催化裂化裝置摻煉減四線油的工業實踐

王 慧

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

中海油惠州石化有限公司(簡稱惠州石化)4.8 Mt/a催化裂化裝置于2017年9月投產，設計以加氫蠟油和加氫重油為原料，生產液化氣、汽油、柴油等產品。反應部分采用中國石化石油化工科學研究院(簡稱石科院)開發的MIP技術，提升管出口采用密閉旋流式快速分離系統(VQS)，再生部分采用中國石化工程建設有限公司(簡稱SEI)開發的重疊式兩段不完全再生技術。

惠州石化常減壓蒸餾(Ⅰ)裝置的減四線油在原全廠加工流程中由延遲焦化裝置加工，再加上后續的蠟油加氫裂化等裝置的配合，用以生產石腦油、汽柴油、石油焦等產品。受近期石油產品價格波動影響，石腦油、石油焦價格不斷走低，焦化裝置加工減四線油的經濟性變差。2019年4月，惠州石化將減四線油全部改進4.8 Mt/a催化裂化裝置進行加工，將減四線油更多地轉化為當時市場條件下附加值更高的汽油、低碳烯烴組分，以提高公司的整體經濟效益。

在摻煉減四線油之前，催化裂化裝置加工的原料為加氫蠟油和加氫重油，2019年4月30日開始減四線油進催化裂化原料中間罐區，隨即開始摻煉，并逐步提高摻煉量，于2019年5月10日摻煉量穩定在40 t/h，減四線油摻煉比(w，下同)達到8.59%。為考察裝置摻煉減四線油前后的運行情況，分別取摻煉前和減四線油摻煉比為8.59%時(簡稱摻煉后)兩個階段的運行數據進行比較。

1 原料油性質

加氫蠟油、加氫重油和減四線油的性質如表1所示。裝置摻煉減四線油前后的混合原料油性質對比見表2。由表1和表2可以看出：減四線油的殘炭高達8.19%，鎳質量分數為29.1 μg/g，鈣質量分數為126.1 μg/g，均明顯高于裝置摻煉減四線油前的混合原料油的相應值；當摻煉40 t/h的減四線油后，混合原料油的相應指標也有明顯提升，故摻煉減四線油時需重點關注這些指標變化對裝置運行的影響。

表1 裝置所加工加氫蠟油、加氫重油及減四線油的性質

表2 摻煉減四線油前后的混合原料油性質對比

2 結果與討論

2.1 主要操作條件

摻煉減四線油前后裝置的主要操作條件見表3。由表3可以看出，摻煉減四線油后，由于原料變重，裝置適當提高了反應溫度，并降低了回煉油的回煉量，并且由于原料變重，生焦量增加，耗風量也有所增加。其他操作參數變化不大。

表3 主要操作條件對比

2.2 平衡劑性質

摻煉減四線油前后的平衡劑性質見表4。由于減四線油性質差，摻煉減四線油后，加大了催化劑的置換速率，由表4可以看出，平衡劑微反活性略有增加，比表面積也有所回升。盡管加大了催化劑的置換速率，但平衡劑上鐵、鎳、鈣含量還是明顯增加，分別由原來的3 127，4 289，1 983 μg/g上漲至4 198，4 677，4 445 μg/g，上漲了1 071，388，2 462 μg/g，這與減四線油中的鐵、鎳、鈣含量高直接相關。

表4 平衡劑性質對比

2.3 產品分布

裝置摻煉減四線油前后的產品分布對比見表5。由表5可以看出：由于減四線油殘炭高、芳烴組分多，催化裂化性能差，造成裝置摻煉減四線油后的產品分布變差；減四線油摻煉比達8.59%后，受混合原料變重的影響，干氣、輕柴油、油漿和焦炭產率分別增加0.06，0.63，0.36，0.33百分點，而液化氣和汽油收率分別下降0.82百分點和0.58百分點，總液體收率下降0.77百分點。

表5 產品分布對比 w，%

盡管摻煉減四線油后催化裂化裝置的產品分布變差，但由于在當前市場條件下，石油焦價格較低，低碳烯烴價格相對較高，相比減四線油進焦化裝置加工后生產約3%的液化氣、56%的汽柴油、25%的石油焦，催化裂化裝置加工減四線油的經濟性更好。

2.4 產品性質

裝置摻煉減四線油前后的干氣、液化氣、汽油和柴油性質對比分別見表6～表8。由表6可以看出，摻煉減四線油后，由于平衡劑上重金屬污染更嚴重，干氣的H2/CH4物質的量比由摻煉前的1.44增加至摻煉后的1.45。由表7可以看出，摻煉減四線油后，由于原料油性質整體變重，不利于氫轉移反應，所以反應的氫轉移指數下降，使得裝置所產液化氣中的烯烴體積分數由摻煉前的63.07%增加到摻煉后的63.28%，增加0.21百分點。由表8可以看出，摻煉減四線油后，裝置所產汽油的密度(20 ℃)增加2.1 kg/m3，研究法辛烷值增加0.6個單位，芳烴體積分數增加1.9百分點，烯烴體積分數增加1.3百分點，苯體積分數下降0.08百分點。這主要是因為原料變重后，原料中的芳烴含量增加，汽油中的芳烴含量也相應增加，從而使汽油辛烷值增加[1]；氫轉移反應減弱，因而汽油中烯烴含量增加。此外，由于原料變重后，反應溫度提高幅度不大，相應的反應苛刻度有所下降，原料中單環芳烴脫側鏈的裂化反應減弱，所以生成的苯減少，造成汽油中的苯含量下降。

表6 干氣組成對比 φ，%

表7 液化氣性質對比

表8 汽油性質對比

2.5 能 耗

裝置摻煉減四線油前后的能耗對比見表9。由表9可以看出，摻煉減四線油后，裝置能耗由1 865.01 MJ/t升高到1 981.48 MJ/t，增加了116.47 MJ/t。由于原料變重、生焦量增加而導致的燒焦能耗升高113.21 MJ/t，是總能耗上升的主要原因。由于生焦量增加，裝置產出蒸汽量增加，除鹽水能耗增加2.54 MJ/t，3.5 MPa蒸汽和1.0 MPa蒸汽的能耗合計降低3.68 MJ/t。此外，摻煉減四線油后，生焦量增加，耗風量增加，雙動滑閥開大以維持再生壓力基本不變，導致裝置電耗增加3.27 MJ/t。

表9 裝置能耗對比 MJ/t

2.6 長周期運行影響

由于減四線油的殘炭、鎳、鈣含量明顯比加氫重油高，因此摻煉減四線油需重點關注這些指標對裝置長周期運行的影響。

原料殘炭高，生焦量增加，主風機、再生器、外取熱器負荷會增加。由于裝置加工負荷并未達到設計值(按摻煉時的加工量核算，加工負荷為81.79%)，此幾項問題并不突出，但由于外取熱器襯里施工缺陷、運行時間長等原因，外取熱器負荷增加后，外取熱器筒體上的外壁溫度高于400 ℃的熱點增加，是長周期運行的一個隱患。

在上述對比標定中，由于減四線油的摻煉時間不長，平衡劑上的金屬含量還未達到平衡狀態。按設計劑耗(相對于原料加工量)為0.9 kg/t和現有原料性質、進料量估算，摻煉減四線油后，穩態平衡劑上鎳、鈣質量分數將分別達7 700 μg/g和12 000 μg/g[2]。實際上，在后續生產中由于原油性質、減四線油摻煉量、加工量等因素變化，平衡劑上的鎳、鈣質量分數最高曾分別達到7 288 μg/g和19 556 μg/g，威脅裝置的長周期運行。

鎳對催化裂化催化劑的毒性表現為強烈的催化脫氫作用，它使裂化反應選擇性變差，增加氫和焦炭的產率。一般而言，鈣以無機物形式進入催化裂化裝置，在再生器的高溫下，易轉化為氧化物，不能再與分子篩發生離子交換，所以它們對工業平衡劑的毒害并不是很嚴重[3]。但鈣在催化劑上的質量分數超過1.2%時，一方面對催化劑上分子篩的破壞急劇增加，致使其活性、比表面積和孔體積下降，重油轉化能力不足；另一方面，由于鈣在平衡劑上大部分是以硫酸鈣的形式存在，而硫酸鈣在催化裂化環境中具有較強的黏滯性，故隨著平衡劑上鈣含量的增加，催化劑還會結塊，可能造成煙機結垢、催化劑流化失常，嚴重時會導致裝置停工[4-5]。中國石油烏魯木齊石油化工總廠煉油廠催化裂化裝置和中國石油蘭州石化公司煉油廠1.2 Mt/a重油催化裂化裝置都曾因原料中鈣含量高，催化劑結塊，導致裝置停工[6]。繼續摻煉減四線油時，裝置可針對性地采取優化原油品種、加強原油脫鹽、提高催化劑置換速率、加注多功能金屬鈍化劑等措施，以保證裝置的長周期運行。

3 結 論

(1)由于減四線油的殘炭高、重金屬含量高，催化裂化裝置摻煉減四線油后，催化裂化原料性質變重，原料油中的鎳、鈣含量上升明顯。減四線油的摻煉比達到8.59%后，產品分布變差，焦炭產率增加0.33百分點，總液體收率下降0.77百分點，能耗增加116.47 MJ/t。

(2)摻煉減四線油后，催化裂化干氣的H2/CH4物質的量比略有增加，液化氣烯烴體積分數增加0.21百分點，汽油密度(20 ℃)增加2.1 kg/m3，汽油研究法辛烷值增加0.6個單位，汽油中的烯烴和芳烴體積分數分別增加到1.3百分點和1.9百分點，苯體積分數降低0.08百分點。

(3)摻煉減四線油后，平衡劑的鎳、鈣質量分數分別由原來的4 289 μg/g和1 983 μg/g上漲至4 677 μg/g和4 445 μg/g，并最高曾分別由原來的4 289 μg/g、1 983 μg/g上漲至7 288 μg/g和19 556 μg/g。這不僅使裝置產品分布變差，還可能由于鈣含量過高，造成煙機結垢、催化劑流化失常。裝置可針對性地采取優化原油品種、加強原油脫鹽、提高催化劑置換速率、加注多功能金屬鈍化劑等措施，以保證裝置的長周期運行。

(4)催化裂化裝置摻煉減四線油后，優化了全廠物料平衡，相比原來的焦化加工路線，生產了更多高附加值的汽油、低碳烯烴等產品，提高了公司的整體經濟效益。