催化裂化高效汽提技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用

催化裂化高效汽提技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用

流化壓裂化裝置（rcc）的汽提段（或蒸汽提裝置）是完全分離和回收油氣產(chǎn)品的重要設(shè)備。汽提的目的就是用蒸汽把催化劑顆粒之間及顆粒微孔內(nèi)部的油氣置換出來。這些油氣約3/4存在于催化劑顆粒之間的空隙中,約1/4存在于顆粒微孔內(nèi)部(這部分油氣較難汽提出來)。進(jìn)入汽提器內(nèi)的油氣約占產(chǎn)品總量的2%～4%,若不予除去,相當(dāng)于增加了2%～4%的焦炭,減少了輕質(zhì)油收率。由于汽提不完全而使焦炭產(chǎn)率升高,增加了再生器的燒焦負(fù)荷,特別是對于重油催化裂化(RFCC)裝置,再生器的燒焦能力可能成為限制其處理能力的控制因素。近年來,FCC汽提技術(shù)發(fā)展較快。汽提器內(nèi)件結(jié)構(gòu)形式多樣化,但已應(yīng)用的形式主要有兩種:即盤環(huán)形檔板和格柵填料。對于RFCC裝置,汽提器內(nèi)件以新型盤環(huán)形檔板內(nèi)件為主,在盤環(huán)形檔板和其裙體上進(jìn)行了許多結(jié)構(gòu)改變,以提高氣固接觸效率;對于蠟油FCC裝置及其他FCC工藝(如FDFCC)裝置,考慮到沉降器結(jié)焦較少或不結(jié)焦,目前已有部分裝置汽提器內(nèi)件采用了新型格柵填料。國外對汽提器研究較多的是UOP和ExxonMobil公司,這兩家公司主要采用的是盤環(huán)式擋板,在布置形式和擋板結(jié)構(gòu)上有相似之處。中石化洛陽工程有限公司(LPEC)在催化裂化汽提器研究和應(yīng)用方面做了大量工作,成功開發(fā)了新型擋板式和格柵填料式汽提器及與之相配套的兩段汽提工藝新技術(shù),工業(yè)應(yīng)用后,可將焦炭中氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降到6%～8%和4%～7%。1新型新型fc支撐方案的蒸發(fā)1.1兩側(cè)汽提器對比提高汽提器汽提效率有兩個途徑,即結(jié)構(gòu)因素和工藝條件。LPEC融合這兩方面的優(yōu)點(diǎn),開發(fā)了一種催化裂化新型汽提器及配套工藝技術(shù)——汽提器新型結(jié)構(gòu)+兩段汽提新技術(shù)。在結(jié)構(gòu)方面,該技術(shù)著眼于增大氣固接觸空間,即汽提器內(nèi)固相催化劑的填充率,加大氣固接觸面積,提高汽提效率,并對內(nèi)外環(huán)擋板及裙板做了較大改進(jìn)。兩段汽提工藝則注重汽提蒸汽在汽提器內(nèi)上、下區(qū)域的流向及分配,旨在提高汽提蒸汽的有效利用率。該系列新型汽提器已獲4項(xiàng)國家專利(ZL98250779.8,ZL01212424.9,ZL200420075014.1,ZL200910065887.1)。圖1為新型擋板式汽提器構(gòu)型示意,在汽提器內(nèi)設(shè)置兩段(兩級)汽提蒸汽,每段之間設(shè)置有高效環(huán)形擋板,構(gòu)成組合式汽提器,以減小汽固返混,提高傳質(zhì)效率,從而實(shí)現(xiàn)對沉降器油氣的高效汽提。1.2冷態(tài)對比實(shí)驗(yàn)采用氫氣示蹤技術(shù),就新型擋板式汽提器與無內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)(空筒型式)及其他形式的內(nèi)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了冷態(tài)對比實(shí)驗(yàn)。在相同的汽提線速下,普通盤環(huán)式擋板汽提器的汽提效率為85%左右,新型擋板式汽提器汽提效率達(dá)到96%,說明新型擋板式汽提器的汽提效率很高,完全可以滿足工業(yè)需要。1.3改造的rfcc裝置迄今,新型擋板式(及組合型)汽提器(LZT-Ⅰ型、LZT-Ⅱ型)已成功應(yīng)用于20套RFCC裝置,裝置處理量為0.15～2.8Mt/a。對于改造的RFCC裝置,與改造前相比,在總汽提蒸汽量下降約20%的條件下,焦炭中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降了30%左右,焦炭中氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到6%～8%。典型的1套改造裝置和1套新建裝置應(yīng)用情況如下。1.3.1設(shè)計(jì)能力和一次開車成功率中國石油錦州石化公司(簡稱錦州石化)Ⅲ套RFCC裝置原設(shè)計(jì)處理能力為1.4Mt/a,采用兩段再生、反應(yīng)器與一再同軸、二再并列的提升管工藝。沉降器汽提段采用普通盤環(huán)擋板結(jié)構(gòu),實(shí)際操作中待生催化劑上焦炭中氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在10%左右。2008年4月,為了適應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量升級和企業(yè)發(fā)展的需要,對該裝置進(jìn)行了擴(kuò)能改造,設(shè)計(jì)加工能力由1.4Mt/a提高到1.8Mt/a,同時提高裝置摻渣比,使裝置摻煉渣油和焦化蠟油的比例提高到50%以上。將沉降器汽提段更換為LPEC開發(fā)的高效擋板汽提技術(shù)。2008年5月31日提升管噴油,裝置一次開車成功。目前裝置運(yùn)行良好,汽提段改造后,焦炭中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值與改造前基本持平,分別為6.5%和6.4%,但單位催化劑的汽提蒸汽用量(下同)平均由3.3kg/t下降至2.6kg/t,下降了21%,每天可節(jié)省蒸汽31.2t,蒸汽價格按150RMB￥/t計(jì)算,每年(按350天計(jì))節(jié)省蒸汽創(chuàng)造的效益為163.8×104RMB￥。1.3.2汽提段汽提蒸汽標(biāo)定中國石油化工股份有限公司長嶺分公司2.8Mt/aRFCC裝置于2010年11月一次開車成功,其反應(yīng)再生系統(tǒng)為同高并列式快速床—湍流床串聯(lián)再生提升管型式,反應(yīng)采用MIP工藝。汽提段內(nèi)徑為4200mm,高度為9500mm,提升管反應(yīng)器穿過汽提段。沿汽提段內(nèi)設(shè)8層盤環(huán)型擋板、2級汽提蒸汽,汽提蒸汽用量為4.0kg/t左右。裝置2011年9月20日的標(biāo)定結(jié)果如下:原料油為焦化蠟油、常壓蠟油、加氫重油的混合油,其密度為928kg/m3,殘?zhí)繛?.54%;反應(yīng)溫度為502℃,再生溫度為650～690℃;焦炭中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.5%。圖2為該裝置開工以來的焦炭中氫含量數(shù)據(jù)(由再生煙氣組成數(shù)據(jù)計(jì)算得出)?？梢?焦炭中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大都在4%～8%,平均值為6%左右,汽提效果很好。2新型復(fù)合格式性能2.1汽提蒸汽濃縮LPEC新型格柵填料式汽提器的構(gòu)型如圖3所示,在汽提器內(nèi)放置兩層以上格柵填料內(nèi)件,每層填料用支撐架支撐于器壁,底部通入汽提蒸汽。催化劑自上向下流動,經(jīng)過填料內(nèi)件分布后,均勻向下與上升的汽提蒸汽逆流接觸,進(jìn)行油氣介質(zhì)置換。其技術(shù)特點(diǎn)是:①在汽提器內(nèi)安裝有兩層以上專利格柵填料內(nèi)件;②格柵填料具有均勻流化、破碎氣泡、減少返混、延長停留時間的作用;③固體催化劑顆粒在汽提器內(nèi)和汽提介質(zhì)得到了充分接觸和均勻的分配,提高了汽提效率。2.2汽提效率比較采用氫氣示蹤技術(shù),就新開發(fā)的填料式汽提器與無內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)(空筒型式)及其他形式的內(nèi)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了冷態(tài)對比試驗(yàn)。試驗(yàn)中考察了兩種結(jié)構(gòu)尺寸填料汽提器的汽提效果,以及兩種主要因素—汽提線速和催化劑循環(huán)量對汽提效果的影響。用于比較的不同內(nèi)件汽提器有:空筒型、普通盤環(huán)式擋板、新型高效擋板。在相同的某一汽提線速下,空筒型汽提效率最低,普通盤環(huán)式擋板汽提器的汽提效率為85%左右,結(jié)構(gòu)1填料和結(jié)構(gòu)2填料汽提器汽提效率分別為92.9%和97.4%,說明新型填料式汽提器的汽提效率很高,完全可以滿足工業(yè)需要。該系列新型汽提器已獲3項(xiàng)國家專利(ZL01128770.5,ZL200710054007.1,ZL200710054006.7)。2.3fdfcc裝置迄今,新型格柵填料式汽提器(LZT-Ⅲ型)已成功應(yīng)用于10套FCC和FDFCC裝置,裝置處理量為0.8～2.0Mt/a。應(yīng)用結(jié)果表明,在汽提蒸汽用量2.7～4.0kg/t條件下,焦炭中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到4%～7%。汽提效率提高,經(jīng)濟(jì)效益顯著。兩套不同類型裝置應(yīng)用情況如下:2.3.1格柵填料式汽提器新型格柵填料式汽提器工業(yè)應(yīng)用于中國石油化工股份有限公司廣州分公司Ⅰ套催化裝置(MIP工藝技術(shù)),于2007年2月8日一次開車成功。該裝置為反應(yīng)再生兩器同軸型式,反應(yīng)部分采用外提升管反應(yīng)器,年設(shè)計(jì)處理量為2.0Mt/a(改造前,年設(shè)計(jì)處理量為1.5Mt/a)。格柵填料式汽提器安裝于沉降器下部,汽提器構(gòu)型類似圖3,汽提器內(nèi)設(shè)置兩級汽提蒸汽。裝置自開工以來,汽提器運(yùn)轉(zhuǎn)正常,流化穩(wěn)定,于2007年4月13日進(jìn)行了標(biāo)定。原料油為加氫蠟油和外購蠟油,混合進(jìn)料的密度為0.8992g/cm3,殘?zhí)繛?.48%,其硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.361%。改造前2006年6,7月份與改造后2007年10月份、2008年1月份的焦炭氫含量數(shù)據(jù)見圖4。汽提蒸汽用量平均由改造前的5.6kg/t下降至4.0kg/t,下降了28.6%,蒸汽價格按150RMB￥/t計(jì)算,每年節(jié)省蒸汽創(chuàng)造的效益為250×104RMB￥。改造后焦炭中氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～7%,較改造前的6%～8%平均下降了21.4%,以多汽提出的油氣和油來估算,年增效益1000×104RMB￥左右?？梢?新型格柵填料式汽提器汽提效率高、經(jīng)濟(jì)效益好。2.3.2汽提蒸汽用量新型格柵填料式汽提器于2011年10月應(yīng)用于中國石油化工股份有限公司洛陽分公司Ⅱ套催化裂化裝置重油汽提段改造項(xiàng)目。原汽提段內(nèi)件為盤環(huán)形擋板,新設(shè)計(jì)的汽提器內(nèi)件采用了格柵填料,汽提器構(gòu)型類似圖3。改造后原料由蠟油變?yōu)閾綗挷糠种赜?混合原料的密度變化不大,為890～910kg/m3,殘?zhí)坑?.5%～1.0%上升為2.5%～3.3%;汽提蒸汽用量為3.1～3.6kg/t,略有升高(改造前汽提蒸汽用量為2.6～3.2kg/t)。裝置自2011年10月開工以來,汽提器運(yùn)轉(zhuǎn)正常,流化穩(wěn)定。改造后焦炭中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%～7.5%,平均為6.3%;改造前焦炭中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%～9.0%,平均為7.4%,見圖5?？梢?改造后焦炭中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值下降了15%,汽提效率提高,年增效益約600×104RMB￥。3催化裂化汽提技術(shù)LPEC對FCC汽提技術(shù)進(jìn)行了多年的研究,已成功地開發(fā)出了3種型式FCC高效汽提器,即高效擋板式汽提器、多級組合式汽提器、填料式汽提器(LZT-Ⅰ～LZT-Ⅲ),并廣泛應(yīng)用于各種工藝類型的FCC裝置,FCC裝置的處理量從0.15～2.8Mt/a,汽提器直徑從1500～4200mm。該技術(shù)以提高汽提效率為目標(biāo),著眼于加大氣固接觸面積、提高氣固接觸效率。