提高催化裂化裝置丙烯收率的操作優(yōu)化

陳家祥，田軍，楊紹峰，胡陽國(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471000)

0 引言

催化裂化裝置的產(chǎn)品主要包括干氣、液化氣、汽油、柴油及油漿等。其中液化氣、汽油和柴油屬于該裝置的高附加值產(chǎn)品。近來，液化氣及液化氣中丙烯組分的市場價格均大幅上漲，而汽油、柴油的價格則有所回落。因此，對裝置進(jìn)行操作優(yōu)化，改善產(chǎn)品分布，提高液化氣的收率和液化氣中丙烯的含量，從而提高丙烯的收率以靈活應(yīng)對產(chǎn)品的市場變化，對提升裝置的運(yùn)行效益有著重要意義。

1 裝置的產(chǎn)品分布情況

中國石油化工股份有限公司洛陽分公司1#催化裂化裝置自2019 年7 月檢修改造完成以來，整體運(yùn)行穩(wěn)定，但是在裝置的產(chǎn)品分布方面仍存在優(yōu)化改進(jìn)的空間：(1)液化氣產(chǎn)品的收率較低且收率波動較大；(2)液化氣中丙烯的含量較低且含量波動較大。經(jīng)統(tǒng)計，2019 年8 月至2019 年12 月，該裝置丙烯收率的平均值為6.05%。在液化氣及丙烯價格持續(xù)上漲的市場化境下，優(yōu)化產(chǎn)品分布，提高丙烯收率，以使裝置的產(chǎn)品收益最大化則顯得尤為重要。

2 操作優(yōu)化方案

2.1 優(yōu)化進(jìn)料配比

從氫平衡的角度分析，進(jìn)料中氫含量越高，則生成丙烯的潛力越大。進(jìn)料中加氫蠟油的流量占裝置總進(jìn)料量的比值對產(chǎn)品中丙烯的收率影響很大，氫含量較高的石蠟基進(jìn)料生成丙烯的產(chǎn)率幾乎是環(huán)烷基進(jìn)料的2 倍[1]。因此，本文考察了自2019 年8 月至2019 年12 月該催化裂化裝置丙烯收率的數(shù)據(jù)，并與同期該裝置進(jìn)料中加氫蠟油流量占總進(jìn)料量的比例進(jìn)行了對比。發(fā)現(xiàn)二者的關(guān)聯(lián)性明顯，即進(jìn)料中加氫蠟油的比例直接關(guān)乎丙稀的收率，具體關(guān)聯(lián)情況如圖1 所示。

圖1 加氫蠟油進(jìn)料比例與丙稀收率的關(guān)系

通過強(qiáng)化對裝置各進(jìn)料流股的化驗分析頻次，結(jié)合化驗結(jié)果，為各個進(jìn)料流量的配比提供數(shù)據(jù)支撐。聯(lián)系生產(chǎn)調(diào)度，在各個操作條件均處于設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的指標(biāo)內(nèi)，優(yōu)化各進(jìn)料流量的配比，并調(diào)研各產(chǎn)品市場價格和原料油庫中各股進(jìn)料的庫存及上游裝置的供給能力，力求達(dá)到進(jìn)料配比的最優(yōu)化。

2.2 定期按量加注增產(chǎn)丙烯助劑

增產(chǎn)丙烯助劑的活性組分主要為ZSM-5 擇形分子篩，其平均孔隙為0.55 nm，可以限制高支鏈烴類與環(huán)狀烴類的進(jìn)入，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可以使汽油中的直鏈分子與支鏈較少的分子能夠進(jìn)入ZSM-5 的孔隙，選擇性地裂化和異構(gòu)汽油餾分中C6～C12的烷烴和烯烴，主要是C7烯烴[1]。在氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成烷烴之前，即被裂化生成C3及C4等烯烴。因此，增產(chǎn)丙烯助劑的加注，對提高丙烯的產(chǎn)量有著積極的意義。

2020 年4 月15 日起，該裝置通過助劑加料系統(tǒng)定期按量地快速加注增產(chǎn)丙烯助劑，直至其藏量達(dá)到總藏量的6%，之后根據(jù)催化劑的消耗情況平穩(wěn)加注，利用班組按時巡檢的機(jī)制，強(qiáng)化對丙烯助劑加料系統(tǒng)的維護(hù)，重點(diǎn)關(guān)注自動加料器下料不暢、電磁閥不動作等高頻故障，定期排查、及時保運(yùn)處理，以滿足助劑的藏量要求。本文考察了在進(jìn)料性質(zhì)及其他操作參數(shù)均未作大幅調(diào)整的情況下，穩(wěn)定加注增產(chǎn)丙烯助劑前后液化氣及汽油的收率變化情況，具體情況如圖2所示。

圖2 加注增產(chǎn)丙烯助劑前后液化氣和汽油的收率

加注增產(chǎn)丙烯助劑后，汽油的收率明顯下降，液化氣的收率則明顯增加。與加注增產(chǎn)丙烯助劑之前相比，液化氣收率提高了2.6 個百分點(diǎn)，液化氣中丙烯的含量則提高了0.2 個百分點(diǎn)。

2.3 選擇適宜的反應(yīng)條件

(1)適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，有助于提高丙烯收率。裂化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)為放熱反應(yīng)[2]，因此，較高的反應(yīng)溫度可促進(jìn)汽油組分中的烯烴裂化而生成丙烯，并且抑制烯烴氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)的發(fā)生[3]。但反應(yīng)溫度過高，熱裂化反應(yīng)加劇，干氣和焦炭的收率增加，影響到產(chǎn)品的分布。

(2)適當(dāng)提高劑油比，有助于提高丙烯收率。較高的劑油比可增加催化劑活性中心的數(shù)量，從而增加油氣與催化劑接觸的幾率，繼而加強(qiáng)裂化反應(yīng)。但劑油比過高，縮合反應(yīng)加劇，裝置的生焦率增加。

(3)適當(dāng)提高水油比，有助于提高丙烯收率。提高水油比可降低反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的油氣分壓，促進(jìn)反應(yīng)向生成小分子的方向移動。另一方面，可抑制焦炭在催化劑表面的沉積，以保持催化劑活性。

(4)適宜的反應(yīng)時間，有助于提高丙烯收率。增大反應(yīng)時間，可強(qiáng)化烴類的裂化反應(yīng)，增加丙烯的產(chǎn)率。但反應(yīng)時間過長，則氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)加劇而消耗丙烯。故而需要選取適宜的反應(yīng)時間。

2.4 加強(qiáng)外來物料流量的監(jiān)控及組分的分析

該催化裂化裝置外來回?zé)捴练磻?yīng)部分和分離部分的物料流股多、組成復(fù)雜多變且進(jìn)料量不連續(xù)、不穩(wěn)定，打破了系統(tǒng)內(nèi)各項原始操作參數(shù)的平衡，對裝置的平穩(wěn)運(yùn)行及參數(shù)調(diào)整均帶來很大的難度，同時對產(chǎn)品的分布也帶來不利的影響。因此需要做到如下三點(diǎn)：

(1)加強(qiáng)外來物料的流量監(jiān)控，精準(zhǔn)控制其流量，設(shè)置預(yù)警值，做好預(yù)防措施。對控制方案及調(diào)整操作提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

(2)強(qiáng)化對外來物料組分的化驗分析，并根據(jù)其組分的變化情況對本裝置相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

(3)加強(qiáng)與上下游裝置之間的溝通，及時匯報生產(chǎn)調(diào)度，根據(jù)安排做出相應(yīng)調(diào)整，以達(dá)到操作有預(yù)判，控制方案更加合理，產(chǎn)品分布及質(zhì)量更優(yōu)的目的。

3 效果評價

通過采取優(yōu)化進(jìn)料配比、定期按量加注增產(chǎn)丙烯助劑、選擇適宜的反應(yīng)條件、加強(qiáng)外來物料的流量監(jiān)控及組分分析等優(yōu)化操作后，考察了優(yōu)化后(2020 年8 月—12 月)與上一年同期(2019 年8 月—12 月)該催化裂化裝置產(chǎn)品中丙烯的收率情況。發(fā)現(xiàn)操作優(yōu)化后效果顯著，丙烯收率明顯提高，對比情況如圖3 所示。

圖3 優(yōu)化前后丙烯收率的對比

4 結(jié)語

丙烯作為催化裂化裝置重要的高附加值產(chǎn)品之一，其收率直接關(guān)乎裝置的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，通過優(yōu)化操作后，可實(shí)現(xiàn)裝置丙烯收率的提高，從而提升裝置應(yīng)對產(chǎn)品市場變化的靈活調(diào)整能力，以保障裝置運(yùn)行效益的最大化。