MIP技术在催化裂化装置上的工业应用.pdf

40 工业、生产2023年第10期多产异构烷烃的流化催化裂化技术（AFCCProcessforMaximizingIso-Paraffins，MIP）1-3是由中国石化石油化工科学研究院（简称石科院）开发，能够突破常规催化裂化工艺对二次反应的限制，从而实现可控性和选择性反应，在大幅降低汽油烯烃含量，改善汽油性质，提高液体产品产率方面效果显著4-6。中国石化北京燕山分公司（简称燕山石化）炼油厂2#催化裂化装置原设计规模为120万吨/年高低并列式常规蜡油催化裂化装置，1983年11月建成投产，1985年8月改造成80万吨/年的重油催化裂化装置，设计大庆减压渣油掺炼比例25%（质量分数）。1998年，为进一步提高原油加工深度和催化汽油辛烷值，燕山石化与北京设计院、石科院联合开展技术攻关，在装置加工规模不变的前提下，改造成全大庆减压渣油催化裂化装置，对燕山石化重油平衡起到重要作用。2021年为满足汽油质量升级及优化调整产品结构的要求，对2#催化裂化装置进行MIP技术改造。本文主要介绍MIP技术在燕山石化2#催化裂化装置上的工业应用情况。1 装置开工及运行情况燕山石化2#催化装置于2021年6月11日提升管反应器进料实现一次开车成功。为适应MIP技术改造，2#催化装置使用MIP专用催化剂，于2021年10月进行了48h标定，标定范围及内容包括：装置生产能力、产品分布、产品质量、物料及公用工程消耗、装置能耗等，从而找出装置满负荷工艺运行情况下出现的主要问题，做好今后装置生产优化、调整工作。2 MIP 工艺标定2.1 处理量和原料油性质2#催化装置实际加工量为2636.5t/d。装置的混合原料由上游二蒸馏装置的常三、常四、减压渣油，冷料罐区冷料（二蒸馏装置减一、部分减三），与二蒸馏装置减二、减四和四蒸馏装置常四、减四、减五经过蜡油加氢装置加工后的精制蜡油所组成。混合原料油性质分析数据分别见下表1。从馏程分析数据上看，总结标定时混合原料油初馏点、10v%、30v%、50v%馏出温度分别为177、281.5、379.2、430.7，混合原料轻组分相对较高；从原料四组成分析数据看，饱和烃含量44.35w%、芳烃含量49.75w%、胶质含量5.9w%、沥青质含量0w%，饱和烃组分低于MIP专用催化剂标定（限制值48.86w%）要求。标定期间混合原料密度909.7kg/m3（限制值密度907.9kg/m3）、残炭2.89%（m/m）（限制值2.75%（m/m）、重金属Ni=9.65mg/kg（限制值V7.77mg/kg）、重金属V=8.27g/g（限制值V7.4g/g），部分指标不满足MIP专用催化剂技术协议对原料油性质限制值的要求，会对MIP专用催化剂技术保证值产生影响。表1 混合原料油性质分析项目单位数据（石科院）密度（20）kg/m3909.7粘度（100）mm2/s8.45凝固点-15残炭w%2.89馏程初馏点177.05%249.610%281.530%379.250%430.770%507.5540馏出mL75.3MIP技术在催化裂化装置上的工业应用张锟俊中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司 北京 102500摘要：中国石化北京燕山分公司2#催化裂化装置于2021年升级改造为年加工量80万吨的多产异构烷烃的流化催化裂化技术（MIP）重油催化裂化装置。装置连续稳定运行满四个月后进行标定，标定结果表明：MIP技术改造后，干气和焦炭产率均有所增加，液化气产率增加约1.95个百分点，汽油研究法辛烷值（RON）为90.5，较改造前增加0.3个单位，汽油烯烃体积分数由32.2v%降低至22.1v%，说明MIP技术具有良好的降低汽油烯烃含量的能力，改造满足京B汽油质量升级的要求，MIP技术在“油转化”以及油品质量升级中起到积极作用。关键词：催化裂化 MIP 烯烃 41 2023年第10期工业、生产元素组成Cw%86.16Hw%12.31Nw%0.24Sw%0.46金属含量Femg/kg9.45Nimg/kg9.65Vmg/kg8.25Namg/kg2.75Camg/kg1.5四组分组成饱和烃w%44.35芳烃w%49.75胶质w%5.9沥青质w%0碱氮mg/kg763.52.2 催化剂装置采用MIP专用催化剂，新鲜剂平均单耗为1.15kg/t。标定期间新鲜剂加剂速率控制3t/d。同时加入占新鲜剂使用量约3%的RFS09硫转移助剂。标定期间新鲜催化剂性质见表2，新鲜催化剂的化验分析满足技术指标。表2 新鲜催化剂分析数据项目单位数据控制指标Al2O3%(w)49.547.0Na2O%(w)0.130.30Fe2O3%(w)0.220.60灼烧减量%(w)1213.0孔体积cc/g0.340.32比表面积m2/g248220微孔面积m2/g167表观松密度g/mL0.770.650.80磨损指数w%/h0.882.5粒度分布92.6020m，%()1.22.0040m%()18180149m%()92.689D（V，0.5）m69.965.080.0微反活性（800/4h）%(w)8374从平衡剂化学组成上看，平衡剂上镍含量为0.7w%左右，镍含量相对较高，将加剧脱氢反应的进行，使导致氢气、干气烯烃及焦炭产率增加，汽油产率降低，对产品分布不利。平衡剂钒含量约为0.9w%，平衡剂中钒含量相对较高，将促进分子筛因结构坍塌而造成永久失活，平衡剂上镍钒含量较高会使催化剂选择性变差、表观活性降低，进而使干气产率增加，轻质油产率降低7-9。平衡剂上的锑/镍比为0.38，说明钝化剂注入量满足平衡剂锑/镍比大于0.3的要求。总结标定时，平衡剂比表面积为109m2/g，比表面积略低，平衡剂比表面积越大，原料油分子与催化剂活性中心接触越充分，有利于催化裂化反应发生。从平衡剂的微反活性看，石科院、燕化科研试验站测定平衡剂的活性分别为67.5、67.2，活性较高。MIP工艺的设计理念通常采用高反应温度、低催化剂反应活性操作，活性过高会引起汽油选择性变差，气体和焦炭增多等问题，使得气压机和主风机负荷受限。从粒度分布上看，标定时平衡剂细粉（040m）含量为16.3v%，细粉含量较高有利于流化，4080m粉体含量为47.7v%，粗粉（80m）含量为36v%，粗度系数（粗粉含量/细粉含量）为2.2，满足平衡剂粗度系数不大于3的要求，说明MIP专用催化剂的流化性能较好7。总的来说，试用MIP专用催化剂后，平衡剂比表面积相对较低，可能与平衡剂中重金属钒含量高有关。2.3 标定期间主要操作条件标定期间根据生产安排，新鲜原料进料量FIQ001维持在110t/h左右（表量），-10#柴油进LTAG喷嘴回炼量0t/h，第一反应区出口温度TIC01301调整到530，生产平稳，其中标定期间主要工艺参数见表3。表3 操作参数表项目名称位号单位数据提升管第一反应区出口温度TIC01301530.2第二反应区温度TI10101517.6原料预热温度TI1201229.9新鲜原料进料量FIQ001t/h109.8急冷水流量FIC1129t/h4.5沉降器反应压力PI1119MPaG0.141沉降器藏量LIC101t13.1再生器再生压力PIC101MPaG0.181主风流量FIA104Nm3/h97993再生器密相温度TI111-3664.0再生器稀相温度TI111-2668.3再生器出口烟气氧含量AI1103v%1.52再生器藏量LI102t101.0催化剂总藏量t186.5外取热器外取流化风FIC1120Nm3/h5097.0空气提升管流化风FIC1121Nm3/h1403.7空气提升管提升风FICA1122Nm3/h5502.8外取热器温度TI1116500.0外取热催化剂藏量LIA1105t22.32.4 物料平衡本次标定后进行物料平衡核算，标定时间以48小时物料平衡数据为准。由物料平衡表可知，原料中加氢精制蜡油比例为46%，低于MIP专用催化剂技术协议中加工原料指标（65%），掺炼热渣比例为28.17%，掺炼续表1 42 工业、生产2023年第10期二蒸馏常三、常四、减一、减三比例为25.83w%，其中加氢精制蜡油性质相对较好，有利于产品轻质化。从产品分布上看，干气产率为3.53%，液化气产率为16.46%，汽油产率为45.27%，0#柴油产率为19.10%，油浆产率为6.56%，焦炭产率为8.48%，标定期间原料性质与2020年全年原料性质相当，干气产率增加0.16个百分点，液化气产率增加1.95个百分点，汽油产率降低2.42个百分点，柴油产率降低2.55个百分点，油浆产率增加0.26个百分点，焦炭产率增加2.88个百分点。MIP技术改造后，由于增加第二反应区，第二反应区的重时空速（WHSV）为1040h-1（油气停留时间5s），反应停留时间延长，反应深度增加，使得反应转化率增加，干气、焦炭产率增加，汽油、柴油产率降低，液化气产率增加7。2.5 装置能耗MIP技术改造后，装置能耗增加22.38kgEO/t，扣除热进（出）料能耗，装置能耗较改造前增加16.29kgEO/t，其中自产中压蒸汽能耗降低4.5kgEO/t，装置发电能耗降低1.21kgEO/t，输入低压蒸汽能耗降低1.24kgEO/t，输入中压蒸汽能耗增加1.45kgEO/t，催化烧焦能耗增加23.03kgEO/t，主要原因是MIP技术改造后，装置焦炭产率大幅增加，导致装置能耗增加。3 产品性质3.1 液化气液化气中丙烷含量为14.13v%，丙烯含量为41.31v%，丙烯相对于新鲜进料的产率为5.65w%；总丁烷含量30.16v%，总丁烯含量为14.38v%，氢转移指数为0.8，10月26日液化气中丙烯含量为36.45v%，10月27日中丙烯含量为46.16v%，分析误差较大。为了消除标定时采样偶然性的影响，统计MIP专用催化剂试用期间（2021年7月11日10月25日）液化气中丙烷、丙烯、总丁烷、总丁烯及氢转移指数，在MIP专用催化剂试用期间氢转移指数为0.78。3.2 稳定汽油由分析数据可知，燕化分析一站（色谱法）测定稳定汽油饱和烃含量为48.1v%，烯烃含量为22.8v%，芳烃含量为29.2v%，石科院（荧光法）测定稳定汽油饱和烃含量为57.6v%，烯烃含量为14.1v%，芳烃含量为28.4v%，两种分析方法数据存在偏差，分析准确性需进一步探讨。跟踪二催化装置运行情况发现，根据原料性质和操作参数控制调整，稳定汽油烯烃含量可在14v%到29.9v%灵活调整，烯烃含量平均在22.1v%左右，烯烃含量的灵活调整对于汽油池的调和起到关键作用。由标定分析数据可知，MIP技术改造后，烯烃含量明显降低，芳烃含量增加，说明氢转移反应增强。汽油中辛烷值较高的组分烯烃含量降低，芳烃含量增加，稳定汽油RON值较改造前增加0.3个单位。总结标定时“汽油辛烷值桶（汽油产率RON）”为4096.94较改造前4301.64降低204.7个单位。3.3 柴油由 分 析 数 据 可 知，-1 0#柴 油 初 馏 点 为156.5，-10#柴油中可裂化为汽油+液化气的潜在组分“饱和烃+单环芳烃”7含量为68.9w%，说明-10#柴油组分性质良好，仍可裂化生成汽油、液化气组分。因此在满足油浆密度1120kg/m3指标条件下，-10#柴油可以进LTAG喷嘴回炼，以多产汽油、液化气。0#柴油初馏点为188，而稳定汽油终馏点为210.75，汽柴油组分的重叠度为22.75，操作上可适当提高分馏塔20层温度，以降低汽柴油重叠度。MIP技术改造后，0#柴油密度与改造前（928kg/m3）相比有明显的上升，基本维持在936kg/m3左右（20），0#柴油的十六烷值随着密度的升高而下降，为22.5，主要是由于MIP技术主反应中的异构化和芳构化反应相比常规催化裂化发生程度高10，原料油的反应深度增加。3.4 油浆由标定数据可知，油浆密度为1110.85kg/m3，油浆固含为3g/L，上个运行周期油浆密度为1086.6kg/m3，油浆固含6.2g/L，开工初期油浆密度总体呈先上升后趋于稳定10，油浆密度稳定在1107kg/m3左右，较改造前（1085kg/m3）油浆密度升高明显。说明MIP改造后，反应深度增加，芳构化程度进一步增加，油浆性质变差，为保证装置长周期运行，需适当降低分馏塔底操作温度，以降低油浆系统结焦风险。4 结论MIP技术在燕山石化2#催化裂化装置上的工业应用，结果表明：（1）稳定汽油研究法辛烷值（RON）90.5，较改造前增加0.3个单位，汽油烯烃体积分数由32.2v%降低至22.1v%，满足京B汽油质量升级的要求。（2）MIP改造之后，增加第二反应区，反应停留时间延长，反应深度增加，使得反应转化率增加，干气、焦炭产率增加，汽油、柴油产率降低，液化气产率增加约1.95个百分点，MIP技术在“油转化”以及油品质量升级中起到积极作用。