催化裂化裝置優化研究

【摘 要】催化裂化裝置由于近年來生產工藝的進步，及原油被提煉的多樣性，要求我們在生產過程中，總結經驗，探索規律，優化裝置結構。本文利用數值模擬軟件，進行運算，力求研究出優化的設計方案，服務生產，提高效率。

【關鍵詞】催化裂化；優化；數值計算

催化裂化（FCCU）是煉油廠中重要的二次加工過程。催化裂化主要由三部分組成，即反應一再生系統、分餾系統和吸收穩定系統，其主要作用是在加熱和催化劑的共同作用下，將常壓渣油、蠟油、脫瀝青渣油等重質餾分油轉換成高質量的干氣、液化氣、汽油和柴油。

本文以撫順石化某催化裂化裝置分餾和吸收穩定系統為研究背景，采用Aspen plus流程模擬軟件對分餾和吸收穩定系統進行了建模，通過與實際工業數據的對比驗證了模擬結果的可靠性，所建模型對于指導工業生產具有重要意義。

1.催化裂化簡介

上個世紀30年代，出現了工業化的催化裂化工藝，當時是以固定床加工重瓦斯油的方式；流化催化裂化工業裝置是從上世紀中期建造完成并投入生產的；到了20世紀后半期，Kellogg公司的正流C型裝置可以加工常壓重油，這使重油催化裂化開始步入工業化。我國第一套流化催化裂化裝置于1965年建造成功并投入生產使用。世界對輕質油的需求量在不斷提高，催化裂化工藝成為煉油行業最重要的技術手段之一。而我國的原油多為重質的石蠟基原油，因此，非常重視重油催化裂化工藝的創新與提高。

催化裂化工藝裝置的作用在于通過催化劑，并在高溫的條件下，將常壓重油轉化提煉成質量高的汽油、柴油、液化氣等等。其分為反應再生系統、分餾系統和吸收穩定系統。通過使用新的催化劑和創新工藝，撫順石化公司對裝置中的反應再生系統進行了創新提升，一方面使得加工量與產率提升了，另一方面獲得了更高的經濟效益。但如何保證產能與質量、如何節能方面的問題也隨之出現。

催化裂化的研究可以追溯到19世紀90年代，當時煉油界先驅者McAfee在實驗中發現采用三氯化鋁作催化劑可以促進裂化反應，從而提高汽油產率。Gulf 石油公司據此于1915年建立了第一套工業化裝置[1]。

美國的Vacuum石油公司利用固體酸性催化劑的Houdry催化裂化工藝這一煉油技術，于1931年建成3500t/a的中型裝置，取得了工業化數據。1936年第一套100kt/a 的固定床催化裂化工業裝置開始投產。為克服固定床催化裂化裝置結構復雜、操作繁瑣、控制困難的缺點，實現催化劑在反應和再生操作之間的循環，1948年HPC公司開發了Houdriflow移動床催化裂化過程，標志著移動床催化裂化工藝的出現。兩年后第一套350kt/a工業化裝置投入生產作業，其主要特點是反應器放在再生器項部。

可是移動床工藝也存在一個問題，那就是催化劑的顆粒體積大，從而為催化傳質帶來阻力，而流化催化裂化技術正是克服了這一問題，從螺旋送粉劑入手研究，取代了原有的技術，成為了后來各種流化床產生的先決條件[2]。

催化裂化裝置由反應再生系統，分餾系統，吸收穩定系統，構成。吸收穩定系統的作用是加工分餾塔頂油氣分離器中的粗汽油和富氣以及其他裝置的輕烴組分，目的是分離出干氣，并得到穩定汽油和液化氣產品。吸收穩定系統包括氣壓機、吸收塔、解吸塔、再吸收塔和穩定塔。也有的裝置是把吸收塔和解吸塔兩塔合一，由于效率不高，操作控制難度大，已經逐步被雙塔流程所取代。隨著環保要求嚴格，脫硫系統一般也作為催化裂化裝置的一部分共同設計，也有進行裝置之間聯合設立共同的脫硫處理系統，催化裂化裝置脫硫系統的作用是脫除液化氣和干氣中的含硫組分，產出合格產品。

2.建模及模擬運算

根據催化裂化裝置主分餾塔所得富氣、粗氣油、柴油、回煉油和油漿5個產品的流量和組成，混合后即可獲得主分餾塔的進料組成及流量。分餾塔的結構參數根據實際生產情況來定。

完成上述工作后，采用Aspen Plus流程模擬軟件建立了分餾塔的模型，熱力學計算方法選擇BK10，迭代方法選擇系統自帶的Wegstein法。

3.模擬結果分析與優化

分餾塔的任務是把反應產物切割成富氣、粗汽油、柴油、回煉油和油漿，此外還要盡可能的取走分餾塔高品位的熱量，減少有效能的損失。本文根據所建立的ASPEN模型計算結果，首先分析了分餾塔各段取熱負荷。

由上述數據圖表可以看出目前分餾塔油漿取熱量在47.53%，取熱比例較好，但頂循取熱量達28.44%，這說明分餾塔低品位熱源取熱量偏大，中段循環取熱比例相對較低。另外從產品結構上講，頂循取熱比例的偏大意味著中段循環帶來的內回流量下降，柴油產率的下降和汽油收率的提高，這也與實際的產品方案是互相匹配的，在實際操作過程中，可以根據取熱比例和產品方案確定一個最佳操作點。

通常分餾塔的產品方案受市場影響明顯，有的時候希望多產柴油，有的時候希望多產汽油，而產品方案的不同往往通過控制器有干點來實現。汽油的干點主要通過頂循環抽出量和頂循環的返塔溫度來實現。本文研究了頂循環抽出量和頂循環的返塔溫度對汽油干點的影響規律。

上述模擬分析結果表明，頂循環流量越大、返塔溫度越低，頂循環取熱量越大，汽油的干點就越低。分餾塔柴油95%點的控制是通過調整一中循環量或一中返塔溫度來實現，本文研究了一中對柴油95%點影響規律。

本文建立了分餾系統的ASPEN模型，詳細分析了分餾塔的操作狀況、熱負荷狀況，研究了操作條件變化對粗汽油和柴油質量的影響規律，通過模擬分析進一步深化了對分餾過程理論的理解，提出了分餾操作改進方案，并進行了模擬論證，為今后進一步優化生產創造了條件。 [科]

【參考文獻】

[1]陳俊武等.催化裂化工藝與工程（第二版），北京：中國石化出版社，2005.

[2]陸慶云.流化催化裂化（第二版），北京：烴加工出版社，1989：29-288.