重油MIP與劣質(zhì)催化裂化柴油LTAG組合工藝催化裂化裝置運(yùn)行分析

劉天波，林春陽，侯和乾，唐津蓮

(1.中國(guó)石化濟(jì)南分公司，濟(jì)南 250101；2.中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，柴油消費(fèi)增速低于汽油消費(fèi)增速已經(jīng)成為常態(tài)。催化裂化技術(shù)是生產(chǎn)汽油調(diào)合組分的主要加工工藝，其中汽油的65%以上來自催化裂化裝置。國(guó)內(nèi)車用油品需求的變化，迫切需要對(duì)催化裂化技術(shù)的加工策略進(jìn)行調(diào)整和重新定位，一方面增加國(guó)Ⅵ清潔汽油調(diào)合組分催化裂化汽油的生產(chǎn)，另一方面需減少或轉(zhuǎn)化催化裂化柴油，以適應(yīng)成品油市場(chǎng)需求的快速變化[1]。

MIP工藝技術(shù)是生產(chǎn)清潔汽油餾分的典型工藝，其主要作用是降低催化裂化汽油中的烯烴含量，使催化裂化汽油中的烯烴盡可能地轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴和芳烴。LTAG工藝是將劣質(zhì)催化裂化柴油轉(zhuǎn)化為高辛烷值汽油或輕質(zhì)芳烴的工藝，通過對(duì)催化裂化柴油中的多環(huán)芳烴進(jìn)行選擇性加氫飽和，然后再返回催化裂化裝置進(jìn)行反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)最大化生產(chǎn)高辛烷值汽油和降低柴汽比的目的[2-4]。

中國(guó)石化濟(jì)南分公司(簡(jiǎn)稱濟(jì)南分公司)根據(jù)煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整、提質(zhì)升級(jí)的總體規(guī)劃，將原0.80 Mt/a使用FDFCC靈活多效催化裂化工藝技術(shù)的重油催化裂化裝置采用MIP與LTAG組合工藝技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)能升級(jí)改造，多產(chǎn)清潔汽油，少產(chǎn)催化裂化柴油。原FDFCC裝置反應(yīng)-再生系統(tǒng)主要由兩個(gè)反應(yīng)器(主反應(yīng)器+副反應(yīng)器)與一個(gè)燒焦罐+二密相湍動(dòng)流化床的再生器組成，主反應(yīng)器加工重油，副反應(yīng)器進(jìn)行汽油改質(zhì)。濟(jì)南分公司在催化裂化裝置擴(kuò)能升級(jí)改造中提出了建新利舊相結(jié)合的方案，新建1.2 Mt/a主反應(yīng)器，采用MIP技術(shù)加工高摻渣重油原料；利舊原重油提升管反應(yīng)器，改造為0.88 Mt/a副反應(yīng)器，采用LTAG技術(shù)模式Ⅰ(加氫催化裂化柴油單獨(dú)催化裂化)加工加氫催化裂化柴油。

該技術(shù)改造的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是改變了現(xiàn)有煉油廠LTAG技術(shù)的應(yīng)用都是加氫改質(zhì)催化裂化柴油(LTAG原料)與重油原料共用一個(gè)提升管反應(yīng)器的工藝方案，充分考慮了原料烴分子組成、結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)化難易的差異，采用雙反應(yīng)器各自處理重油原料與LTAG原料，實(shí)現(xiàn)了催化裂化裝置生產(chǎn)方案的靈活變化和原料的高選擇性轉(zhuǎn)化，達(dá)到了增產(chǎn)高辛烷值汽油的目標(biāo)，解決了外甩劣質(zhì)重催化裂化柴油的問題，具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值[5]。在新裝置開工運(yùn)行過程中，對(duì)比改造前裝置使用的FDFCC工藝技術(shù)，遇到了LTAG原料加氫深度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響、裝置整體轉(zhuǎn)化率提高使油漿性質(zhì)劣質(zhì)化等一系列問題，為此對(duì)主要運(yùn)行狀況進(jìn)行詳細(xì)分析，以期為工業(yè)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 重油原料性質(zhì)

改造后該催化裂化裝置MIP主反應(yīng)器加工重油原料，處理量為140 th左右，主要由罐區(qū)渣油、罐區(qū)蠟油、南常減壓蒸餾裝置熱蠟油、預(yù)處理熱蠟油組成，其中罐區(qū)渣油占40%左右。表1為改造前后重油催化裂化原料的性質(zhì)。由表1可見，改造后原料重質(zhì)化、劣質(zhì)化較嚴(yán)重，密度(20 ℃)高達(dá)950.3 kgm3，殘?zhí)扛哌_(dá)7.23%，重金屬含量高[(Ni+V)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.40 μg/g，F(xiàn)e質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.81 μg/g)]，N含量高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4 030 μg/g)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)催化裂化原料。

2 平衡催化劑性質(zhì)

改造后該催化裂化裝置使用中國(guó)石化催化劑有限公司長(zhǎng)嶺分公司生產(chǎn)的CDC催化劑，平衡催化劑性質(zhì)如表2所示。由表2可見，平衡催化劑微反活性為63.6%，平衡催化劑上SbNi質(zhì)量比為0.22，其中金屬Fe，Ni，V的含量較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在5 000～8 250 μgg范圍內(nèi)。

表2 平衡催化劑性質(zhì)

3 裝置流程與反應(yīng)-再生主要操作條件

改造后該催化裂化裝置反應(yīng)-再生系統(tǒng)由主、副兩個(gè)反應(yīng)器與一個(gè)再生器構(gòu)成，其工藝流程示意見圖1。主反應(yīng)器采用MIP工藝技術(shù)，內(nèi)置VQS快速分離器，加工由減壓渣油和常減壓蠟油混合組成的重油原料，設(shè)計(jì)加工能力為1.20 Mta；副反應(yīng)器采用LTAG工藝技術(shù)，原料為加氫改質(zhì)后劣質(zhì)催化裂化柴油，設(shè)計(jì)加工能力為0.88 Mta；采用單器重疊式兩段逆流不完全再生技術(shù)方案。主、副反應(yīng)器分別設(shè)有各自的沉降器，主沉降器旋風(fēng)分離器為VQS，副沉降器旋風(fēng)分離器為普通快分與頂旋組合方式。沉降器頂部油氣分別進(jìn)入主、副分餾塔，其中主分餾塔為新建，各側(cè)線回流根據(jù)流程要求新設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)，處理MIP主反應(yīng)器的油氣產(chǎn)品；副分餾塔利舊原有主分餾塔，改造后處理LTAG副反應(yīng)器的油氣產(chǎn)品；而主、副分餾塔共用一個(gè)柴油汽提塔和油漿外甩線，主、副分餾塔第一中段回流取熱均作為解吸塔塔底熱源，主、副分餾塔第二中段回流取熱均作為穩(wěn)定塔塔底熱源。本次改造不僅采用了最先進(jìn)的催化裂化技術(shù)，而且裝置利舊程度高、集成程度高、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝緊湊，對(duì)設(shè)計(jì)、施工與操作均是一種考驗(yàn)。

表3為裝置運(yùn)行期間主、副反應(yīng)器的典型操作條件。一般控制主反應(yīng)器出口溫度為515 ℃，副反應(yīng)器出口溫度為516 ℃，主、副沉降器壓力均控制在0.175～0.215 MPa范圍，MIP重油原料預(yù)熱溫度控制在228 ℃左右，LTAG原料預(yù)熱溫度控制在190 ℃左右。

圖1 催化裂化反應(yīng)-再生系統(tǒng)流程示意

表3 主、副反應(yīng)器主要工藝操作條件

該裝置再生器在運(yùn)行期間的典型操作條件為：一再催化劑藏量44.5 t，密相溫度690 ℃，稀相溫度668 ℃；二再催化劑藏量43.4 t，密相溫度690 ℃，稀相溫度710 ℃；再生器壓力控制在0.22 MPa左右。

4 裝置運(yùn)行狀況分析

4.1 裝置改造前后產(chǎn)品收率的變化

裝置改造前后的典型產(chǎn)物分布見表4。由表4可見，盡管裝置改造后重油原料劣質(zhì)化較為嚴(yán)重，但是在主提升管加工劣質(zhì)重油并維持副提升管進(jìn)行催化裂化柴油加氫回?zé)挼腗IP與LTAG組合工藝技術(shù)下，汽油收率比加工相對(duì)優(yōu)質(zhì)原料的改造前工況提高0.70百分點(diǎn)，但是液化氣收率降低了1.43百分點(diǎn)，柴油收率降低了1.59百分點(diǎn)。

表4 改造前后的典型產(chǎn)物分布 w，%

注：改造后主副提升管產(chǎn)物不能完全分開，所以其產(chǎn)物分布計(jì)算中原料進(jìn)料量以主提升管進(jìn)料(重質(zhì)原料141.6 th)與副提升管進(jìn)料(加氫催化裂化柴油70.2 th)的總量計(jì)算。

4.2 LTAG原料加氫深度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

2017年2月開始采用MIP與LTAG組合工藝技術(shù)對(duì)催化裂化裝置進(jìn)行改造，2018年9月15日一次開車成功。裝置開工后對(duì)LTAG原料加氫深度進(jìn)行了考察，逐步緩和催化裂化柴油加氫改質(zhì)條件，使加氫改質(zhì)后LTAG副反應(yīng)器的進(jìn)料密度(20 ℃)從889 kgm3升至895 kgm3，分析了裝置LTAG原料性質(zhì)發(fā)生變化的情況，同時(shí)跟蹤分析了LTAG工藝副分餾塔的汽油餾分收率、烴組成，以及油漿密度、柴油密度及產(chǎn)率的變化情況。

表5為本裝置LTAG進(jìn)料加氫深度調(diào)整后的部分改質(zhì)原料烴組成分析數(shù)據(jù)。從表5可以發(fā)現(xiàn)，LTAG原料加氫深度降低后總環(huán)烷烴、總飽和烴含量明顯降低，四氫萘、總單環(huán)芳烴含量明顯上升。LTAG技術(shù)的特點(diǎn)就是將催化裂化柴油選擇性加氫飽和，將雙環(huán)芳烴加氫成四氫萘型單環(huán)芳烴，而不是深度加氫成十氫萘型環(huán)烷烴。劣質(zhì)催化裂化柴油的深度加氫一方面會(huì)提高氫耗，經(jīng)濟(jì)效益低，另一方面產(chǎn)物中的汽油收率較高，但汽油辛烷值較低，同時(shí)也不利于生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴[6]。因此，選擇適宜的加氫深度有利于緩和加氫操作條件，降低氫耗，延長(zhǎng)加氫裝置的運(yùn)行周期。

表5 加氫深度對(duì)LTAG工藝加氫改質(zhì)原料烴組成的影響

表6為原料加氫深度調(diào)整后LTAG工藝粗汽油產(chǎn)品的烴組成及辛烷值變化情況。隨著LTAG原料中單環(huán)芳烴含量大幅度增加，粗汽油中烯烴含量降低、芳烴含量升高，從而導(dǎo)致汽油辛烷值提高，RON從96.1提高到97.0，而粗汽油收率未見明顯變化；隨著LTAG原料中鏈烷烴以及環(huán)烷烴含量降低，液化氣收率降低。調(diào)整后的加氫深度符合LTAG技術(shù)的要求，能實(shí)現(xiàn)劣質(zhì)催化裂化柴油轉(zhuǎn)化為富含芳烴的高辛烷值汽油。

表6 轉(zhuǎn)化深度對(duì)LTAG工藝粗汽油烴組成及其辛烷值的影響

此外，LTAG工藝進(jìn)料加氫深度降低前，副分餾塔的柴油密度(20 ℃)穩(wěn)定在946.9 kgm3，十六烷值均值為16.9；加氫深度降低后，副分餾塔的柴油密度(20 ℃)均值為949.4 kgm3，十六烷值均值為16.0，柴油質(zhì)量變差。加氫深度降低前，副分餾塔的油漿密度(20 ℃)均值為1 108.5 kgm3，外甩率為1.56%；加氫深度降低后，副分餾塔的油漿密度(20 ℃)均值為1 121.6 kgm3，外甩率為1.70%，油漿密度增加、產(chǎn)率上升。

4.3 裝置改造前后穩(wěn)定汽油性質(zhì)的變化

裝置改造后于2018年9月15日開始運(yùn)行，經(jīng)過調(diào)整與優(yōu)化，裝置運(yùn)行平穩(wěn)。表7和表8對(duì)比分析了裝置改造前后穩(wěn)定汽油的烴組成和辛烷值變化情況。

表7 裝置改造前后穩(wěn)定汽油烴組成的變化

由表7可以看出，裝置改造后穩(wěn)定汽油中的芳烴含量相比改造前明顯提高。這一方面與改造后重油原料劣質(zhì)化緊密相關(guān)，重油原料性質(zhì)越差則所生產(chǎn)穩(wěn)定汽油的芳烴含量越高；另一方面也與裝置改造本身有關(guān)。從工藝反應(yīng)原理上來看，MIP工藝的擴(kuò)徑反應(yīng)器可以在較低的反應(yīng)溫度和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間條件下增加氫轉(zhuǎn)移和異構(gòu)化反應(yīng)，從而使汽油餾分中的烯烴轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴和芳烴；LTAG工藝通過加氫處理單元對(duì)劣質(zhì)催化裂化柴油中的芳烴進(jìn)行定向加氫飽和，然后在催化裂化單元通過獨(dú)立反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)最大化開環(huán)裂化反應(yīng)，將劣質(zhì)催化裂化柴油轉(zhuǎn)化為富含芳烴的高辛烷值汽油[7]。無論是MIP還是LTAG工藝都有利于汽油中芳烴的生成，工藝的組合達(dá)到了裝置設(shè)計(jì)的要求，對(duì)比以前使用的FDFCC工藝，穩(wěn)定汽油的芳烴含量明顯提高，但是烯烴含量沒有明顯的降低，而LTAG提升管中汽油烯烴含量已經(jīng)很低，說明MIP提升管反應(yīng)器中烯烴含量較高，其原因主要與原料劣質(zhì)化嚴(yán)重、再生溫度較高和劑油比低有關(guān)，氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)沒有得到充分強(qiáng)化。

表8 裝置改造前后穩(wěn)定汽油RON的變化

由表8可以看出，對(duì)比改造前的FDFCC工藝，裝置改造后的穩(wěn)定汽油辛烷值明顯提高，RON基本穩(wěn)定在94以上。裝置改造后穩(wěn)定汽油辛烷值的提高，一方面與改造后重油原料劣質(zhì)化緊密相關(guān)，重油原料性質(zhì)越差則所生產(chǎn)穩(wěn)定汽油的芳烴含量越高，導(dǎo)致其辛烷值也較高；另一方面也與裝置改造本身有關(guān)，副提升管采用LTAG技術(shù)加工加氫催化裂化柴油，其裂化后所產(chǎn)汽油辛烷值較高，RON在96.1以上，從而進(jìn)一步提高了穩(wěn)定汽油的辛烷值。此外，裝置開工運(yùn)行穩(wěn)定后，通過采取優(yōu)化措施，汽油收率也呈穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)。

4.4 裝置改造前后柴油性質(zhì)的變化

表9為裝置改造前后柴油密度和十六烷值的變化情況。由表9可以看出，裝置改造后柴油密度明顯提高，十六烷值降低。

表9 裝置改造前后柴油密度和十六烷值的變化

裝置改造后柴油密度的提高，一方面與改造后重油原料劣質(zhì)化緊密相關(guān)，重油原料性質(zhì)越差則所生產(chǎn)柴油性質(zhì)越差；另一方面也與裝置改造本身有關(guān)。MIP工藝主反應(yīng)器中的異構(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，重油轉(zhuǎn)化程度深，導(dǎo)致MIP工藝的柴油較常規(guī)催化裂化裝置的柴油密度高；LTAG工藝深度轉(zhuǎn)化主反應(yīng)器加氫改質(zhì)后的劣質(zhì)柴油，裂化后得到的柴油餾分芳烴含量更高、密度更大[8]。因此，改造后裝置的柴油產(chǎn)品(主分餾塔柴油與副分餾塔柴油的混合柴油)密度與改造前相比有明顯的上升，基本維持在950 kg/m3(20 ℃)，柴油的十六烷值隨著密度的升高而下降，十六烷值小于20。MIP與LTAG組合工藝加工方式有利于多產(chǎn)高辛烷值汽油，不利于催化裂化柴油產(chǎn)品的質(zhì)量[9-11]。但是，由于LTAG工藝可以消化本裝置部分低質(zhì)量催化裂化柴油，大大緩解了濟(jì)南分公司柴油壓庫和汽油產(chǎn)能不足的狀況，為企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提升產(chǎn)品價(jià)值提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

4.5 裝置改造前后油漿性質(zhì)的變化

裝置改造后原料劣質(zhì)化嚴(yán)重且重油轉(zhuǎn)化深度高，對(duì)油漿的性質(zhì)可能產(chǎn)生較大的影響。如果油漿性質(zhì)變差，會(huì)使油漿中生焦前身物的含量增加，可能造成油漿系統(tǒng)結(jié)焦，進(jìn)而影響油漿系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運(yùn)行和整體催化裂化裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。為此，考察并分析了裝置改造前后油漿性質(zhì)的變化狀況。

圖2為2018年裝置開工初期主、副分餾塔混合油漿的密度變化情況。由圖2可見，開工初期油漿密度總體呈先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，油漿密度(20 ℃)基本穩(wěn)定在1 120 kg/m3左右，但是較改造前(1 050 kg/m3)有明顯的升高。

圖2 油漿密度變化情況

通過對(duì)主、副分餾塔工況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，LTAG工藝對(duì)應(yīng)的副分餾塔油漿產(chǎn)率為1.3%，較設(shè)計(jì)值(1.5%)偏低；并且LTAG反應(yīng)器旋風(fēng)分離器為粗旋+頂旋模式，催化劑跑損較MIP主反應(yīng)器VQS快分系統(tǒng)偏多，使副分餾塔塔底油漿系統(tǒng)固含量達(dá)標(biāo)難以保證。為保證副分餾塔油漿系統(tǒng)的密度及固含量，補(bǔ)充主分餾塔塔底油漿進(jìn)副分餾塔，以提高副分餾塔油漿外甩率，并保持副分餾塔油漿密度及固含量。裝置調(diào)整后主分餾塔油漿外甩率為5.0%左右，主分餾塔的一部分油漿補(bǔ)至副分餾塔塔底，副分餾塔油漿外甩率為1.5%～1.7%，裝置總油漿外甩率為5.47%?？刂朴蜐{密度(20 ℃)在1 125～1 150 kg/m3范圍內(nèi)，在密度(20 ℃)小于1 100 kg/m3時(shí)盡量控制油漿外甩率，以降低油漿產(chǎn)率，保證裝置液體收率。

5 結(jié) 論

濟(jì)南分公司采用MIP與LTAG組合工藝技術(shù)進(jìn)行催化裂化裝置改造，通過設(shè)計(jì)雙反應(yīng)器工藝流程，可以實(shí)現(xiàn)重油與加氫后劣質(zhì)催化裂化柴油兩種不同原料同時(shí)進(jìn)行高選擇性轉(zhuǎn)化。在裝置運(yùn)行期間，通過對(duì)LTAG原料進(jìn)行加氫深度調(diào)整，明顯提高了汽油辛烷值，汽油中的烯烴含量稍有降低、芳烴含量明顯提高。對(duì)比改造前的FDFCC工藝技術(shù)，裝置采取多產(chǎn)汽油方案時(shí)汽油收率有明顯的增加趨勢(shì)，柴油十六烷值降低明顯。裝置油漿系統(tǒng)的油漿密度總體較改造前增加，LTAG油漿產(chǎn)率低，單獨(dú)的LTAG反應(yīng)器對(duì)應(yīng)的分餾塔需要補(bǔ)充油漿才能降低油漿固含量及密度，從而確保油漿系統(tǒng)正常運(yùn)行?？傮w上來講，本裝置采用MIP與LTAG組合工藝技術(shù)提高了高辛烷值汽油收率，消化了部分低質(zhì)量催化裂化柴油，大大緩解了濟(jì)南分公司柴油壓庫和汽油產(chǎn)能不足的狀況，為企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提升產(chǎn)品價(jià)值提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。