LCS-7，Comet-400，MLC-500等催化劑。由于原料變重和擴(kuò)大處理量的要求，國內(nèi)絕大部分FCC裝置采用了兩段再生工藝，主要有前置燒焦罐式兩段再生和高速床兩段串聯(lián)再生兩種工藝。前置燒焦罐式兩段再生是我國應(yīng)用最多的一種兩段再生型式，總的燒焦強(qiáng)度可以達(dá)到200kg/(th)，再生催化劑碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.2%，如操作良好可望降到0.1%。高速床兩段串聯(lián)再生是我國第一個獲得專利權(quán)的再生技術(shù)，是國內(nèi)多家科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)單位聯(lián)合攻關(guān)的結(jié)果，多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。其主要技術(shù)特點(diǎn)是：有很高的燒焦強(qiáng)度，總燒焦強(qiáng)度達(dá)350kg(th)；有較好的再生效果，在很高的燒焦強(qiáng)度下，再生催化劑碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)長期穩(wěn)定在0.1%以下。反應(yīng)沉降器、第一再生器（一再）、第二再生器（二再）三器同軸布置，節(jié)約了占地，降低了投資；獨(dú)特的外循環(huán)管流量調(diào)節(jié)手段，外循環(huán)管采用氣控調(diào)節(jié)手段，調(diào)節(jié)自如。中國石化集團(tuán)洛陽石油化工工程公司（LPEC）開發(fā)并獲專利的煙氣串聯(lián)三器連體式兩段再生技術(shù)ROCC-V，1996年5月在該公司煉油實(shí)驗(yàn)廠投產(chǎn)成功。裝置運(yùn)行的標(biāo)定結(jié)果表明：該技術(shù)再生催化劑碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.05%的高水平，在減少催化劑水熱失活、方便操作、方便管理以及節(jié)省投資等方面都有明顯的優(yōu)勢。在主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，ROCC-V技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)外先進(jìn)水平。3、采用高效設(shè)備3.1 高效霧化噴嘴進(jìn)料噴嘴是重油催化裂化（RFCC）裝置最為關(guān)鍵的硬件之一。我國目前主要有3個系列的進(jìn)料噴嘴：中國科學(xué)院力學(xué)研究所研制的KH系列，LPEC研制的LPC系列和中國石化工程建設(shè)公司研制的BP，BX系列。在國內(nèi)有大約80%的FCC裝置安裝了新式噴嘴。這些新噴嘴通過機(jī)械能轉(zhuǎn)化或蒸汽分散的辦法改善了劑油接觸，不可汽化的重質(zhì)組分可以被分散成直徑為50-60m的液滴，產(chǎn)品分布明顯改善，特別是焦炭產(chǎn)率下降、輕質(zhì)油收率上升。LPEC研制的LPC型高效霧化噴嘴經(jīng)使用證明其霧化性能好，可有效提高輕質(zhì)油收率，降低焦炭及干氣產(chǎn)率。目前已有60余個煉油廠使用了LPC型噴嘴。3.2 高效旋風(fēng)分離器提升管反應(yīng)技術(shù)是現(xiàn)代FCC裝置的核心技術(shù)。原料與催化劑在提升管內(nèi)完成所需要的反應(yīng)后，在出口處必須“氣固快速分離、油氣快速引出、分離的催化劑快速預(yù)汽提”，以防止產(chǎn)生不必要的過度裂化和盡可能降低待生催化劑中焦炭的氫碳比。隨著原料變重變劣，“三快”要求更為突出。早期的氣固分離系統(tǒng)，如T型、倒L型、蝶型等，只注重提高油氣和催化劑的一次分離效率，對油氣的停留與返混問題重視不夠，因此沉降器內(nèi)結(jié)焦嚴(yán)重。為此，國外一些公司近年來相繼開發(fā)了一些具有較高工業(yè)應(yīng)用價值的提升管出口快分技術(shù)，比較有代表性的有VDS和VSS系統(tǒng)等。國內(nèi)目前為止已經(jīng)開發(fā)成功三種提升管出口快分系統(tǒng)，即粗旋憐惜分（FSC）、旋流快分（VQS）和密相環(huán)流快分（CSC）系統(tǒng)。目前這些快分系統(tǒng)的應(yīng)用可提高輕質(zhì)油收率0.5-1.0個百分點(diǎn)、待生催化劑焦炭的氫碳比可降低20%，并能有效緩解沉降器結(jié)焦。3.3 再生器取熱技術(shù)特殊設(shè)計(jì)的再生器的取熱裝置可以有效地取出燒焦產(chǎn)生的剩余熱量，控制再生溫度，進(jìn)而避免催化劑的過熱。中國石化工程建設(shè)公司的外取熱技術(shù)具有操作靈活性較大、可靠性強(qiáng)、可在線檢修等特點(diǎn)，已轉(zhuǎn)讓給美國石偉公司。LPEC設(shè)計(jì)的氣控式外取熱器技術(shù)，無需滑閥，投資少，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，調(diào)節(jié)靈活，該技術(shù)已轉(zhuǎn)讓給ABB魯姆斯公司。3.4 最大限度地挖掘塔器設(shè)備潛力高效塔器設(shè)備的應(yīng)用在FCC裝置挖潛改造、消除瓶頸上有時起關(guān)鍵作用。近年來填料塔由于效率高、壓力降大和持液量大，同進(jìn)又可滿足節(jié)能與環(huán)保的需求而得到了廣泛應(yīng)用。填料塔的核心是填料，以波紋填料為代表的高效規(guī)整填料具有效率高、通量大、壓力降小、操作彈性大和適用面廣等顯著優(yōu)點(diǎn)，集中體現(xiàn)了現(xiàn)代先進(jìn)塔填料的技術(shù)水平，在取代傳統(tǒng)填料及部分板式塔的技術(shù)改造中取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，出現(xiàn)了新型規(guī)整填料不僅取代傳統(tǒng)填料而且在適當(dāng)條件下代替板式塔的新局面。中國石化石家莊煉油化工股份有限公司在吸收穩(wěn)定系統(tǒng)塔設(shè)備改造中將原塔板更換為規(guī)整填料，改造后塔的通量得到提高，裝置加工量由0.9Mt/a提高到1.1Mt/a；吸收塔的理論塔板數(shù)大大增加，吸收效果在為提高，干氣中C3以上組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到2.69%。近年來，新型塔板的開發(fā)也取得了長足的進(jìn)步。清華大學(xué)開發(fā)的ADV微分浮閥塔板就是一種綜合性能優(yōu)良的高效能塔板，與普通浮閥相比，通量增加40%以上，效率提高10%以上，壓力降降低了10%-20%，至今已經(jīng)在多家煉油廠應(yīng)用。3.5 CO余熱鍋爐改造CO余熱鍋爐是FCC裝置的重要節(jié)能設(shè)備。CO余熱鍋爐使用中常常出現(xiàn)這樣的問題：煙氣中攜帶的催化劑細(xì)粉因靜電而吸附在換熱面上，導(dǎo)致煙氣流通阻力偏大，被迫將部分煙氣切出余熱鍋爐，使大量高溫位熱能散失。國外早已解決了這個問題。近年來，我國通過應(yīng)用模塊化箱體結(jié)構(gòu)的新型省煤器和過熱器，以及增加水熱媒空氣預(yù)熱器和固定旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰器等鍋爐綜合改造措施，成功地改造了多套余熱鍋爐。哈爾濱石化分公司CO余熱鍋爐采用此措施改造后，效率達(dá)到80.58%，高于設(shè)計(jì)值3.58%。3.6 采用高效換熱器和空冷器近年來，蘭州石油機(jī)械研究所研制開發(fā)板殼式換熱器、板式空冷器、板式空氣預(yù)熱器等新型換熱設(shè)備。與常規(guī)的換熱設(shè)備比較具有換熱效率高、壓力降小、占地少和操作費(fèi)用大幅降低等特點(diǎn)。已在多家煉油廠成功應(yīng)用。4、其它配套技術(shù)4.1 辛烷值助劑LBO-A辛烷值助劑是中國石油蘭州石化分公司催化劑廠開發(fā)的一種新型辛烷值助劑，已在多家煉油廠進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用。初步工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)表時：在降烯烴催化劑中加入該助劑，F(xiàn)CC汽油烯烴體積分?jǐn)?shù)可降低3-5個百分點(diǎn)，汽油辛烷值增加，產(chǎn)品分布變化不大，降烯烴催化劑的綜合反應(yīng)性能有所改善。4.2 金屬鈍化劑LPEC開發(fā)出了LMP-4，LMP-4A，LMP-4B和LPM-7型鈍鎳劑；LMP-3和LMP-5型鈍釩劑。新開發(fā)的LMP-6型FCC多功能助劑是一種新型高效、低毒的助劑，經(jīng)中國石化茂名分公司的工業(yè)實(shí)踐表明，該劑不僅可同時有效地鈍化鎳和釩對裂化催化劑的污染，而且不會對催化劑形成二次污染，同時可改善產(chǎn)品分布。中國石油大學(xué)（北京）研制了新型鈍化劑MB-1（以抗鎳為主，兼有抗釩性能）和DFP（以抗釩為主，兼有抗鎳性能）。MB-1和DFP是無毒、無污染、穩(wěn)定性高的水溶性化學(xué)產(chǎn)品，與鎳、釩等重金屬反應(yīng)快，能夠有效鈍化鎳、釩的污染，已經(jīng)在多個煉油廠成功應(yīng)用。4.3計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制20世紀(jì)70年代以來，國外在FCC工藝過程計(jì)算機(jī)控制、模擬與優(yōu)化方面做了大量工作，進(jìn)展很快，開發(fā)了多種應(yīng)用軟件，采用了多種先進(jìn)控制和優(yōu)化控制。Profimatics公司在FCC裝置推廣應(yīng)用先進(jìn)控制方面處于領(lǐng)先地位，其模擬優(yōu)化軟件已在130多套裝置上應(yīng)用。美國Setpoint公司采用多參數(shù)預(yù)估控制技術(shù)，用新型集散型控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制（包括反應(yīng)再生系統(tǒng)壓力平衡控制反應(yīng)深度控制、再生器燃燒控制、熱量和物料平衡控制等），給出最佳裂解策略，具有在線優(yōu)化功能，已售出軟件20多套，其中兩套已實(shí)現(xiàn)在線閉環(huán)控制，投資回收期不到2a。20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)在軟件開發(fā)和過程控制方面也開展了大量研究工作，在不長的時間內(nèi)開發(fā)了一批軟件，有的已用于摻煉渣油的生產(chǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)了在線閉環(huán)優(yōu)化控制。浙江大學(xué)和中國石化上海高橋分公司共同開發(fā)了一套FCC裝置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基于模糊控制理論的得升管溫度分散魯棒控制、以提高輕質(zhì)油收率為目標(biāo)的實(shí)時優(yōu)化專家系統(tǒng)，以及用模式識別方法估計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)等功能。大慶石油學(xué)院和中國石化石油化工科學(xué)研究院聯(lián)合開發(fā)的FCC裝置摻煉渣油計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化軟件（BDPFCC）已在國內(nèi)兩套FCC裝置上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。LPEC開發(fā)的FCC裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)模擬優(yōu)化軟件（FCCM），既適用于餾分油催化裂化，又適用于渣油催化裂化。該軟件可實(shí)現(xiàn)離線模擬預(yù)測和指導(dǎo)調(diào)優(yōu)，其方法簡單易行、投入低而收效快，易于推廣應(yīng)用；也可以在DCS的上位上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在線的調(diào)優(yōu)或閉環(huán)模擬優(yōu)化。該軟件在中國石化洛陽分公司FCC裝置上進(jìn)行了長期的工業(yè)在線考核，實(shí)現(xiàn)了模擬優(yōu)化操作，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。中國科學(xué)院開發(fā)了FCC裝置模式識別閉環(huán)智能優(yōu)化系統(tǒng)。該技術(shù)運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)，從在線的實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)中提取“優(yōu)”類產(chǎn)品的特征信息，建立優(yōu)化控制模型對生產(chǎn)操作進(jìn)行改進(jìn)，并根據(jù)反饋信息不斷進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到改善裝置的技術(shù)指標(biāo)、提高產(chǎn)品收率、降低能耗、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量等目的。該技術(shù)已在中國石油大連石化分公司得到應(yīng)用，在使用LRC-99催化劑的條件下液體收率增加約1%。我國在計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制軟硬件方面已有一定的基礎(chǔ)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，有的已達(dá)到國際先進(jìn)水平。如能對現(xiàn)有FCC裝置普遍實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，按輕質(zhì)油收率平均提高約1.5%計(jì)算，每年增產(chǎn)輕質(zhì)發(fā)動機(jī)燃料超過600kt，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均十分可觀。5、優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)和廣泛開展熱聯(lián)合近年來，隨著夾點(diǎn)技術(shù)、流程模擬等過程能量分析技術(shù)的興起，F(xiàn)CC裝置換熱流程優(yōu)化取得了很大進(jìn)展。在裝置內(nèi)換熱流程優(yōu)化的基礎(chǔ)上，許多煉油廠還廣泛開展裝置間的熱聯(lián)合，如FCC裝置與常減壓蒸餾裝置熱聯(lián)合、FCC裝置與氣體分餾裝置熱聯(lián)合等。哈