180万吨年催化裂化工艺评价-共20页.pdf

180 万吨/年催化裂化工艺评价180 万吨/年催化裂化工艺评价 摘 要 摘 要本论文以榆林炼油厂180万吨/年催化裂化装置为例，对装置的能耗结构、产率、产品质量及环境污染进行了分析。催化裂化工艺不但解决了长期以来资源没有得到充分利用和环境污染的问题，而且解决了原油轻质化的问题，同时脱硫脱氮脱重金属实现了原油裂解和缩合的提前进行，改善了后续加氢裂化装置原料的油品性质，有效地避免了催化剂瓷球结焦和催化剂中毒失效的问题，因此，研究催化裂化工艺意义重大。本文通过对催化裂化装置和工艺流程的简介，对原料性质和产品性质进行了分析，并对装置的物料平衡和能耗进行了阐述，选取合适的生产工艺，提出了加热炉辐射出口温度控制方案和压缩机旁路控制方案，最终得出最佳操作方案。同时，研究了循环比对催化裂化产品产率和产品分布及装置的经济性的影响，来评价催化裂化工艺。关键词关键词：催化裂化；能耗；循环比；装置目 录目 录目录.II第一章 前 言.11.1 催化裂化介绍.11.2 催化裂化的发展.11.3 工艺装置概述.11.4 催化裂化工艺流程.3第二章 主要参数和技术经济指标.82.1 原料性质.82.2 产品性质.92.3 物料平衡.10第三章 部分仪表控制方案.113.1 加热炉辐射出口温度控制方案.113.2 螺杆压缩机旁路控制方案.12第四章 催化裂化装置的循环比影响.144.1 循环比对产品产率的影响.144.2 循环比对装置运行的影响.14第五章 结论.16参考文献.17致 谢.18第一章第一章 前前 言言1.1 催化裂化介绍1.1 催化裂化介绍催化裂化是石油炼制过程之一，是在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程。大分子烃类在热作用下发生裂化和缩合。采用合成硅酸铝催化剂：一种是无定形硅酸铝型，另一种是沸石型。通常固定床催化裂化用的是低活性的。1 催化裂化是石油二次加工的主要方法之一。在高温和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程。主要反应有分解、异构化、氢转移、芳构化、缩合、生焦等。与热裂化相比，其轻质油产率高，汽油辛烷值高，柴油安定性较好，并副产富含烯烃的液化气。近几年来分子筛裂化催化剂采用硅溶胶或铝溶胶等粘结剂，把分子筛、高岭土粘结在一起，制成高密度、高强度的新一代半合成分子筛催化剂，所用分子筛除稀土-y 型分子筛外，还有超稳氢-y 型分子筛等。反应改在管式反应器中进行，称为提升管催化裂化(riser catalytic cracking)。2 1.2 催化裂化的发展1.2 催化裂化的发展长期以来，流化床催化裂化原料主要为原油蒸馏的馏出油（柴油、减压馏出油等）和热加工馏出油，原料中镍、钒(会使催化剂中毒)含量一般均小于 0.5ppm。在以减压渣油作催化裂化原料时，通常要在进入催化裂化装置前，用各种方法进行原料预处理，除去其中大部分镍、钒等金属和沥青质。70 年代以来，由于节约石油资源引起商品渣油需求下降。因此，流化床催化裂化装置掺炼减压渣油或直接加工常压渣油已相当普遍。主要措施是：采用抗重金属中毒催化剂；在原料中加入钝化剂等。3 1.3 工艺装置概述工艺装置概述流化床催化裂化装置有多种类型，按反应器（或沉降器）和再生器布置的相对位置的不同可分为两大类：反应器和再生器分开布置的并列式；反应器和再生器架叠在一起的同轴式。并列式又由于反应器（或沉降器）和再生器位置高低的不同而分为同高并列式和高低并列式两类。同高并列式主要特点是:催化剂由U型管密相输送;反应器和再生器间的催化剂循环主要靠改变 U 型管两端的催化剂密度来调节；由反应器输送到再生器的催化剂，不通过再生器的分布板，直接由密相提升管送入分布板上的流化床可以减少分布板的磨蚀。高低并列式特点是反应时间短，减少了二次反应；催化剂循环采用滑阀控制,比较灵活。同轴式装置形式特点是：反应器和再生器之间的催化剂输送采用塞阀控制;采用垂直提升管和 90耐磨蚀的弯头;原料用多个喷嘴喷入提升管。针对榆林炼油厂原油一、二次加工不匹配的现状，2009年6月该180万吨/年催化裂化装置及配套系统由集团公司批复立项。装置由中国石化洛阳化工工程公司设计，采用石油科学研究院开发的MIP汽油降烯烃工艺技术。项目现场建设于2010年3月5日开工，至2010年底装置主体工程基本完成，于2011年6月22日建成并一次性开车成功。2012年装置进行了首次大修，大修期间针对原料油喷嘴处理量弹性小、分馏塔底温度控制不灵活、除氧器除氧效果差等问题进行了技改。技改后对原来的原料油喷嘴进行了更换，更换后总进料量可达300t/h(新鲜原料260t/h，回炼油40t/h)；从油浆蒸汽冷却器E1209ABC后直接引管线至油浆下返塔线，解决了分馏塔底温度难以控制的问题；对原设计除氧器除氧水入口和凝结水入口进行调换，并在除氧器内新加四通除氧蒸汽管线，此项技改解决了除氧水氧含量超标的问题；针对现场除氧器及定排罐常冒汽的问题，新加冷却器及喷淋设施，回收了浪费的蒸汽，同时现场噪声得到治理，此项技改在2013年4月申请了国家专利；针对除氧水泵压控线经常泄漏问题，通过在压控线新加两减压阀的办法使压力梯度降低，解决了由于压降大而经常发生磨损泄漏的问题，此项技改在2013年4月申请了国家专利。一、装置规模设计规模：180104t/a，设计年开工时数为8400小时。二、生产方案采用石科院的MIP汽油降烯烃工艺技术，多产汽油生产方案。三、催化剂采用降烯烃或MIP专用催化剂。助剂采用CO助燃剂、钝化剂、阻垢剂等多种助剂。四、设计范围180104t/a重油催化裂化装置包括反应-再生部分、主风机组部分、余热锅炉和蒸汽过热炉部分、分馏部分、吸收稳定部分（含气压机）、产汽及低温热回收部分。五、主要设计指标1液化石油气中C2 含量0.5 vol%；液化石油气中C5及以上组分含量1.5 vol%；2再生剂定炭1000硫含量，g/g150烯烃，%27芳烃，%20汽油辛烷值：RONMON产 品项 目指 标初馏点3810%5230%50%9670%90%168干点198密度(20)，g/cm30.93 十六烷值 30 凝点，-5 初馏点 190 10%210 30%50%253 70%90%336 催化柴油干点 360 备注：柴油性质摘自石科院工艺包。2.3 物料平衡物料平衡物料平衡见表2-3-1。表1-3-1 装置物料平衡表收 率数 量序号物料名称Wt%kg/h104t/a常压渣油100214286180原料合计100214286180干气36429 5.4液化石油气13.52892924.3汽油44.59535780.1轻柴油25.55464345.9油浆3.881436.84焦炭9.21971416.56损失0.510710.9产品合计100214286180注：（1）数据来自石油化工科学研究院提供的工艺包。（2）该表仅为反应部分的物料平衡不包含重整拔头油和加氢粗汽油及夹带至后部的惰性气。第三章第三章 部分仪表控制方案部分仪表控制方案3.1 加热炉辐射出口温度控制方案3.1 加热炉辐射出口温度控制方案严格控制加热炉辐射出口温度，保证炉对流出口温度不超过 380，辐射出口温度控制在（490-500）1，处理量、循环比、对流出口温度、辐射出口的温度、原料性质的变化和产品质量情况稳定加热炉进料量、辐射出口温度，炉出口温度直接影响裂解缩合反应的深度，关系到产品的质量和收率。常用的控制方案有:(1)辐射出口温度-炉膛温度串级控制；(2)辐射出口温度单回路控制；(3)辐射出口温度-燃料流量串级控制。裂化装置加热炉出口温度采用温度单回路控制方案，如图 3-1 所示：TICFI原 料NLIAO燃料气图 3-1 温度控制方案流程图这种控制方案是根据辐射出口温度直接调节燃料气量，要求燃料气总管压力比较平稳。采用这种控制方案的优点是控制简单，缺点是加热炉负荷较大时，燃料气的压力和热值稍有波动，炉出口温度就会显著变化。同时当加热量变化后，由于传热及测温元件的滞后，调节作用不及时，辐射出口温度会出现较大波动。加热炉烘炉注意事项：（1）烘炉点火前 24 小时炉管给气暖炉，使炉温度在 80以上。（2）烘炉过程中，辐射出口温度不得高于 550，其余各炉管出口温度400。（3）启用仪表保持准确无误。（4）加强检查，防止憋压，升温均匀缓慢。（5）严格按烘炉曲线进行操作。（6）炉膛温差40，做到多火苗短火焰。3.2 螺杆压缩机旁路控制方案3.2 螺杆压缩机旁路控制方案离心式压缩机的防喘振控制方案有以下几种:(1)固定极限流量法；(2)可变极限流量法5；(3)旁路控制法。螺杆压缩机不像离心压缩机有喘振现象，但是为了确保压缩机出口压力的稳定，避免因系统压力变化引起压机出口压力变化，引起燃料气管网压力波动，造成炉出口温度波动，恶性循环，增加了操作难度，影响装置的平稳运行，因此采取旁路控制方案，如图 3-2 所示：K-1001富气循环水图 3-2 旁路控制方案流程图根据压缩机排气压力、富气流量的变化，通过调节旁路阀，控制压缩机出口返回入口的循环气量来稳定出口排气压力，即出口排气流量，进而稳定燃料气管网压力，确保装置平稳运行。其控制参数如表3-2运转期间参数监控所示：表3-2 运转期间参数监控项目控制值报警联锁停车出口压力0.8 Mpa0.82 Mpa0.85 Mpa出口温度80 85 90入口压力0.06-0.08 Mpa0.05 Mpa入口温度 40润滑油供油总压力0.25-0.3 Mpa0.2 Mpa续表3-2项目控制值报警联锁停车供油温度油过滤器压力分离器液位循环冷却软水温度各轴承温度电机电流22 油温50 0.1 Mpa320-380mm40 65 19.8 A50 或22 0.1Mpa400或100mm该控制方案的优点是控制单元简单可靠，便于操作，而且调节迅速易于控制。第四章第四章 催化裂化装置的循环比影响催化裂化装置的循环比影响循环比主要影响产品分布,降低循环比有利于提高馏分油收率,降低焦炭产率,馏分油收率的提高,主要是提高了经济价格相对较高的汽油、柴油收率。另外循环比对装置处理能力的影响表现在加热炉负荷上，降低循环比，可降低加热炉负荷；在保持加热炉负荷不变的情况下，可增加装置的处理能力。为最大限度地降低焦炭产率，提高液体产品收率，80年代后国外新设计的延迟焦化装置循环比一直呈降低趋势6。4.1 循环比对产品产率的影响4.1 循环比对产品产率的影响循环比（质量）（加热炉辐射段进料质量-新鲜原料质量）/新鲜原料油质量加热炉辐射段进料质量/新鲜原料质量-17。循环比（质量）对装置的加工量产量产品的分布和性质都有较大影响，循环比增大,可使汽油、柴油收率增加，气体的收率减少，一般装置循环比为0.10.5。通过我们的实际生产比较得知不同循环比下的产品产率，以新鲜原料、反应温度500为基准，以所述的循环比分别添加0.2、0.3、0.4倍的掺兑油进行焦化试验，所得不同联合循环比的焦化反应产物分布见表4-1：表 4-1 循环比对产物分布的影响（%）循环比气体汽油柴油0.20.30.45.754.143.568.026.525.1874.6275.6676.39由上表可以看出随循环比增大，柴油收率在增大，而汽油、气体在下降。本装置主要以汽柴油为产品，循环比为0.3时液收最高，达到85.58。此外，过大的循环比将会降低装置处理能力和增加能耗，因此综合选择合适的循环比。4.2 循环比对装置运行的影响4.2 循环比对装置运行的影响通过对装置不同循环比操作状况时装置的原料性质、产品质量、物料、能耗等方面的研究，定量分析不同循环比对装置的影响。4.2.1 循环比对原料的影响 循环比对原料的影响在原料残炭值相近的情况下，随着循环比的降低，分馏塔底循环油（即加热炉进料）残炭值相应增加，虽然多数情况下原料油残炭值未达到设计值，但加热炉进料性质大大劣于设计值。4.2.2 循环比对能耗的影响循环比对能耗的影响实际运行数据表明，循环比增加时，装置的总能耗也增加，其中主要是加热炉燃气单耗的增加，但总能耗增加不呈线性关系。通过以上可以看出循环比为0.3时均为最佳状态，参考催化裂化的收率和循环比的影响数据可知，合适的循环比不但改善了产品分布又可增加较高经济价值的汽油、柴油产品收率和较大的装置处理量，能耗也达到理想的范围，即可明显增加装置的经济效益。第五章第五章 结论结论催化裂化生产过程中选取的压缩机的旁路控制配合加热炉出口的单回路控制方案不仅可以稳定燃料气系统的压力，而且可以快速便捷的调整炉出口温度，满足加热炉出口温度波动为1的精细化操作要求，加热炉出口温度的控制是催化裂化生产的关键，对装置的安全稳定、长周期生产意义重大。在低循环比催化裂化条件下加工原油，可见轻质油收率高，气体产率较低。其中循环比为 0.3 时液收最高，可达 83.1。此装置进一步加强安全生产技术，最大限度的减少坏境污染，使得炼油行业向标准化、规范化发展，保证了装置的安全、高效、长周期运行参考文献参考文献1 催化裂化 hgspace引用日期 2013-07-62 催化裂化;catalytic craking chemyq引用日期 2013-07-63 催化裂化的发展趋势 askci4 陕西延长石油（集团）有限责任公司榆林炼油厂企业标准5 瞿滨，王建文，张立海.延迟焦化装置技术问答Z.北京:中国石化出版社.6 陈奎.延迟焦化装置技术改造方案的选择J.石油化工设计，2006，23(2)：27-30.7 梁朝林，沈本贤，吴世奎.延迟焦化试验装置的改进研究J.茂名学院学报，2007,17（1）:1-4.致致 谢谢在此论文撰写过程中，要特别感谢我的车间领导的亲切关怀和悉心指导下完成的，他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，在此谨向我们的车间主任致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时感谢我的公司陕西延长石油（集团）有限责任公司榆林炼油厂，谢谢他在这几年工作生涯中对我培养和帮助。由于学识水平有限，文中的不足之处还望各位领导批评指正，望各位化工行业学术专家的谅解，在此向各化工行业的前辈们致敬！最后，再次对关心、帮助我的领导和同事表示衷心地感谢！