黃 順 賢

（中國石油化工股份有限公司金陵分公司，南京210033）

催化裂化最大化生產(chǎn)汽油技術(shù)分析及措施

黃 順 賢

（中國石油化工股份有限公司金陵分公司，南京210033）

根據(jù)中國石化金陵分公司1號(hào)催化裂化裝置執(zhí)行多產(chǎn)汽油方案的生產(chǎn)情況，從原料、催化劑、反應(yīng)深度、產(chǎn)品拔出等方面分析了提高汽油產(chǎn)率的技術(shù)要領(lǐng)。通過采取以下措施：降低摻渣率、減壓蠟油中摻入常減壓重柴油餾分以改善原料性質(zhì)；優(yōu)化操作，挖掘生產(chǎn)潛能，提高處理量使裝置滿負(fù)荷運(yùn)行；提高汽油干點(diǎn)，減少汽油、柴油餾分的重疊，拓寬汽油餾程等，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)汽油的目的。

催化裂化 汽油 優(yōu)化

1 前 言

催化裂化作為石油的二次加工單元，承擔(dān)著摻煉渣油、重質(zhì)油輕質(zhì)化的任務(wù)。催化裂化汽油是車用汽油的主要來源，我國催化裂化汽油約占車用汽油的70%[1]。由于催化裂化工藝具有原料加工靈活、產(chǎn)品方案多樣、產(chǎn)品性質(zhì)可調(diào)等特點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)可根據(jù)產(chǎn)品市場需求狀況，通過調(diào)節(jié)原料性質(zhì)、反應(yīng)深度以及產(chǎn)品拔出率等手段，優(yōu)化操作，改變產(chǎn)品分布，達(dá)到增加目的產(chǎn)品的目的。

2009年2月，中國石化金陵分公司按照增產(chǎn)汽油的生產(chǎn)計(jì)劃，及時(shí)調(diào)整1號(hào)催化裂化裝置生產(chǎn)方案，圍繞多產(chǎn)汽油的目標(biāo)，不斷優(yōu)化操作參數(shù)，原料加工量達(dá)到4 100 t/d 以上，汽油產(chǎn)量突破2 000 t/d；汽油干點(diǎn)執(zhí)行不大于208 ℃ 的標(biāo)準(zhǔn)后，其累計(jì)平均值為206.5 ℃。裝置大處理量、滿負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行，創(chuàng)造了2006年MIP工藝[2-3]改造后裝置運(yùn)行的多項(xiàng)最好水平。本文結(jié)合1號(hào)催化裂化裝置2009年2月份生產(chǎn)情況，總結(jié)并分析多產(chǎn)汽油工況下的工藝操作要點(diǎn)，旨在為催化裂化裝置執(zhí)行多產(chǎn)汽油生產(chǎn)方案提供技術(shù)參考。

2 原料性質(zhì)及物料平衡

原料中的大分子烴類裂化為C5～C12汽油組分的反應(yīng)選擇性，是控制汽油產(chǎn)率的關(guān)鍵。一般認(rèn)為，原料中烯烴、直鏈烷烴以及帶側(cè)鏈芳烴的含量越高，其裂解性能越好。因此，原料性質(zhì)是影響汽油產(chǎn)率的關(guān)鍵因素。1號(hào)催化裂化裝置原料主要由減壓蠟油、減壓渣油、精制焦化蠟油構(gòu)成，涉及了管道、阿爾巴克拉、蘇北、馬杜里等油種，同時(shí)該裝置還承擔(dān)著重質(zhì)芳烴、C5組分以及部分輕質(zhì)污油的摻煉和改質(zhì)任務(wù)。提升管混合進(jìn)料性質(zhì)見表1。從表1可以看出，混合原料殘?zhí)康停?00 ℃餾出率在80%左右。2009年2月下旬常減壓重質(zhì)柴油的摻入，大大改善了原料性質(zhì)，為多產(chǎn)汽油提供了先決條件。

通過改善原料組成提高汽油產(chǎn)率，主要采取的措施如下：

（1）提高原料中蠟油的比例、降低摻渣率，改善提升管混合進(jìn)料的性質(zhì)。在維持反應(yīng)-再生系統(tǒng)熱平衡、物料平衡的基礎(chǔ)上，盡量降低原料中富含稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等不易裂解組分的渣油、精制焦化蠟油的摻煉比例。

（2）將常減壓蒸餾裝置重質(zhì)柴油摻入減壓蠟油或降低減壓蠟油初餾點(diǎn)。常減壓柴油十六烷值一般為50～60，富含可進(jìn)一步催化裂化為汽油餾分的組分。自2009年2月21日起，為實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)汽油，減壓蠟油中摻入了30%的常減壓重質(zhì)柴油，混合原料性質(zhì)明顯改善。與常減壓柴油相比，催化裂化柴油含有較多的多環(huán)芳烴，十六烷值一般為25～30，可裂解性能較差[4]；而且自產(chǎn)柴油回?zé)捪喈?dāng)于提高了裝置的回?zé)捖?，同時(shí)還降低了提升管總進(jìn)料量。因此，操作上不宜采用自身柴油回?zé)挿绞教岣咂彤a(chǎn)率。

表1 混合原料性質(zhì)

（3）摻煉裝置外來重質(zhì)芳烴、C5組分、管網(wǎng)壓油等輕質(zhì)油。這部分油品80%能進(jìn)入汽油餾分，對增產(chǎn)汽油的貢獻(xiàn)顯著。

在采取上述措施的基礎(chǔ)上，最大化發(fā)揮裝置的處理能力、滿負(fù)荷生產(chǎn)，提高了汽油總產(chǎn)量。2009年2月，隨著原料性質(zhì)的改善，提升管進(jìn)料量逐步加大。裝置物料平衡見表2，其中方案2處理量大于方案1，其主要區(qū)別是急冷油的注入量不同。從表2可以看出，在多產(chǎn)汽油期間，裝置處理量較大，達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)，提升管總進(jìn)料量平均在177 t/h以上；汽油產(chǎn)率在47%以上。因此，最大限度地發(fā)揮裝置加工處理潛能，是提高汽油總產(chǎn)量的關(guān)鍵。

3 反應(yīng)深度

“大反應(yīng)深度、小回?zé)捖省?，即提高單程轉(zhuǎn)化率，是催化裂化工藝提高輕質(zhì)油產(chǎn)率的一個(gè)重要原則，但并不是反應(yīng)深度越大越好。催化裂化反應(yīng)為平行順序反應(yīng)，在大反應(yīng)深度的條件下，汽油組分可進(jìn)一步裂化生成低碳分子的氣體產(chǎn)品。從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度分析，汽油產(chǎn)率存在最大值點(diǎn)。汽油產(chǎn)率最大化，即要求反應(yīng)深度控制在汽油產(chǎn)率的最大值點(diǎn)附近。多產(chǎn)汽油方案的主要工藝條件見表3。

表2 裝置物料平衡

表3 主要工藝條件

影響反應(yīng)深度的操作變量有：反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)時(shí)間、原料預(yù)熱溫度、催化劑活性等。反應(yīng)壓力控制在180～185 kPa （表壓），壓力調(diào)整主要是為了確保反應(yīng)-再生系統(tǒng)催化劑正常流化，一般不作為改善產(chǎn)品分布的調(diào)節(jié)手段。正常工況下，原料預(yù)熱溫度為200～210 ℃，當(dāng)減壓蠟油中摻入一定比例的柴油組分時(shí)，混合原料性質(zhì)較輕，為防止氣化造成進(jìn)料波動(dòng)，預(yù)熱溫度宜控制在180～190 ℃。催化裂化反應(yīng)時(shí)間一般為2～3 s，實(shí)際操作中反應(yīng)時(shí)間也不作為獨(dú)立的調(diào)節(jié)手段。因此，反應(yīng)溫度和催化劑活性是控制反應(yīng)深度的主要操作變量。

3.1 反應(yīng)溫度的控制

催化裂化反應(yīng)為吸熱的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)溫度影響裂化反應(yīng)的速率，溫度越高，反應(yīng)越快。在多產(chǎn)汽油的實(shí)際操作中，提升管第一反應(yīng)區(qū)的溫度控制在530 ℃左右，第二反應(yīng)區(qū)頂部出口溫度控制在510～515 ℃。由表3可見，方案2的提升管第一反應(yīng)區(qū)的溫度高于方案1，方案2第二反應(yīng)區(qū)頂部出口溫度低于方案1，這是因?yàn)榉桨?中提高了提升管第一反應(yīng)區(qū)頂部急冷油的注入量。方案2第一反應(yīng)區(qū)溫度高，有利于促進(jìn)原料中的大分子烴裂化生成汽油組分，注入急冷油降低第二反應(yīng)區(qū)的溫度，有效地抑制二次裂化反應(yīng)，防止汽油組分進(jìn)一步裂化生成液化氣組分。因此，通過增加急冷油的注入量，提高第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度，降低第二反應(yīng)區(qū)溫度，可以發(fā)揮MIP工藝的特點(diǎn)，達(dá)到提高反應(yīng)深度、增產(chǎn)汽油的目的。

反應(yīng)所需要的熱量主要由催化劑再生燒焦產(chǎn)生的熱量提供。當(dāng)提升管進(jìn)料量在165 t/h以上、再生床層溫度較低時(shí)，反應(yīng)部分呈現(xiàn)出的一個(gè)突出問題是反應(yīng)溫度較低，不足以滿足大反應(yīng)深度、多產(chǎn)汽油的需要。若催化劑的循環(huán)量較大（表現(xiàn)在再生滑閥開度大于40%），尤其是在系統(tǒng)藏量較低的工況下，不宜再通過增加滑閥開度來達(dá)到提高催化劑循環(huán)量從而提高反應(yīng)溫度的目的。因?yàn)榛y開度過大，易出現(xiàn)催化劑循環(huán)流化失常，造成反應(yīng)溫度大幅波動(dòng)的現(xiàn)象。因此，在提升管進(jìn)料負(fù)荷較大且原料較輕的工況下，可通過降低再生器外取熱量，提高再生劑的溫度，或者適當(dāng)提高原料摻渣率，增加生焦、燒焦量，使反應(yīng)-再生系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)新的熱平衡狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)提高反應(yīng)溫度的目的。

3.2 催化劑的性質(zhì)

催化裂化反應(yīng)遵循正碳離子反應(yīng)機(jī)理，即烴分子在催化劑酸性中心的作用下生成正碳離子，再進(jìn)一步發(fā)生β鍵斷裂，生成小的烴分子。平衡催化劑的性質(zhì)見表4。催化劑的活性是影響裂化反應(yīng)深度的重要因素，據(jù)文獻(xiàn)[5]報(bào)道，催化劑活性在64～71的范圍內(nèi)，活性每增加1個(gè)單位，汽油產(chǎn)率增加0.8%。由上述可知，混合原料本身殘?zhí)康?、反?yīng)生焦少，系統(tǒng)平衡劑再生效果好，因此定炭為0.01%，平衡催化劑的微反活性平均為59。1號(hào)催化裂化裝置平衡催化劑活性一直較低，其原因不僅是原料中的Fe,Ni,Na,Ca等重金屬含量高，對平衡劑酸性中心及結(jié)構(gòu)有影響，而且還與前置燒焦罐式快速床再生燒焦強(qiáng)度大、催化劑水熱失活有關(guān)，后者是裝置本身的特點(diǎn)決定的。為提高系統(tǒng)平衡催化劑的活性，通常采用的方法是增加新鮮劑的補(bǔ)充量。2009年2月催化劑單耗達(dá)1.39 kg/t。

表4 平衡劑的性質(zhì)

4 提高汽油產(chǎn)品拔出率

催化裂化反應(yīng)生成的混合油氣需要經(jīng)過分餾、吸收穩(wěn)定、脫臭等單元操作分離出穩(wěn)定汽油，再經(jīng)油品調(diào)合方能出廠。催化裂化裝置后續(xù)的產(chǎn)品分離單元操作影響汽油產(chǎn)品的拔出率。拓寬汽油餾程、降低汽油與柴油產(chǎn)品重疊率以及降低液化氣中C5組分含量是產(chǎn)品分離環(huán)節(jié)提高汽油收率的主要操作手段。

4.1 汽油干點(diǎn)的控制

汽油干點(diǎn)的調(diào)節(jié)主要是通過控制分餾塔頂部操作實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)車用汽油排放標(biāo)準(zhǔn)GB 17930的規(guī)定，汽油干點(diǎn)不大于205 ℃。一般催化裂化汽油干點(diǎn)也是控制在不大于205 ℃的范圍內(nèi)，但是從產(chǎn)品出廠調(diào)合環(huán)節(jié)分析，汽油干點(diǎn)常常低于該標(biāo)準(zhǔn)，說明催化裂化汽油干點(diǎn)仍有提高的余地。因此，為滿足增產(chǎn)汽油的需要，自2009年2月21日起，按照中國石化金陵分公司的要求，催化裂化汽油干點(diǎn)按不大于208 ℃的標(biāo)準(zhǔn)控制。圖1給出了2009 年2月汽油干點(diǎn)控制情況。由圖1可以看出，2009 年2月21日之前汽油干點(diǎn)控制在202～205 ℃,2009 年2月21日之后控制在206～208 ℃。提高汽油干點(diǎn)，操作上表現(xiàn)為在分餾塔頂油氣分壓不變的工況下，分餾塔頂溫度提高2～4 ℃。因此，分餾塔頂部氣相負(fù)荷增大，再加上20層塔盤以上縮徑，整個(gè)分餾塔壓降明顯增加，中上部塔盤氣液相傳質(zhì)分離效果降低，給分餾塔平穩(wěn)操作以及汽油產(chǎn)品質(zhì)量控制增加了難度。

圖1 2009年2月汽油干點(diǎn)變化趨勢

為了降低分餾塔中上部負(fù)荷，在不影響原料霧化以及待生劑汽提效果的前提下，反應(yīng)-再生系統(tǒng)的蒸汽用量降低3 t/h。頂循環(huán)量以及一中循環(huán)量過大，也容易造成分餾塔壓降過大，實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)表明，頂循環(huán)量宜控制在130～135 t/h，一中循環(huán)量宜控制在110～115 t/h。在反應(yīng)處理量及反應(yīng)深度恒定的情況下，頂循環(huán)量、一中循環(huán)量不宜作大幅調(diào)節(jié)，可通過調(diào)整二中返塔溫度或循環(huán)量，必要時(shí)也可調(diào)節(jié)油漿循環(huán)上返塔量，來控制分餾塔的熱平衡。

頂部油氣分壓影響汽油干點(diǎn)，塔頂溫度與油氣分壓同向變化，即油氣分壓增加，塔頂溫度也需相應(yīng)提高，除此之外，頂循環(huán)28層抽出溫度影響汽油干點(diǎn),28層抽出液相經(jīng)換熱后，直接進(jìn)入塔頂32層塔板，與31層上升的氣相僅發(fā)生一次氣液接觸，一旦發(fā)生霧沫夾帶，容易造成汽油干點(diǎn)不合格。因此，控制好28層抽出溫度是控制汽油干點(diǎn)的關(guān)鍵。

重質(zhì)芳烴是生產(chǎn)高辛烷值汽油的調(diào)合組分。目前1號(hào)催化裂化裝置分餾塔重芳烴摻煉量控制在0～20 t/h。摻煉重質(zhì)芳烴不僅影響裝置汽油產(chǎn)量而且對分餾塔操作、汽油干點(diǎn)的控制有一定的影響。重質(zhì)芳烴進(jìn)入分餾塔27層，其摻煉量直接影響28層抽出溫度。表5 給出了重質(zhì)芳烴摻煉量與頂循環(huán)28層抽出溫度相匹配的經(jīng)驗(yàn)操作參數(shù)。

表5 重質(zhì)芳烴摻煉量與頂循環(huán)抽出溫度的關(guān)系

4.2 穩(wěn)定汽油蒸氣壓的控制

GB 17930—1999規(guī)定車用汽油蒸氣壓不大于88 kPa（冬季標(biāo)準(zhǔn)），汽油蒸氣壓向上限靠，也是提高汽油產(chǎn)率的操作手段之一。穩(wěn)定汽油中C4組分直接影響汽油的蒸氣壓，汽油的辛烷值隨著蒸氣壓的升高而增加，一般汽油中C4組分含量為3%～6%。因此，適當(dāng)提高汽油蒸氣壓，不僅有利于提高汽油的產(chǎn)率，而且也有利于提高汽油的辛烷值。

在實(shí)際操作中，通過降低穩(wěn)定塔底的溫度，將一部分C4烴壓入塔底穩(wěn)定汽油餾分，實(shí)現(xiàn)增加汽油收率的目的。但是汽油的蒸氣壓也不宜過高，應(yīng)控制在75～82 kPa。汽油蒸氣壓過高會(huì)造成汽油嚴(yán)重帶烴，汽油調(diào)合過程中損失增加，也是不經(jīng)濟(jì)的。因此，提高汽油蒸氣壓，不應(yīng)作為增產(chǎn)汽油的主要操作手段。

4.3 提高柴油初餾點(diǎn)

提高柴油的初餾點(diǎn)，是從減少汽油、柴油餾分重疊的角度提高汽油收率的方法。柴油塔的汽提效果是影響柴油初餾點(diǎn)的關(guān)鍵，影響柴油汽提效果的因素包括塔盤結(jié)構(gòu)、汽提蒸汽量、塔內(nèi)油氣分壓、柴油的停留時(shí)間等。在柴油塔注入蒸汽，降低塔內(nèi)的油氣分壓，使得柴油中的輕組分易于沿?fù)]發(fā)線返回分餾塔，進(jìn)入塔頂汽油組分中，通常汽提蒸汽用量控制在2～4 t/h。柴油在塔內(nèi)的停留時(shí)間主要是通過塔液位來控制的。2009年2月柴油初餾點(diǎn)控制情況見圖2。從圖2可以看出，柴油初餾點(diǎn)控制不穩(wěn)、波動(dòng)較大，主要是由設(shè)備的原因造成的。目前操作上主要通過柴油泵出口節(jié)流、手動(dòng)控制柴油流量，間斷性地控制柴油 塔液面，導(dǎo)致柴油塔的液位較難長時(shí)間控制平穩(wěn)，常出現(xiàn)空塔或滿塔的極端情況，造成柴油初餾點(diǎn)控制不穩(wěn)。2009年2月柴油初餾點(diǎn)分析結(jié)果中，個(gè)別樣品高達(dá)200 ℃以上，表明操作上具有控制柴油初餾點(diǎn)在200 ℃以上的可能性。綜上所述，平穩(wěn)控制柴油塔的液位（控制在30%～50%），避免長時(shí)間出現(xiàn)空塔或滿塔現(xiàn)象，確保柴油在塔內(nèi)的汽提效果，是提高柴油初餾點(diǎn)的關(guān)鍵。

圖2 2009年2月柴油初餾點(diǎn)變化趨勢

5 結(jié) 論

（1）多產(chǎn)汽油的關(guān)鍵是通過采取降低摻渣率、減壓蠟油中摻入常減壓重柴油餾分、爭取外來輕質(zhì)油摻煉等措施改善原料性質(zhì)；降低裝置瓶頸約束、挖掘生產(chǎn)潛能；提高裝置處理量，達(dá)到滿負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）反應(yīng)操作應(yīng)按照“大反應(yīng)深度、小回?zé)捖省钡脑瓌t，提高單程轉(zhuǎn)化率，增加原料大分子烴類轉(zhuǎn)化為汽油組分的比例。反應(yīng)溫度宜控制在530～535 ℃；通過增加新鮮催化劑的補(bǔ)充量來提高系統(tǒng)平衡催化劑的活性，平衡催化劑微反活性應(yīng)不小于60。

（3）產(chǎn)品分離部分提高汽油產(chǎn)率的操作要點(diǎn)是，在滿足汽油出廠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提高催化裂化汽油干點(diǎn)以及蒸氣壓，拓寬汽油餾程，減少汽油、柴油餾分的重疊。

[1] 陳俊武.催化裂化工藝與工程[M].第2版.北京：中國石化出版社，2005:461-462

[2] 許友好，張久順，龍軍.生產(chǎn)清潔汽油組分的催化裂化工藝MIP[J].石油煉制與化工，2001,32（8）:1-5

[3] 許友好，張久順，馬建國，等.生產(chǎn)清潔汽油組分并增產(chǎn)丙烯的催化裂化工藝[J].石油煉制與化工，2004，35（9）:1-4

[4] 馬伯文. 催化裂化裝置技術(shù)問答[M].第2版.北京：中國石化出版社，2007:218-219

[5] 陳俊武.催化裂化工藝與工程[M].第2版.北京:中國石化出版社，2005:867-868

TECHNICAL ANALYSIS AND MEASURES FOR MAXIMIZING GASOLINE PRODUCTION IN FCC UNIT

Huang Shunxian
（SINOPEC Jinling Company,Nanjing 210033）

Maximizing gasoline production in No.1 FCC unit of SINOPEC Jinling Company was introduced. The technical principles to increase gasoline yield were reviewed from the view of FCC feedstock, catalyst,reaction severity and product separation. Technical measures,such as adding heavy diesel fractions in feed to reduce residue blended ratio and improve feedstock properties;optimizing operation conditions to reach full capacity production; broadening the gasoline boiling range by increase gasoline dry point and decrease the overlapping of gasoline and diesel fractions,were proposed and realized to enhance the gasoline yield.

f l uid catalytic cracking;gasoline;optimization

book=2010,ebook=27

2009-07-10；修改稿收到日期：2009-09-09。

黃順賢，助理工程師，2007年畢業(yè)于石油化工科學(xué)研究院工業(yè)催化專業(yè)并獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事催化裂化生產(chǎn)技術(shù)工作。已公開發(fā)表論文4篇，申請專利2項(xiàng)。