總流程協同優化下的催化裂化裝置高效運行實踐

施俊林，侯玉寶

(中國石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

中國石油化工股份有限公司(中石化)洛陽分公司(以下簡稱洛陽分公司)，設計煉油加工能力8.0 Mt/a，生產系統包括煉油、化工兩個板塊。其中煉油板塊有8.0 Mt/a常減壓蒸餾、兩套1.4 Mt/a重油催化裂化(FCC)、2.2 Mt/a蠟油加氫處理、1.4 Mt/a延遲焦化、0.8 Mt/a溶劑脫瀝青、2.6 Mt/a柴油加氫精制、1.0 Mt/a催化裂化柴油加氫精制、0.8 Mt/a噴氣燃料加氫精制、1.5 Mt/a汽油吸附脫硫(S Zorb)、0.65 Mt/a氣體分餾等生產裝置及配套公用工程和環保設施。在煉油板塊運行中還存在一些問題，如常減壓蒸餾裝置分離效果差，導致FCC進料中小于350 ℃餾分含量高；優質渣油利用率低；FCC裝置運行經濟性差。為此，提出總流程協同優化實現FCC裝置的高效運行。

1 煉油總流程分析

1.1 煉油流程的特點

洛陽分公司主要煉油裝置結構見表1。

表1 主要煉油裝置結構

由表1可知：該公司常減壓蒸餾裝置設計能力為8.0 Mt/a，而實際加工量6.0 Mt/a，負荷率僅75%；FCC裝置能力達到一次加工負荷的46.7%，與中石化平均25.1%相比，具備充足的重油裂化能力；蠟油加氫能力為一次加工負荷的36.7%，溶劑脫瀝青能力為一次加工負荷的13.3%，與中石化同類裝置相比，具備為催化裂化裝置提供充足原料的基礎；兩套柴油加氫裝置合計能力占一次加工負荷的60.0%，S Zorb裝置能力占FCC能力的53.5%，與中石化同類裝置相比，具備較強的油品后處理能力。因此，在有限的原油資源條件下，最大化提高FCC裝置的利用率和原料轉化率，多消化劣質重油、降低柴汽比，對該公司煉油板塊提質增效具有重要意義[1-2]。

1.2 加工原油特點

洛陽分公司2017年進廠原油的組成及性質見表2。從表2可知：該公司原油進廠途徑可分為三類，第一類是日照港管輸原油，以西非ESPO、杰諾、盧拉、凱薩杰、罕戈等低硫中間基-石蠟基類原油為主，占總量的57.0%，其蠟油和渣油是優質的FCC原料，中原原油就近混入管輸，占12.4%，其渣油金屬含量和硫含量均較高；第二類是黃島港陸運原油，以中東伊朗重油、沙特重油、沙特中質油等高硫油原油為主，占總量的30.0%；第三類是西部輕油，中國石油長慶原油及中原的內蒙原油，均是石蠟基原油，占總量的13.0%。

表2 2017年進廠原油組成

原油種類繁多，西部輕油、日照管輸原油(中原原油除外)的減壓渣油硫含量低、性質好，是理想的FCC摻渣原料；黃島陸運原油的高硫渣油可作為溶劑脫瀝青和焦化裝置原料[3]。

1.3 生產運行存在的主要問題

(1)常減壓蒸餾裝置分離效果差，導致FCC進料中小于350 ℃餾分含量高。常壓塔因實際工況嚴重偏離設計工況，不能實現柴油與蠟油的清晰分割，減一線餾分油中小于350 ℃餾分含量一度高達90%，減二線蠟油中小于350 ℃餾分含量達40%，作蠟油加氫裝置原料，造成蠟油加氫裝置超負荷運行，且其分餾塔因故沒有投運，導致FCC進料中小于350 ℃餾分含量達到28%，按同類裝置原料中小于350 ℃餾分含量平均值10%計算，相當于少生產500 kt/a直餾柴油，浪費了優質的車用柴油資源，且占據了等量的FCC裝置能力。

(2)優質渣油利用率低，原油加工未實施分儲分煉。FCC裝置缺少摻渣資源，摻渣率不到10%；而焦化裝置滿負荷運行，脫瀝青裝置每月還需大量出廠25 kt普通瀝青。

(3)FCC裝置運行經濟性差。FCC裝置因原料偏輕，表現在裝置密相床層溫度低，外取熱器基本停運。一方面穩定汽油辛烷值僅89左右，每月需要外購10 kt甲苯來調合，成本增加；另一方面大量直餾柴油進入FCC裝置，普通柴油比例一度超過40%，造成柴油十六烷值低，出廠受阻又限制了一次加工負荷。

(4)氫氣資源嚴重不足。因直餾石腦油產量少，催化重整裝置負荷率僅84%，一方面高辛烷值重整汽油產量少，另一方面產氫不足，需要外購氫氣2.5～2.8 t/h，對外依存度達40%。

2 煉油總流程協同優化提高FCC裝置的效率

2.1 焦化裝置、蠟油加氫裝置分餾塔協同操作，降低FCC進料中小于350 ℃餾分含量

針對蠟油加氫裝置超負荷的問題，將減一線餾分油由原先去蠟油加氫裝置改進焦化裝置作為吸收穩定再吸收油，將富吸收油返回焦化分餾塔，實現減一線中柴油與蠟油組分的精確分離。柴油組分生產車用柴油，蠟油組分再返到蠟油加氫裝置，減輕了蠟油加氫裝置的負荷。同時投用蠟油加氫分餾塔，進一步拔出蠟油中柴油餾分。兩項協同工藝優化實施后，一方面精制蠟油中小于350 ℃餾分含量降低，降低了催化裂化裝置進料中直餾柴油餾分；另一方面蠟油加氫反應負荷相應減小，減壓渣油去溶劑脫瀝青裝置加工量增加，多產脫瀝青油，繼而為多產FCC原料創造了條件。

2.2 實施原油分儲分煉，提高FCC摻煉渣油的質量

根據原油硫含量區別，實現含硫與低硫原油分儲分煉，將優質管輸油為主的輕質原油進行單獨加工，優質減壓渣油作為催化裂化原料；其他高硫重質原油混合加工，劣質減壓渣油作為溶劑脫瀝青裝置及焦化裝置原料。優化了渣油的利用，脫瀝青裝置負荷提高。

2.3 FCC裝置投運外取熱器及優化催化劑性能

(1)FCC裝置投運兩套外取熱器，一方面增產3.5 MPa中壓蒸汽量25 t/h，另外FCC摻渣率由不到10%提高到18%。反應條件優化后，穩定汽油辛烷值提高了3個單位，平均達到93.4，停止了外采甲苯、MTBE等高價汽油調合組分，解決了汽油調合難題。

(2)優化催化劑性能，通過調整擇形分子篩含量，調控稀土比例，視原料變化動態調整平衡劑活性到66%～70%，油漿和焦炭產率得到控制，液化氣產率提高至20%，丙烯產量也相應提高。

2.4 FCC裝置與相關裝置的協同優化

通過外購直餾石腦油實現催化重整裝置滿負荷運行，負荷率提高了15%，改造投用兩套變壓吸附氫提純裝置回收各加氫裝置富氫氣體和FCC干氣中的氫資源后，供氫能力增加了15 000 m3/h(標準狀態)，約占供應總氫量的25%，外購氫比例相應降低，為加氫裝置參加協同運行提供了充足的氫源。

2.4.1與蠟油加氫協同優化實現FCC重柴油的轉化FCC柴油富含芳烴，硫含量高、密度大、十六烷值低，一直是煉油廠柴油質量升級的重要難題。該柴油中的95%餾出溫度大于340 ℃，重組分因含大量4，6-二甲基二苯并噻吩對柴油質量影響很大。為此開發投運了FCC重柴油(約占FCC柴油總量的20%)通過一中段循環油送至蠟油加氫裝置的工藝，重柴油中的雙環芳烴經加氫飽和為單環芳烴后，再作為FCC原料，投用后重柴油轉化率為51.98%，轉化為汽油的收率為37.46%，達到了解決重柴油出路和增加FCC原料的雙重目的。表3列出了催化裂化重柴油的裂化產物統計情況。

表3 FCC重柴油裂化產物分布及轉化率 w，%

2.4.2與柴油加氫裝置協同優化實現LTAG工藝的最優化運行LTAG工藝是中國石化石油化工科學研究(石科院)近年開發的將FCC劣質柴油轉化為高辛烷值汽油或輕質芳烴的新技術[4]。該技術將加氫單元和FCC單元進行組合，在加氫處理單元經過對FCC柴油中的芳烴進行定向加氫飽和，將柴油中雙環以上芳烴加氫飽和為四氫萘型單環芳烴[5-6]，其加氫柴油與FCC原料共用提升管分層進料和獨立提升管進料兩種型式。在相同加氫工藝條件下，分層進料相對流程簡單，但分層進料時，由于高溫催化劑先與加氫后FCC柴油接觸，待接觸重油時其溫度和活性均有所下降，對主噴嘴進料的摻渣率及轉化率會有明顯影響，LTAG兩種型式的產品收率如表4所示。

表4 LTAG兩種型式的產品收率

由表4可知，在相同的加氫反應條件下，加氫柴油進獨立提升管比分層進料，轉化率提高19.11百分點，汽油收率提高9.35百分點，優勢明顯。且該公司有兩套催化裂化裝置，可以實現1號FCC裝置柴油經加氫去2號FCC裝置獨立提升管，實施LTAG工藝，之后2號FCC裝置柴油去加氫生產車用柴油產品，可避免多環芳烴的循環，減緩油漿與焦炭的生成。

2.4.3與延遲焦化協同優化，實現焦化輕柴油的高品質轉化和焦化裝置的新定位

(1)焦化輕柴油的高品質轉化。焦化輕柴油指95%餾出溫度小于270 ℃的餾分，約占焦化柴油的30%～35%，富含烷烴，通過焦化塔頂循環油抽出送至1號FCC提升管下部(原LTAG噴嘴)進行高溫、高劑油比裂化，汽油收率可達55%以上，液化氣和干氣收率合計超過30%，而且生焦率很低，一方面實現增產汽油、降低柴汽比目標[7]，另一方面因其降低主噴嘴前催化劑溫度而有助于提高主噴嘴前的摻渣率。

(2)焦化裝置的新定位。在常減壓蒸餾裝置一次加工負荷率約75%的工況下，有限的蠟油與渣油資源優先流向FCC裝置，延遲焦化裝置負荷率下降至60%，改為單爐室運行，而且進料中摻煉油漿和脫瀝青油的比例達到45%，焦化裝置原料的性質劣化。單爐室運行后，焦化裝置的分餾塔、氣壓機、吸收穩定系統負荷率相應降低，可在一定程度上轉型為全廠的輕烴回收系統，如：回收常減壓蒸餾裝置的初餾塔和常壓塔塔頂瓦斯中的液化氣組分，及各裝置排放瓦斯系統中的富含C3以上烷烴組分等，為催化裂化氣壓機、吸收穩定及氣體分離系統減輕負荷。

煉油總流程協同優化后，兩套FCC裝置原料劣質化程度變化明顯，實現了催化裂化高摻渣率，焦化低負荷、原料劣質化的目的。表5列出協同優化運行前后FCC裝置運行情況對比。

由表5看出：經過協同優化，FCC裝置摻煉減壓渣油量提高；原料性質變差，其中密度、殘炭、硫含量升高；原料中小于350 ℃餾分減少，由原來的28.9%、29.0%、分別降到10.7%、12.7%；汽油辛烷值(RON)提高，分別達到了92.9、93.6，平均93.3，比優化前提高了3個單位以上；操作工況變好，密相溫度提高，改善了油劑接觸工況，不僅減輕了兩器結焦趨勢，還有利于重油的轉化。

表5 協同優化運行前后FCC裝置運行情況對比

3 結 論

(1)常減壓蒸餾裝置、焦化分餾塔、蠟油加氫分餾塔協同優化，使FCC進料中小于350 ℃餾分含量從29%左右降低至10.7%～12.7%，車用柴油產量相應增加。

(2)原油按高低硫原油分儲分煉后，兩套FCC摻渣率提高約10%，FCC穩定汽油辛烷值提高了3個單位以上，平均達到93.3，停止外采甲苯、MTBE等高價格汽油調合組分。

(3)通過外購石腦油資源使重整負荷提高了15%，投用兩套變壓吸附氫氣回收裝置為蠟油加氫及催化裂化柴油LTAG工藝提供了氫氣資源，使蠟油加氫裝置得以滿負荷運行，溶劑脫瀝青裝置負荷提高，為FCC裝置提供充足的原料。

(4)FCC重柴油-蠟油加氫聯合工藝和FCC柴油獨立提升管進料LTAG工藝的投運不僅滿足了全廠車用柴油的生產，而且使柴汽比調控具有極大的靈活性。其中獨立提升管進料的LTAG工藝在轉化率和汽油收率方面有明顯優勢。

(5)焦化裝置負荷降低后可成功轉型為全廠輕烴回收裝置。