延遲焦化裝置加工催化裂化油漿的新技術及其工業應用

丁書文，曹孫輝，周雨澤，黨建軍，李出和，李晉樓

(1.中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086；2.中國石化工程建設有限公司)

催化裂化是重質油輕質化的重要二次加工手段，是生產液化氣和高辛烷值汽油的主要裝置。近年來，多產丙烯和輕芳烴的催化裂解技術越來越多地實現工業化應用[1-2]。無論是催化裂化裝置，還是催化裂解裝置，外甩一部分油漿都是改善裝置工況的最佳手段，油漿外甩量一般為裝置處理量的3%～10%[3]。

在催化裂化油漿(簡稱催化油漿)的處理方式上，將油漿作為燃料油外售的經濟效益很差，而針狀焦生產技術僅有少數幾家企業掌握，還未廣泛應用，故目前國內大部分煉油廠都選擇將催化油漿作為延遲焦化裝置的原料與渣油混合加工[4]。

常規的延遲焦化裝置加工催化油漿工藝是將催化油漿直接與減壓渣油混合，然后送入延遲焦化裝置，經過換熱器、分餾塔、輻射泵、加熱爐等，最后進入焦炭塔發生反應。由于催化油漿含有催化裂化催化劑固體顆粒，故這種加工方式易引起換熱器結垢、加熱爐進料流控閥沖刷腐蝕、泵的葉輪磨損、爐管結焦加速等問題[5-8]。

1 新技術簡介

1.1 催化油漿性質

催化油漿與減壓渣油的主要性質對比見表1。

表1 催化油漿與減壓渣油的主要性質對比

由表1可見：催化油漿的密度比減壓渣油大；芳香分質量分數達到59.7%，是減壓渣油的1.56倍；膠質和瀝青質質量分數總和為24.7%，比減壓渣油小；催化劑固體顆粒含量(簡稱固含量)達到2.5 gL，在國內屬于中等水平。

1.2 工藝流程

新技術的工藝流程如圖1所示。來自罐區的催化油漿進入油漿緩沖罐緩沖，之后用油漿進料泵增壓至1.8 MPa左右，然后送至單獨的油漿加熱爐，被加熱至反應溫度后分為兩路，分別與來自原裝置兩臺渣油加熱爐的高溫渣油匯合，再分別經兩個四通閥后一起進入焦炭塔發生反應，生成焦炭、蠟油、汽柴油和氣體等產品。考慮系統的開停工，配置部分退油至放空塔的流程。

圖1 油漿單獨加熱流程示意

1.3 技術特點

由于催化油漿的密度大、硫含量高、固含量高，在高溫狀態下易縮合結焦，故新技術采取多項針對性特殊設計來保證系統的長周期運行。這些特殊設計包括：①油漿進料泵選用小流量、高揚程離心泵，過流部件選用高等級耐磨耐腐蝕材質，可減緩油漿對進料泵的沖刷腐蝕。②油漿加熱爐輻射爐管采用大半徑回彎彎管，爐管呈跑道型螺旋布置，可避免爐管彎頭被沖刷磨蝕；油漿加熱爐設置兩點注汽提高爐管內的介質流速，減緩爐管結焦；配置水汽變溫清焦流程，可在不停爐的情況下實現在線剝焦。③油漿加熱爐出口采用球閥和閘閥雙閥隔離，閥門配置汽封線防止結焦。④閘閥選用耐高溫、耐沖刷、帶剪切功能的特殊閘閥，可確保在管道結焦的情況下仍能關閉閥門。

2 新技術的工業應用

2.1 主要參數

系統的操作參數按設計值控制，后續可根據實際運行情況進行微調和優化。主要設計參數見表2。由表2可知，催化油漿的入爐溫度較低，僅有95 ℃，而其在油漿加熱爐對流段出口處的溫度也僅有220 ℃，油漿在對流管內不會發生反應，故在對流段入口沒有注汽，入爐壓力因此也只有1.67 MPa，低于常規焦化加熱爐的入爐壓力。考慮催化油漿的入爐溫度低，在爐管內加熱、停留時間長，為減緩結焦，將注汽量占進料量比例提高至3%，高于常規焦化加熱爐的注汽比例。

表2 油漿加熱爐系統主要設計參數

2.2 產品分布

催化油漿投料前后(不加工油漿工況和加工油漿工況)，焦化裝置原料和產品流量及產品分布變化情況對比見表3。由表3可見：加工催化油漿后，焦化裝置各產品的產量均增加，在渣油原料量和反應條件不變的前提下，這部分增量即為催化油漿轉化所得；產品分布變化上，干氣產率增大0.20百分點，液化氣收率減小0.18百分點，汽柴油收率減小3.09百分點，蠟油收率增大0.98百分點，而焦炭產率增大得最多，增加了2.10百分點。這些變化符合催化油漿的性質特征，油漿中多環芳烴含量高，這些芳烴很難裂解，部分汽化進入蠟油，部分受熱縮合生成焦炭，故焦炭和蠟油產率的增量較大。

表3 加工油漿前后的原料和產品流量以及產品分布

2.3 產品性質

催化油漿投料前后，焦化裝置的干氣、液化氣、汽油、柴油、蠟油和石油焦產品的組成和性質對比分別見表4～表9。由表4～表9可見：用新技術加工催化油漿后，焦化產品中的干氣、液化氣、汽油、柴油的性質變化不大；蠟油的密度(20 ℃)增大0.013 5 gcm3，初餾點增大15 ℃，終餾點增大12 ℃，蠟油略微變重，但不影響下游裝置的運行；石油焦的性質變化不大，其中灰分增加0.03%，仍符合2B焦的質量要求，不影響產品外售。蠟油變重的主要原因是部分多環芳烴汽化進入蠟油，導致蠟油的平均相對分子質量增加。

表4 加工油漿前后焦化干氣組成對比 φ，%

表5 加工油漿前后焦化液化氣組成對比 φ，%

表6 加工油漿前后焦化汽油性質對比

表7 加工油漿前后焦化柴油性質對比

由表4～表9還可以看出，在加工催化油漿后，焦化裝置的液體產品和石油焦的硫含量均降低，主要原因為惠州石化二期催化裂化裝置的原料是渣油加氫裝置的加氫重油，已經在加氫反應中脫除了大部分硫化物，使得催化油漿的硫含量比減壓渣油低，故在加工催化油漿后，除氣體外，焦化裝置其他產品的硫含量都有一定幅度下降。

表8 加工油漿前后焦化蠟油性質對比

表9 加工油漿前后石油焦性質對比

2.4 動力消耗

該技術主要新增的設備包括一臺油漿加熱爐、兩臺油漿進料泵和12臺特閥。系統投料催化油漿后，新增的動力和公用工程消耗見表10。由表10可見：油漿加熱爐爐管注入中壓蒸汽，加工油漿后氣體收率增加、壓縮機負荷增加導致中壓蒸汽耗量增加，故3.5 MPa中壓蒸汽消耗量增加2.25 th；特閥注入密封蒸汽，系統管線設置伴熱線，故1.0 MPa低壓蒸汽消耗量增加2.40 th；加熱爐消耗燃料氣，燃料氣消耗量增加0.78 th；油漿進料泵和加熱爐的鼓風機、引風機均設置循環水冷卻系統，故循環水消耗量增加64 th；油漿泵、鼓風機、引風機和照明均耗電，使電耗增加357 kW。

表10 油漿系統動力消耗增加量

2.5 長周期運行情況

催化油漿摻煉系統于2019年10月22日投料開工，至2020年7月底已平穩運行近9個月。在油漿加工量穩定在25～30 th、油漿加熱爐出口溫度恒定為500 ℃的情況下，油漿加熱爐爐管最高管壁溫度的變化趨勢如圖2所示，系統壓降(入爐壓力與出口電動球閥處壓力差)的變化趨勢如圖3所示。

圖2 油漿加熱爐最高管壁溫度變化趨勢

圖3 油漿摻煉系統的壓降變化趨勢

由圖2可見，近9個月的運行期內，爐管的最高管壁溫度僅微微上漲，最大值僅為524 ℃，證明爐管幾乎沒有結焦。由圖3可見，運行近9個月時，系統壓降由開工時的0.77 MPa上漲至0.96 MPa，分析認為是在爐出口轉油線變徑處有微量結焦，需在停爐檢修時檢查、清焦。另外，進料流控閥、進料泵等部位未發現有磨蝕的跡象。

2.6 經濟效益

催化油漿經加熱、反應，轉化成各焦化產品，按照內部測算價格，經濟效益計算結果見表11。由表11可見，經過加工，催化油漿轉化成產品后，總價值約為2 006元t。

在該系統投料開工前，油漿全部作為燃料油外售，燃料油的單價為1 315元t。加工每噸油漿消耗的動力和公用工程費用為159元，折舊費、人工成本、維修費等合計為72元，故加工每噸油漿增加的效益為460元。按惠州石化每年產生220 kt催化油漿計算，則每年可增加效益10 120萬元。

表11 油漿轉化成焦化產品的經濟效益核算

2.7 靈活性討論

該技術在設計階段即在如下4個方面充分考慮了操作靈活性的問題：①加熱的爐管外徑為Φ127 mm，最大處理能力可以達到50 th；②進料緩沖罐設計為壓力容器，頂部壓力可控，不凝氣送至放空塔回收；③燃燒器選用超低氮高效燃燒器，操作彈性大；④系統可以隨時切除檢修，不影響原裝置的正常運行。因此，系統操作具有如下靈活性：①根據全廠物料平衡需求，可將煉油廠污油、含硫溶劑油、廢機油等劣質物料送至該系統加工，從而解決這些物料的出路問題，提高煉油廠經濟效益。②根據中試結果[10]，若將油漿加熱爐出口溫度提高至550 ℃，由于焦炭塔內的反應深度增加，焦化輕油收率能增加0.79百分點，裝置效益將得到進一步提升。故可以結合加熱爐運行狀況，將爐出口溫度適當提高，由此獲得更好的經濟效益。③在油漿過濾和預處理技術成熟后，在該技術的基礎上新建兩臺焦炭塔，即可轉型生產針狀焦，效益潛力可觀。

3 結 論

(1)延遲焦化裝置加工催化油漿的新技術采用油漿單獨加熱、爐后混煉的方式，可避免常規的加工油漿方式對焦化裝置產生的不利影響。該技術實施多項針對性特殊設計，可有效保證系統的長周期運行，截至2020年7月底已在惠州石化4.20 Mta延遲焦化裝置工業應用9個月。

(2)應用該技術加工催化油漿后，液化氣收率降低0.18百分點，汽柴油收率降低3.09百分點，蠟油收率增大0.98百分點，焦炭收率增大2.10百分點；焦化干氣、液化氣、汽油、柴油性質無明顯變化；焦化蠟油密度(20 ℃)增大0.013 5 gcm3，石油焦灰分增大0.03%，但不影響下游裝置運行和產品銷售。相比于作為燃料油外售，每年可增加效益10 120萬元。

(3)該技術具有較高的操作靈活性，可根據需求摻煉其他物料、控制加熱爐出口溫度在更高值，從而獲取更大的經濟效益。