煉油中的催化裂化工藝研究

李永杰 延敬祥 李永文 李小芳

（1.山東華星石油化工集團(tuán)有限公司，山東 廣饒 257335；2.山東雁翔機(jī)電工程有限公司華星項(xiàng)目部，山東 廣饒 257335）

當(dāng)前，在可持續(xù)發(fā)展背景下，煉油工業(yè)開(kāi)始注重環(huán)境保護(hù)和能源清潔問(wèn)題，為了盡可能地降低石油資源在使用過(guò)程中引發(fā)的環(huán)境污染，可以借助催化裂化工藝來(lái)增加輕汽油的產(chǎn)量，以滿(mǎn)足人民綠色出行的需求。對(duì)于煉油廠而言，應(yīng)該結(jié)合自身的生產(chǎn)特點(diǎn)，對(duì)催化裂化工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)貎?yōu)化和調(diào)整，確保其能夠在生產(chǎn)中發(fā)揮出更大的價(jià)值。

1 催化裂化工藝流程

催化裂化的基本原理是將催化劑與石油混合加熱，使重質(zhì)油發(fā)生相應(yīng)的裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槠?、柴油和裂化氣等，這一方法屬于對(duì)石油進(jìn)行二次加工的過(guò)程。與熱裂化工藝相比，催化裂化容易提高輕質(zhì)油的產(chǎn)量，油分安定性好，而且副產(chǎn)品是含有烯烴的液化氣，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯[1]。

從目前來(lái)看，可以將催化裂化工藝流程分為4 個(gè)步驟，分別是反應(yīng)再生、產(chǎn)品分餾、吸收穩(wěn)定和產(chǎn)品精制。具體來(lái)講，需要先在原料中混入回?zé)捰停龊妙A(yù)熱處理，再將其導(dǎo)入反應(yīng)裝置和催化劑中，進(jìn)行裂化反應(yīng)，相關(guān)產(chǎn)物會(huì)進(jìn)入沉降器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于催化劑的有效分離，留下的僅有中間產(chǎn)物。然后，將中間產(chǎn)物放入到分餾塔內(nèi)，借助分餾工藝將其分離成粗汽油、輕柴油、油漿及富氣等，借助穩(wěn)定裝置進(jìn)行處理，粗汽油能夠變成理想的汽油產(chǎn)品，壓縮后的富氣同樣可以在保證穩(wěn)定的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)有效分離。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過(guò)選擇合理的加工工藝，還可以得到液化石油氣、汽油、干氣等副產(chǎn)品，進(jìn)一步提高工藝技術(shù)的應(yīng)用效益。最后，需要做好產(chǎn)品精制。例如，通過(guò)堿洗或預(yù)氨洗的方式，提高汽油和液化石油氣的純凈度，保證其使用效果。在應(yīng)用催化裂化工藝的過(guò)程中，為了能夠進(jìn)一步提高效果，通常還需要針對(duì)各個(gè)具體環(huán)節(jié)及反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，以前期反應(yīng)裝置為例，不僅必須滿(mǎn)足強(qiáng)度、壓力等方面的要求，還必須設(shè)置好再生煙氣能量回收裝置，以確保其能夠具備更好的節(jié)能效果，同時(shí)也必須對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免不適宜的溫度對(duì)催化裂化工藝應(yīng)用效果產(chǎn)生影響。

2 催化裂化工藝技術(shù)研究進(jìn)展

早在20 世紀(jì)20 年代，催化裂化工藝就已經(jīng)被應(yīng)用到了煉油工業(yè)中，取得了較為明顯的經(jīng)濟(jì)效益。從催化裂化工藝的發(fā)展情況可以發(fā)現(xiàn)，工藝的創(chuàng)新與催化劑有著不可分割的聯(lián)系，通過(guò)對(duì)催化劑的不斷優(yōu)化，催化裂化工藝的應(yīng)用效果可以得到不斷提高。我國(guó)煉油工業(yè)引入催化裂化工藝的時(shí)間是1958 年，而直到1965 年，才在撫順石油二廠構(gòu)建了完善的催化裂化工藝系統(tǒng)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了催化裂化工藝的價(jià)值。就目前來(lái)看，催化裂化工藝中的常見(jiàn)技術(shù)有3 種。

2.1 MIP技術(shù)

MIP 工藝技術(shù)借助了經(jīng)過(guò)串聯(lián)改進(jìn)后的提升管反應(yīng)裝置，依照對(duì)應(yīng)的技術(shù)條件，可以將其分為2 個(gè)區(qū)域。第一個(gè)區(qū)域的反應(yīng)條件是催化劑與石油的比例及溫度，對(duì)技術(shù)水平和要求較高，對(duì)重質(zhì)油進(jìn)行處理后，產(chǎn)生烯烴的速度更快。在第二個(gè)區(qū)域，提升管處在一個(gè)相對(duì)較高的位置，催化劑達(dá)到相關(guān)區(qū)域后，會(huì)與冷卻介質(zhì)融合，將反應(yīng)溫度降低，適當(dāng)延長(zhǎng)反應(yīng)的時(shí)間，對(duì)于芳烴等物質(zhì)的生成具備一定功效[2]。借助MIP 工藝技術(shù)，能夠顯著提升二次反應(yīng)的強(qiáng)度，對(duì)氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)進(jìn)行管控，也可以使產(chǎn)品的性質(zhì)和分布得到改善。

2.2 FDFCC技術(shù)

在我國(guó)，催化裂化裝置被廣泛地應(yīng)用于柴油和汽油生產(chǎn)領(lǐng)域，甚至在整個(gè)油品生產(chǎn)中，同樣占有很大比例。FDFCC 是指靈活多效的催化裂化工藝，其在柴油生產(chǎn)中發(fā)揮著積極作用，對(duì)于柴油需求量大的發(fā)展中國(guó)家而言，意義重大。在不斷的發(fā)展過(guò)程中，催化裂化生產(chǎn)方式難以很好地滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，煉油企業(yè)開(kāi)始朝著煉化一體化的方向轉(zhuǎn)型，對(duì)催化裂化工藝生產(chǎn)烯烴提出了更加嚴(yán)格的要求。在這樣的背景下，有研究人員通過(guò)對(duì)中型提升管試驗(yàn)流程的分析，提出了FDFCC 工藝技術(shù)，借助雙提升管并聯(lián)的方式，將其中一根提升管用于傳統(tǒng)工藝中的重油處置，另外一根提升管則用于FCC 汽油處理，使汽油中烯烴的含量能夠降到一個(gè)相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)，增加丙烯含量，提升汽油的純度和質(zhì)量。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，F(xiàn)DFCC 技術(shù)具備很強(qiáng)的靈活性，原料適應(yīng)性強(qiáng)且制造方案的改進(jìn)簡(jiǎn)單，因此具有良好的價(jià)值。

2.3 雙提升管FCC技術(shù)

為了確保產(chǎn)品分布的科學(xué)性及合理性，更好地完成各類(lèi)材料的加工生產(chǎn)任務(wù)，需要對(duì)工藝技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)行拓展，促進(jìn)工業(yè)化的發(fā)展與進(jìn)步。在運(yùn)用雙提升管FCC 工藝技術(shù)的過(guò)程中，需要在2 個(gè)提升管中放入2 種不同的材料，要求產(chǎn)品能夠在不同溫度條件下始終處于良好狀態(tài)。提升管工藝在經(jīng)過(guò)完善后，對(duì)比傳統(tǒng)工藝技術(shù)，實(shí)際上沒(méi)有明顯的差異，僅僅是改變了溫度和劑油比2 個(gè)參數(shù)，而這樣簡(jiǎn)單的改變就會(huì)使輕催化汽油在另一根提升管中得到回?zé)捥幚?，將丙烯產(chǎn)出率提高到一個(gè)更高的水平[3]。從企業(yè)煉油需求來(lái)看，應(yīng)用雙提升管FCC 工藝技術(shù)，能夠?qū)Σ煌a(chǎn)品進(jìn)行合理分布，例如，為了提高汽油和氣體的產(chǎn)出率，需要將柴油與餾分回歸到原本的提升管內(nèi)進(jìn)行回?zé)?，在條件苛刻的情況下，必須進(jìn)行裂化處理，這樣才能更好地滿(mǎn)足產(chǎn)品分布的相關(guān)要求。

3 催化裂化工藝在煉油工業(yè)中的應(yīng)用要點(diǎn)

在煉油工業(yè)發(fā)展中，必須要高度重視催化裂化工藝的運(yùn)用，提升工藝技術(shù)的適應(yīng)性，這樣才能夠有效避免煉油過(guò)程中出現(xiàn)缺陷和問(wèn)題。從煉油廠的生產(chǎn)過(guò)程出發(fā)，催化裂化工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用應(yīng)該把握好以下3 個(gè)優(yōu)化要點(diǎn)。

3.1 優(yōu)化設(shè)備

煉油工業(yè)生產(chǎn)中，催化裂化工藝的應(yīng)用必須強(qiáng)調(diào)對(duì)于各類(lèi)儀器設(shè)備的合理使用，而從整體工藝流程來(lái)看，沉降器和再生器在其中發(fā)揮了非常重要的作用，必須受到足夠的重視。技術(shù)人員應(yīng)該做好沉降器和再生器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合催化裂化工藝的特點(diǎn)，對(duì)相應(yīng)的設(shè)備型號(hào)及特點(diǎn)進(jìn)行全面細(xì)致的分析，重點(diǎn)把控好整體結(jié)構(gòu)的布置，同時(shí)也應(yīng)該優(yōu)化和明確設(shè)備的安裝位置。以沉降器和再生器的安裝應(yīng)用為例，通常應(yīng)該將沉降器設(shè)置在生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)體系的下方，將再生器設(shè)置在生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)體系的上方，確保結(jié)構(gòu)體系能夠呈現(xiàn)出理想化的同軸式特征。這樣布置能夠提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備運(yùn)行效率，也可以幫助工作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)沉降器和再生器壓力差的有效控制，即便因?yàn)樘厥庠驅(qū)е聣毫Σ钶^大，也依然能夠保證設(shè)備穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。從催化裂化工藝的具體反應(yīng)來(lái)看，上述設(shè)備的應(yīng)用方式能夠保證生產(chǎn)運(yùn)行的便捷性和靈活性，從整體架構(gòu)層面可以取得較為理想的安全效果，實(shí)現(xiàn)催化劑的高效運(yùn)用。

3.2 優(yōu)化再生方案

煉油工業(yè)在應(yīng)用催化裂化工藝的過(guò)程中，應(yīng)該重視對(duì)再生方案的優(yōu)化，在保證方案實(shí)施效果的同時(shí)，要使其能夠體現(xiàn)出更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)得到整體優(yōu)化。再生方案的選擇不能隨意進(jìn)行，工作人員要認(rèn)真研究催化劑的性質(zhì)和使用條件，在保證催化效果的基礎(chǔ)上，應(yīng)確保催化劑在生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠發(fā)揮出更強(qiáng)的效益，減少和規(guī)避再生方案的選擇對(duì)催化劑產(chǎn)生不良的影響，保持催化劑的活性[4]。另外，在選擇再生方案時(shí)，還必須對(duì)再生劑中的碳含量進(jìn)行分析，要確保其在充分滿(mǎn)足生產(chǎn)需求的前提下，盡可能地降低碳含量，保證再生產(chǎn)品的質(zhì)量。基于此，煉油企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)該重視對(duì)再生方案的優(yōu)化工作，要采取多樣化的方式和手段提升優(yōu)化效果。例如，可以從4 個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。1）適當(dāng)添加一氧化碳助燃劑，促進(jìn)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益的提高。2）重視對(duì)溫度的控制，在條件允許的情況下，提高溫度控制水平，對(duì)燒焦強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化。3）進(jìn)一步優(yōu)化輸送效率，選擇高度合理的密相床，對(duì)裝置的應(yīng)用效果進(jìn)行優(yōu)化。4）對(duì)裝置內(nèi)部的主風(fēng)分配管進(jìn)行優(yōu)化控制，選擇優(yōu)質(zhì)、合適的材料，合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局，提升控制效果，將其在流化方面所具備的積極作用充分發(fā)揮出來(lái)。

3.3 優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)

煉油廠在生產(chǎn)中，對(duì)于催化裂化工藝的應(yīng)用，如果要提高整體經(jīng)濟(jì)效益，必須要優(yōu)化提升管反應(yīng)系統(tǒng)，這也是最為基本的手段之一，要求技術(shù)人員從生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需求著手，做好相應(yīng)的處理改進(jìn)工作。在對(duì)提升管進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化的過(guò)程中，應(yīng)該先保障其本身的質(zhì)量和性能，強(qiáng)化提升管在生產(chǎn)應(yīng)用中的適宜性，對(duì)其材質(zhì)、參數(shù)、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行優(yōu)化，使合理地運(yùn)用來(lái)自再生器的高溫，精準(zhǔn)地控制大劑油比。在提升管反應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化中，噴嘴是一個(gè)非常重要的裝置，需要技術(shù)人員給予高度重視，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)一步提升噴嘴霧化的效果，為后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量?jī)?yōu)化提供可靠保障。另外，技術(shù)人員應(yīng)該從煉油企業(yè)的生產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程著手，分析其中存在的各種問(wèn)題，做好修正處理工作，使汽提段作業(yè)能夠有效地控制焦炭產(chǎn)量，對(duì)產(chǎn)物的性能進(jìn)行優(yōu)化。在實(shí)際操作中，應(yīng)該將汽提段擋板的高度設(shè)置得合理實(shí)用，以確保汽提段能夠更加充分地進(jìn)行反應(yīng)，最大限度地發(fā)揮結(jié)構(gòu)所具備的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著科技不斷的發(fā)展，煉油工業(yè)對(duì)煉油效率和質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格的要求，催化裂化工藝在其中發(fā)揮著不容忽視的作用，需要技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)催化裂化工藝的深入研究，推動(dòng)工藝技術(shù)的優(yōu)化，將先進(jìn)技術(shù)引入催化裂化工藝中，配合先進(jìn)的設(shè)備和材料，提升工藝的有效性。