UOP工艺技术在3_5Mt_a重油催化裂化装置的工业应用.docx
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1、UOP工 艺 技 术 在3 5 Mt / a重油催化裂化装置 的 工 业 应 用田文君( 中国石油广西石化分公司,广西壮族自治区钦州市 535008)摘要: 中国石油广西石化分公司 3 5 Mt / a 重油催化裂化装置为国内近来唯一一套整体引进 UOP 工 艺 技 术 的装置,采用代表世界先进技术水平的两段再生器、VSSSM 快 分、高 效 AFTM 环 形 档 板 汽 提、全密相流外取热器等先 进技术。通过一年的正常生 产 和 标 定,在 原 料 比 重 为 0 93、残 炭 为 7 41% 、重 金 属 Ni,V 质量分数分别为 15 30 g / g和 2 80 g / g 的情况下,
2、干气质量收率为 3 07% 、液化气质量收率为 17 17% 、汽油质量收率为 39 42% 、柴油 质量收率为 22 95% 、油浆质量收率为 7 17% 、焦炭收率为 9 91% ,催化剂单耗为 1 41 kg / t,单位能耗为 2 372 66 MJ / t,表现出优良的重油转换能力和产品选择性能,在产品分布和能耗方面达到国内先进水平。关键词: UOP 工艺 催化裂化 应用从 20 世纪 80 年代开始,世界原油性质发生了重大变化,原油性质趋于高硫、高重金属和重质 化1。催化裂化装置作为重要的重油转化装置, 原料随着原油性质变化而变 化2。据 UOP 公 司 和 Kellogg 公司介
3、 绍,Ashland 催 化裂化装置加工 的常压渣油,残 炭 为 6% 8% ,重金属质量分数 ( Ni + V) 为 30 40 g / g,UOP K 值为 11 7 11 8; 美国德克萨斯州 Corpus Christi 市的 Valero 炼油厂催化原料残炭为 7 1%3,国内新建大型催化裂化 装置,催化原料残炭控制小于 7%4。近年来,随 着中国石油海外项目的快速推进,份额油量大幅增 加5,中国石油为应对国际石油形势6-8,在广西壮族自治区钦州市兴建了 10 Mt / a 大型炼油厂。中国石油广西石化分公司 ( 广 西 石 化) 3 5Mt / a重油催化裂化装置,全部采用 UOP
4、 工艺技术 ( Process Design Package,简称 PDP) ,由台湾中鼎工程公 司 完 成 FEED ( Front-end Engineering Design)设计,中国石化集团洛阳石油化 工 工 程 公 司 ( LPEC) 完成详细设计。为全厂最主要的重油二次加工装置,设计原料掺渣比 ( 减 压 渣 油 / 总 进 料 100% ) 为 79 0% ,残 炭 为 7 95% ,UOP K 值 为12 43,自产 3 5 MPa 中压蒸汽 460 t / h,为全厂最重 要的物料平衡、能量平衡装置。设计理念和先进技术。主要有以下技术特点:( 1) 采用 结 构 紧 凑、易
5、于操作和维护的高低 并列式两器型式再生器内的催化剂全部为重力流,再 生 器 流 化简单,床层分布均匀,有利于烧焦。采用两段再生,一再贫氧、二再富氧,再生效果好,能够保证再 生催化剂碳质量分数小于 0 05% 。二 段 烟 气 在 一段混合,二段主风利用率高,烟气流程简单。两 器系统采用并列型式,即重叠布置的两个再生器与包含 VSSSM 快速分离器的反应沉降器并列布 置,形成高低并列的两器结构。( 2) 采用 UOP 专利技术的全密相流外取热器 为有效控 制 再 生 温 度,设置两台外取热器。该外取热器采用取热量可灵活调节的全重力流密 相催化剂取热技术。外取热器流化风由装置内设 置的直抽大气流化
6、风机提供,外取热器汽水系统 采 用 强 制 循 环,以保证取热器管束内汽水分配 均匀。( 3) 采 用 VSSSM 快 速 分 离 技 术 和 AFTM 环 形档板设计的汽提段提升管末端和汽提段内置于分离系统( VSS)内,整个提升管出口快速分离结构和汽提段用筒收稿日期: 2011 11 02。作者简介: 田文君,高级工程师,1985 年毕业于华东石油学院 石油炼制系。E-mail: sxzhang1314 163 com。 17 技术简介装置的设计充分吸取和借鉴了国内外先进的1式容器和挡板与沉降器上部内腔分隔开,容器顶部设置的油气出口直接与沉降器单级旋风分离器 入口联通,油气停留时间大幅下降
7、9。采用先进 的涡流分离技术和带有 AFTM 环 形 汽 提 档 板 技 术,能有效实现反应器末段催化剂-油气的快速分 离,提高反应产物的选择性,减少油气在沉降器 内的停留时 间,降低焦炭和干 气 产 率,提 高 轻 烃 收率。( 4) 采用预提升技术以干气和蒸汽作为提升介质,使催化 剂 在 与 油滴接触前,以平推流形式向上运动,为催化剂和 油滴均匀接触创造条件。提升介质大部分为自产 干气,以减轻催化剂水热失活、降低蒸汽消耗。( 5) 采用 UOP 专利技术的 OptimixTM 进料雾 化喷嘴该喷嘴特点是蒸汽耗量低,雾化效果好,有利 于改善产品分布并防止结焦。( 6) 采用全平推流垂直提升管
8、反应器 全平推流提升管反应器使反应过程中催化剂和油气流动状态均匀,保证反应过程的稳定性,有 利于装置的正常操作。( 7) 采用先进完善的 SIS ( Safety instrumented systems) 系统该系统依据 ANSI / ISA-84 00 012004 标准表 1Table 1原料油性质Properties of feed3产品性质广西石化分公司为全加氢型炼厂,汽 油 至 汽油加氢装置,柴油至柴油加氢装置,液化石油气经气体分馏装置处理后至聚丙烯装置,对丙烯质量 要求严格,汽油、柴油质量控制范围较大。催化裂化装置的主要产品性质见表 2。表 2 催化裂化汽油性质Table 2 P
9、roperties of FCC gasoline设计,经 过 SIL 认 证,平均失效概率为 10 110 210-11,主要由五大部分组 成: 进 料 选 择 部 分、辅助燃烧室自动点火逻辑部分、切断进料自保部 分、切断主风自保部分以及恢复按钮部分。2原料性质催化裂化装置设计为苏丹 1 /2 /4 区块低硫石 蜡基原料油,实际生产中加工帕兰卡、卢比、达尔、 维亚兹、派瑞尼斯、尼罗、拉帮等 20 多种原油,导 致催化裂化原料油的性质较设计性质发生了较大 改变,催化裂化装置原料油性质见表 1。从表 1 可以看出: 催化裂化原料油 密 度 较 设 计值大幅增大,由 902 提 高 至 930 k
10、g / m3 ,UOP K 值下降至 11 9,由 此 可 见,原料油性质由设计的 石蜡基变为中间-环烷基原料油,不利于催化裂化 装置加工。重金属含量变化幅度较大,Ni 和 V 质 量分数较设计值分别增加 2 1 和 2 3 g / g,Ni 和 V 总量增加近5 g / g。w( 氮) / ( gg)29 1由表 2 可以得出: 催化裂化汽油密 度 较 设 计值略有增加,主要原因为汽油产品的附加值较柴 油高,催化裂化装置控制汽油的干点为 176 ,较设计值高出 14 。汽油辛烷值( RON) 和设计值相同,烯烃体积分数较高为 40 9% ,溴价为 79 75 18 项 目 设计值 标定值密度
11、 / ( kgm 3 )706714馏程 / 初馏点 /5%46 /37 /5510% /30%53 /7167 /8650% /70%89 /113113 /14690% / 终馏点 142 /162158 /176w( 硫) / ( gg 1 )75 2 1溴价 /gBr( 100 g) 179 75 胶质 /mg( 100 mL) 1 1 辛烷值( RON)92 4 92 4 酸度 /mgKOH( 100 mL) 1 0 13 蒸汽压 / kPa 55 族组成( w,% )烯烃 40 9芳香烃 15 0项 目 设计值 标定值密度( 20 ) / ( kgm 3 ) 902 930w( 残
12、炭) ,% 7 95 7 41UOP K 值 12 45 11 9 w( 硫) ,% 0 09 0 23 w( 氮) ,% 0 18 0 23 运动黏度( 100 ) / ( mm2 s 1 ) 43 6 w( 重金属) / ( gg 1 )Fe 10 306 90Ni 13 2015 30V 0 502 80Ni + V 13 7018 10馏程 / 初馏点 326 3310%404 0030%469 3350%531 33gBr / ( 100 g) ,表现出典型的催化裂化汽油性质。接关系。N2 体积分数较高主要原因为 大 剂 油 比会带入大量的烟气,同 时,沉降器仪表反吹使用 N2 ,也
13、增大了干气中的 N2 含量。表 5 产品油浆性质Table 5 Properties of slurry表 3Table 3催化裂化柴油性质Properties of FCC diesel项 目设计值标定值密度( 20 ) / ( kgm 3 )馏程 / 初馏点 /10%50% /90%95% / 终馏点 凝固点闪点溴价 /gBr( 100 g) 1 折光( 20 )十六烷值855 4907 3156 /173203 /312/350134 5 /229 1267 9 /346361 / 30620 1916 4532 3由表 3 可以得出: 催化裂化装置混 合 柴 油 密度较设计值略有增加,
14、主要原因为控制柴油 95%点不大于 363 ,明显高于设计值,柴油的凝固点 小于 30 ,说明催化柴油中环烷烃和芳烃组分较高,十六烷值较低也说明这点。表 4 液化石油气组成表 6 干气组成Table 6 Properties of dry gas,%Table 4 Properties of FCC LPG,%21 330 1249 9647 33nC4iC44iCO6 174 6633C2213 6610 660 070 440 024343由表 4 可以得出: 液化气中丙烯体积分数高达 47 33 % ,主要原因为生产中加入增产丙烯助 剂和 控制较高的反 应温度和大剂油 比,强 化催化裂
15、化反应过程和对汽油 组分进行选择性 裂化。催化产品油浆和干气性质是装置的主要控制 指标,催化产品油浆和干气性质如表 5,6 所示。由表 5 可以得出: 催化裂化装置的 产 品 油 浆20 的密度为 1 033 kg / m3 ,油浆密度大于1 000 kg / m3 ,表明 催 化 裂化已经具有较高的转换率。 油浆固含量为 5 03 g / L,说明反再 VSS 系统工作正常。作为重油催化裂化装置,必须控制产品油 浆中含有一定量的柴油组分作为溶剂,这样可以保证在温度很高的分馏塔底和温度较低的产品油 浆冷却系统中不会结焦,油浆的初馏点为 246 , 正好说明这一点。由表 6 可 以 得 出: 干
16、 气 中 H2 体 积 分 数 为4催化剂主要性质由表 7 可以得出: 催化裂化装置平 衡 剂 微 反活性较低,正常生产中控制较低的微反活性主要为了 降 低 生 焦 率,金 属 含 量 中 Ni 质 量 分 数 为9 529 g / g,V 质量分数为 31 97 g / g,这也和催 化裂化原料油性质一致,较高的 Ni 含量导致催化干气中 H2 含量较高,此外平衡剂中的 Sb 质量分 数也较高,为2 772 g / g,平衡剂较高的挂锑率钝 化了部分重金属 Ni 的 污 染,有 效 阻 止 了 Ni 的 脱 氢活性,所以在加工较高 Ni 质量分数的原料油的情况下能控制干气 H2 / CH4
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