淺析催化裂化裝置液化氣中C5含量的優化控制

杜明漢

(珠海裕瓏石化有限公司，廣東 珠海 519000)

催化裂化過程是在催化劑的作用下使重質油發生裂化反應，轉變為裂化氣、汽油和柴油等的反應。重油催化裂化的一個重要產品就是石油液化氣，其產率一般可達到30%左右，其中C5含量一般控制小于3%，當液化氣中，造成液態烴中殘液增多，使產品收率下降，且對后續加工亦不利，因此在催化裂化過程，通過工藝控制，降低C5含量非常重要。

1 裝置概況

某石化公司催化裂化裝置設計加工能力為100萬噸/年，加工由減壓蠟油、減壓渣油、和脫瀝青混合而成的重質油，主要產品包括90號汽油、輕柴油、液化氣和油漿[1]。

該裝置引進了美國石韋工程公司的道達爾專利技術，其主要特點是兩段高溫再生，反應進料高度霧化，采用蒸汽預提升等所謂高溫短接觸反應條件和主風分布環提供良好的主風分配等。為提升裝置運行效率，該裝置先后進行了兩次較大的改造：

(1)新增外取熱器，提高裝置的摻渣能力，提升管新增蠟油進料、穩汽回煉、油漿回煉及終止劑噴嘴，原料組分選取擇性裂化，提高理想產品收率：

①沉降器新增汽提擋板，延長催化劑與汽提蒸汽的接觸時間；

②在二再煙道增加煙氣取熱器，有效降低一、二再煙氣混合的溫度；

③吸收穩定四塔改為填料塔；

④CO鍋爐改造增大燃燒室，改善燃燒效果。

(2)對該裝置鍋爐的改造，將外取熱器自產飽和中壓蒸汽部分引至鍋爐過熱。

該裝置主體設備包括煙氣輪機—軸流風機—汽輪機—電機/發電機四機組、反再三器、第三級旋風分離器、CO鍋爐、分餾塔、氣壓機、吸收穩定四塔和含氰污水解塔，四機組全套國產化，能量回收手段齊全，裝置控制由美國FOXBORO公司的IA/S完成，可靠性程度和自動化程度較高。

2 工藝流程

工藝流程如圖1所示。

圖1 重油催化裂化裝置吸收穩定系統流程圖Fig.1 Flow chart of absorption and stabilization system of heavy oil catalytic cracking unit

(1)吸收-穩定系統是利用吸收穩定和精餾的方法，將富氣和粗汽油分離成干氣，液化氣和蒸氣壓合格的穩定汽油，主要由吸收塔(T-301)、再吸收塔(T-302)、解吸塔(T-303)及穩定塔(T-304)組成。

(2)從分餾塔(T-201)頂油氣分離器出來的富氣中帶有汽油組分，而粗汽油中則溶有C3、C4組分，經氣壓機兩段(C-301)加壓到1.2 MPa(絕)，經冷凝冷卻后，與來自T-301底部的富吸收油以及T-303頂部的解吸氣混合，然后進一冷卻到40 ℃，進入平衡罐(V-303)進行氣液分離，然后不凝氣和凝縮油分別送去T-301和T-303。為了防止硫化氫和氮化物對后部設備的腐蝕，在冷卻器的前、后管線上以及對粗汽油都打入軟化水洗滌，污水分別從V-303和粗汽油水洗罐排出[2]。

(3)T-301操作壓力約1.2 MPa(絕)。粗汽油作為吸收劑由T-301第20或第25層打入，穩定汽油作為補充吸收劑由塔頂打入。從V-303來的不凝氣進入T-301底部，自下而上與粗汽油、穩定汽油逆流接觸，氣體中≥C3組分大部分被吸收(同時也吸收了部分C2)。吸收是放熱過程，較低的操作溫度對吸收有利，故在T-301設兩個中段回流。T-301塔頂出來的攜帶有少量吸收劑(汽油組分)的氣體稱為貧氣，經過壓力控制閥去再T-301。經T-302用輕柴油餾分作為吸收劑回收這部分汽油組分后返回分餾分。從T-302塔頂出來的干氣送到瓦斯管網，T-302的操作壓力約1.0 MPa(絕)。

(4)富吸收油中含有C2組分不利于T-304的操作，T-304的作用就是將富吸收油中的C2解吸出來。富吸收油和凝縮油從V-303底抽出與穩定汽油換熱到80 ℃后，進入T-303頂部，T-303操作壓力約為1.5 MPa(絕)。塔底部有重沸器供熱(用分餾塔的一中循環回流作熱源)。塔頂出來的解吸氣除含有C2組分外，還有相當數量的C4、C3組分，與壓縮富氣混合，經冷卻進入平衡罐，重新平衡后又送入T-301。塔底為脫乙烷汽油。脫乙烷汽油中的C2含量應嚴格控制，否則帶入穩定塔過多的C2會惡化T-304頂冷凝冷卻器的效果，被迫排出不凝氣而損失C3、C4。

(5)T-304實質上是一個從C5以上的汽油中分離出C3、C4的精餾塔。脫乙烷汽油與穩定汽油換熱到115 ℃，打到T-304中部。T-304底有重沸器供熱(常有一中循環回流作熱源)，將脫乙烷汽油中的C4以下輕組分從塔頂蒸出，得到以C3、C4為主的液化氣，經冷凝冷卻后，一部分作為塔頂回流，另一部分送去脫硫裝置。塔頂產品是蒸氣壓合格的穩定汽油，先后與脫乙烷汽油、T-303進料油換熱，然后冷卻到40 ℃，一部分用泵打入T-301頂作補充吸收劑，其余部分送出裝置。T-304的操作壓力1.2 MPa(絕)，為了控制T-304的操作壓力，有時要排出不凝(稱氣態烴)，主要是C2并夾帶少量的C3、C4。

3 操作工藝優化及效果分析[3-5]

3.1 液化氣中C5含量過高的主要原因

控制C5的含量，關鍵在于控制好T-304的操作溫度和操作壓力，分為塔頂和塔底兩段的溫度，塔頂回流量和塔底再沸器出口溫度分別著影響塔頂和塔底溫度，進料溫度也能影響到全塔的溫度，全塔的操作壓力由T-304進料、塔頂回流量和L-304冷卻效果來決定。液化氣中C5含量過高主要是有以下幾種原因：

(1) T-304塔頂的回流量過小，塔頂溫度高；

(2)T-304重沸器溫度高；

(3)T-304壓力低，或波動大；

(4)進料溫度高，或進料位置偏上；

(5)塔頂冷卻能力不足。

3.2 操作溫度的影響

塔頂溫度對越高，塔內飽和蒸氣壓越高，C5組分越容易沸騰，液化氣中的C5含量越高。如：在當塔頂操作壓力都是在980～1000 kPa的條件下，塔頂溫度在54 ℃時，C5含量僅0.16%，當上升到60 ℃時C5含量就上升到0.49%，差不多要超出了指標要求。而且溫度高時，每升高一度，C5含量上升得越明顯。如表1所示。

表1 塔頂溫度對C5含量的影響Table 1 Effect of tower top temperature on C5 content

圖2 T304塔頂溫度與液化氣C5含量關系Fig.2 Relationship between T304 tower top temperature and C5 content of liquefied gas

但是塔頂溫度不能太低，否則，所得液化氣的蒸氣壓會過高，也就不能保證其質量合格，而且還會降低干氣的收率。一般要求控制在60 ℃左右。

3.3 操作壓力的影響

塔頂操作壓力也是一個重要的影響因素，在溫度相同的條件下，壓力越高，C5越容易沸騰，液化氣中的C5含量越高。如：在T-304塔頂溫度都是在56 ℃時，當塔頂壓力為945 kPa，C5含量為0.41%，當壓力為1102 kPa，C5則為0.09%。如表2所示。

表2 塔頂壓力對C5含量的影響Table 2 Effect of tower top pressure on C5 content

圖3 T304塔頂壓力與液化氣C5含量關系Fig.3 Relationship between T304 tower top pressure and C5 content of liquefied gas

同樣T-304塔頂的操作壓力也不能太高，一般控制在1109 kPa。

調節T-304溫度和壓力的方法有：

①適當增加回流量，提高回流比，降低回流溫度；

②在保證汽油蒸氣壓合格的前提下，降低T-304底溫度；

③適當提高T-304壓力，并保持平穩；

④根據季節變化、進料溫度、選擇適當的進料口，提高精餾效果；

⑤增強L-304的冷凝冷卻效果；

⑥熱旁路調節幅度不應過大，此外，應勤分析操作參數，及早發現塔盤堵塞并處理。

4 結 論

在催化裂化中，反應-再生系統良好穩定地運行固然重要，吸收穩定系統動行狀態也非常關鍵。為了提高經濟效益，將液化氣中的C5控制在較低水平，不僅要在反應-再生系統控制好操作條件，更要在吸收穩定中控制好穩定塔中溫度、壓力的操作參數。尤其是塔頂部位，其中有塔頂回流量與溫度、塔頂冷卻能力、塔底重沸器溫度、全塔壓力、進料溫度及位置、餾出塔板層等幾個關鍵因素。要嚴格按照參數指標來運行，既不能太高也不能太低。