UOP工藝在3.5 Mt/a催化裂化裝置的應用

胡 福 磊

（中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103）

UOP工藝在3.5 Mt/a催化裂化裝置的應用

胡 福 磊

（中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103）

國內第一套設計加工能力達3.5 Mt/a的大型重油催化裂化裝置，采用美國UOP工藝技術設計。主要引進設備包括優混噴嘴，VSS密閉旋分系統，高效汽提擋板等。運用開工汽油和分餾塔充瓦斯技術，減少催化劑跑損和富氣不放火炬。運行情況顯示：原料油霧化效果好、催化劑和油氣分離效率高，采用國產 LDO-75催化劑及ZSM-5助劑，裝置有很好的重油轉化和抗重金屬能力，汽油收率32.25%，柴油收率32.26%，轉化率44.18%，總液收82.01%。

UOP；催化裂化；優混噴嘴；VSS；高效汽提擋板；LDO-75催化劑

某新建350萬t/a重油催化裂化裝置為國內首套整體引進美國UOP工藝裝置，主要加工蘇丹重質、低硫原料油。催化劑為蘭州石化公司催化劑廠生產的 LDO-75催化劑。反應-再生系統采用高低并列式，反應進料噴嘴采用UOP優混噴嘴，平推流垂直提升管反應器末端配置VSS渦流分離器。沉降器采用AFTM環形檔板設計的汽提段。兩段再生器重疊布置，第一段再生為貧氧再生，第二段再生為完全再生，再生部分采用全重力流密相催化劑取熱技術。裝置運行平穩，設備先進可靠。

1 裝置技術特點

1.1 優混噴嘴

噴嘴的性能直接影響進料霧化效果，霧化效果好壞關系到干氣和焦炭產率的高低。原料油霧化充分，減少干氣和焦炭產率，提高輕質油收率。同時噴嘴線速大小對催化劑磨損程度，油漿固體含量也密切相關[1]。該裝置采用 UOP公司開發的第三代Optimix優混噴嘴[2]，兩路蒸汽注入 Optimix優混噴嘴。增壓霧化蒸汽注入到噴嘴的進油側，增加油路通過噴嘴的壓力強化原料霧化效果。主霧化蒸汽通過優混噴嘴上的專用噴嘴注入，在優混噴嘴頂部與原料油混合進入提升管。Optimix優混噴嘴設計為最佳的劑油接觸，原料油進入噴嘴內管經過管口銳孔高速噴出形成錐形油霧形成成小液滴。主霧化蒸汽從內管和噴嘴的環隙進入，經過圓孔型分布板重新分布與錐形油霧剪切混合增強霧化效果。最終油汽混合物經過12個小孔從噴嘴頂部噴出。最終形成粒度分布均勻的霧狀油滴與催化劑充分接觸，減輕熱裂化反應程度，有效降低干氣和焦炭產率?，F場噴嘴安裝分上下兩層安裝，各層七個，與提升管分別成60°和45°，霧化后噴射到同一水平面，利于油霧和催化劑接觸，減輕返混。每個噴嘴組均設計有原料流量計、帶手操器的控制閥，霧化蒸汽流量控制閥，以便調節最佳的霧化效果（圖1）。

圖1 Optimix噴嘴結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of the optimix nozzle

1.2 VSS快分

VSS快分是提升管終端分離設備，反應油氣與催化劑從提升管頂部經快分出口（離心臂）進入渦流室，在渦流室內側呈螺旋旋轉運動，在不同的離心力作用下催化劑快速落入密相床層，95%減少的催化劑在此分離進入高效汽提段[3]。有效縮短了催化劑與油氣的接觸時間，減少二次裂化反應。其余催化劑在汽提蒸汽的推動下迅速反向經渦流室頂部升氣管隨油氣經VSS升氣管直接進入十組單級PLY旋風分離器；這樣油氣的停留空間從整個沉降器縮小到渦流室及升氣管內，有效提高了油氣速率，把油氣在沉降器內停留時間縮短到了2～3 s。大大減少了油氣與攜帶催化劑的接觸時間，進一步減少了二次反應的發生（圖2）。

圖2 VSS示意圖Fig.2 Schematic diagram of VSS

1.3 高效汽提段[4]

油氣經旋風分離器與催化劑分離后進入集氣室，通過油氣大管線進入分餾塔。 回收的催化劑經旋風分離器料腿、重錘閥進入沉降器底部，再經渦流室下部窗口進入高效汽提段，與汽提蒸汽逆流接觸，再經待生斜管進入一再生器。新型高效汽提擋板能夠改進催化劑的停留時間分布，減少催化劑的死區和高滑動區，使待生劑以恰當的速度通過每層擋板。蒸汽噴嘴擋板邊緣沿軸向均勻分布，擋板裙板下緣為齒形結構，汽提蒸汽分上、中、下三路進入擋板下緣，形成分段汽提，對待生劑進行充分汽提，總的汽提效果接近100%。能夠有效降低生焦，提高產品收率，高的汽提效率減少了汽提蒸汽用量（圖3）。

圖3 高效汽提段示意圖Fig.3 Schematic diagram of VSS

2 開工方法

2.1 轉劑過程

提升管出口采用一般快分時，沉降器稀相段有足夠大的沉降空間，開工過程催化劑不容易從沉降器跑劑[5]。不過 VSS快分是反應油氣與催化劑從提升管頂部經快分出口（離心臂）進入渦流室，大大減小了催化劑沉降空間。開工轉劑操作苛刻度大大提高，在向沉降器轉劑過程采用旋分線速低于 4.5 m/s，料位控制在30%。旋分器入口線速直接影響旋分效率，該裝置旋分器入口線速在低于4.5 m/s或者12 m/s以上時，效率較高。采用低線速轉劑主要為了減少催化劑磨損，避免在轉劑初期沒有必要采用高的旋分器入口線速。在較低線速下，提升管出口的催化劑直接落入汽提段內。低線速轉劑升溫過程要保證足夠提升線速，對催化劑有足夠的提升力。

2.2 開工汽油的使用

通常催化裂化裝置開工轉劑時需要大量低壓過熱蒸汽作為預提升介質，以保證催化劑循環。在使用過程中會出現以下問題[6]：較小的再生滑閥開度，導致催化劑流化不正常，造成催化劑大量跑損；噴油前高溫催化劑接觸大量蒸汽導致水熱失活；分餾部分中段回流大量帶水，容易引起循環回流泵抽空。開工汽油的引入，需要增大再生滑閥開度，這樣使得再生滑閥開度保持一個良好的調節范圍，使催化劑循環反應溫度平穩；迅速氣化和部分裂化的汽油可以提高VSS和旋風分離器的入口線速，提高分離效果，降低蒸汽使用量，保證氣壓機組平穩運行。減少催化劑水熱失活；平穩地對提升管和沉降器進行升溫，防止出現溫度波動。

開工汽油在干氣預提升管線引入，在提升管底部溫度大于汽油終餾點溫度即可噴入，但是問了保險起見，等到溫度到了 315 ℃可以噴入。用量在0～40 t/h，隨著汽油用量增加，逐漸減少提升管預提升蒸汽用量。

3 運行狀況

3.1 原料油

本裝置處理原料為蘇丹 1/2/4區混合原油，減壓蠟油與常壓渣油比例30∶70。原料油性質列于表1。由表1可知原料油性質較差，密度大、殘炭及重金屬含量高。這就需要催化劑具有很好的重油轉化以及抗重金屬污染能力，同時對操作條件也提出了更高的要求。

表 1 原料油性質Table 1 Properties of feed

表 2 平衡劑性質Table 2 Properties of catalyst

3.3 運行結果

結合裝置設計和催化劑性能需要根據原料油性質優化操作條件提高產品收率和質量。操作條件和產品分布情況分別列于表3、4中。

用合理的催化劑輸送系統和催化劑從再生器的引出機構，保證大的催化劑循環量，劑油比達8.12，這樣才有有效保證 516 ℃的反應溫度高的反應溫度，增加反應能力。同樣較低的二再密相溫度，也是為了提高催化劑的循環量，保持較高的反應性能。從霧化蒸汽用量可以看出，在保持較好霧化效果的同時霧化蒸汽用量僅有1.5%。汽提蒸汽用量下、中、上也僅分別為1.2，1.2，5.2 t/h。

LDO-75催化劑為超穩Y型分子篩型，該催化劑采用新型高活性穩定性分子篩改性技術、多孔活性基質材料、重金屬捕集技術和ZSM-5改性技術。由表2可知，平衡劑重金屬含量達5 468 μg·g-1，結合表4產品分布數據可知，催化劑具有優異的抗重金屬污染能力。汽油產率32,5%，柴油收率32.76%和轉化率，催化劑具有較強的重油轉化能力。原料殘炭值7.98%，也使得生焦率高達9.51%。

表 3 操作參數Table 3 Operating parameters

表 4 產品分布Table 4 Distribution of products

ZSM-5助劑不但能夠將汽油沸程內的低辛烷值組分轉化為高辛烷值組分，還能提高丙烯產率[7,8]。通過對液化氣進行分析可知，液化氣中丙烯體積分數達到39.21%，說明ZSM-5具有較好的丙烯選擇性。

總之，產品分布良好，主要在于Optimix噴嘴的應用，進料霧化粒徑小而均勻，與催化劑充分，催化劑的優良性能得以很好的發揮。VSS快分大大縮小了分離空間，縮短了反應油氣的停留時間，有效地抑制了二次反應。分段汽提較少了可汽提碳的生產。

4 結束語

UOP工藝及關鍵設備使用，進料霧化粒徑小而均勻，與催化劑充分，VSS快分有效地抑制了二次反應。裝置有很好的重油轉化和抗重金屬能力，雖然原料殘炭高達 7.95%，產品分布良好，輕質油收率和總液收理想。汽油收率 32.25%，柴油收率32.26%，轉化率44.38%，總液收82.01%。

［1］ 蔣協治.重油催化裂化進料霧化噴嘴研究[J].煉油技術與工程, 2006,36(11):12-16.

［2］ 丁松陽. 催化裂化進料霧化噴嘴的實驗研究[D].東營：中國石油大學（華東），2006．

［3］ 趙海軍,趙峰，王玉林.UOP催化裂化反應技術的應用[J].石油與天然氣化工, 2006,36(3):212-216.

［4］ UOP. FCC Stripping apparatus：US,US4927606(A)[P].1990-05-22.

［5］ 郭毅葳, 王玉林, 張劍波.采用UOP催化裂化技術加工大港常壓重油[J].石油煉制與化工, 2002, 33(12): 9-13.

［6］ 張磊, 田文君, 熊新軍, 等. 開工汽油在廣西石化3.5 Mt/a催化裂化的應用[J].化工技術與開發, 2011,40(10):212-216.

［7］ 張亮, 鄒旭彪， 秦松，等. LDO-75重油催化裂化催化劑的工業應用[J].2011,42(10):35-38.

［8］ 鐘友慎. ZSM-5在流化催化裂化裝置中的應用[J].石油煉制, 1989(6):26-29.

Application of UOP Technology in 3.5 Mt/a FCC Unit

HU Fu-lei
（Sinochem Quanzhou Petrochemical Co., Ltd., Fujian Quanzhou 362103，China）

The RFCCU of Guangxi petrochemical company is the largest-scale RFCCU with processing capacity 3.5 Mt/a in China. It adopts American UOP technology, main imported equipments include Optimix feed mixing nozzles,VSS riser termination device and high efficiency stripper. To use startup nathpha and charging gas into the fractionator technology reduces loss of catalyst and rich gas. The operation results show that spraying effect of the feedstock is well, separation efficiency of catalyst and hydrocarbon is high. After using domestic LDO-75 catalyst and ZSM-5 promoter, capabilities of heavy oil conversion and resistant to heavy metal contamination can be improved. Yields of gasoline and diesel are 32.25% and 32.26%, respectively. Conversion and total liquid yield are 44.18% and 82.01%, respectively.

UOP；Catalytic cracking; Optimix nozzle; VSS; High efficiency stripper; LDO-75catalyst

TE 624.4+1

A

1671-0460（2012）06-0601-04

2012-01-17

胡福磊（1964-），男，山東菏澤人，工程師，1985年畢業于廣東石油學校石油煉制專業，研究方向：從事石油煉制生產技術與管理工作。E-mail：zhqzshlw@163.com,電話：0595-27572977。