催化裂化最大化生产汽油技术分析及措施

黄 顺 贤

（中国石油化工股份有限公司金陵分公司，南京210033）

催化裂化最大化生产汽油技术分析及措施

黄 顺 贤

（中国石油化工股份有限公司金陵分公司，南京210033）

根据中国石化金陵分公司1号催化裂化装置执行多产汽油方案的生产情况，从原料、催化剂、反应深度、产品拔出等方面分析了提高汽油产率的技术要领。通过采取以下措施：降低掺渣率、减压蜡油中掺入常减压重柴油馏分以改善原料性质；优化操作，挖掘生产潜能，提高处理量使装置满负荷运行；提高汽油干点，减少汽油、柴油馏分的重叠，拓宽汽油馏程等，实现增产汽油的目的。

催化裂化 汽油 优化

1 前 言

催化裂化作为石油的二次加工单元，承担着掺炼渣油、重质油轻质化的任务。催化裂化汽油是车用汽油的主要来源，我国催化裂化汽油约占车用汽油的70%[1]。由于催化裂化工艺具有原料加工灵活、产品方案多样、产品性质可调等特点，实际生产可根据产品市场需求状况，通过调节原料性质、反应深度以及产品拔出率等手段，优化操作，改变产品分布，达到增加目的产品的目的。

2009年2月，中国石化金陵分公司按照增产汽油的生产计划，及时调整1号催化裂化装置生产方案，围绕多产汽油的目标，不断优化操作参数，原料加工量达到4 100 t/d 以上，汽油产量突破2 000 t/d；汽油干点执行不大于208 ℃ 的标准后，其累计平均值为206.5 ℃。装置大处理量、满负荷平稳运行，创造了2006年MIP工艺[2-3]改造后装置运行的多项最好水平。本文结合1号催化裂化装置2009年2月份生产情况，总结并分析多产汽油工况下的工艺操作要点，旨在为催化裂化装置执行多产汽油生产方案提供技术参考。

2 原料性质及物料平衡

原料中的大分子烃类裂化为C5～C12汽油组分的反应选择性，是控制汽油产率的关键。一般认为，原料中烯烃、直链烷烃以及带侧链芳烃的含量越高，其裂解性能越好。因此，原料性质是影响汽油产率的关键因素。1号催化裂化装置原料主要由减压蜡油、减压渣油、精制焦化蜡油构成，涉及了管道、阿尔巴克拉、苏北、马杜里等油种，同时该装置还承担着重质芳烃、C5组分以及部分轻质污油的掺炼和改质任务。提升管混合进料性质见表1。从表1可以看出，混合原料残炭低，500 ℃馏出率在80%左右。2009年2月下旬常减压重质柴油的掺入，大大改善了原料性质，为多产汽油提供了先决条件。

通过改善原料组成提高汽油产率，主要采取的措施如下：

（1）提高原料中蜡油的比例、降低掺渣率，改善提升管混合进料的性质。在维持反应-再生系统热平衡、物料平衡的基础上，尽量降低原料中富含稠环芳烃、胶质、沥青质等不易裂解组分的渣油、精制焦化蜡油的掺炼比例。

（2）将常减压蒸馏装置重质柴油掺入减压蜡油或降低减压蜡油初馏点。常减压柴油十六烷值一般为50～60，富含可进一步催化裂化为汽油馏分的组分。自2009年2月21日起，为实现多产汽油，减压蜡油中掺入了30%的常减压重质柴油，混合原料性质明显改善。与常减压柴油相比，催化裂化柴油含有较多的多环芳烃，十六烷值一般为25～30，可裂解性能较差[4]；而且自产柴油回炼相当于提高了装置的回炼率，同时还降低了提升管总进料量。因此，操作上不宜采用自身柴油回炼方式提高汽油产率。

表1 混合原料性质

（3）掺炼装置外来重质芳烃、C5组分、管网压油等轻质油。这部分油品80%能进入汽油馏分，对增产汽油的贡献显著。

在采取上述措施的基础上，最大化发挥装置的处理能力、满负荷生产，提高了汽油总产量。2009年2月，随着原料性质的改善，提升管进料量逐步加大。装置物料平衡见表2，其中方案2处理量大于方案1，其主要区别是急冷油的注入量不同。从表2可以看出，在多产汽油期间，装置处理量较大，达到满负荷生产，提升管总进料量平均在177 t/h以上；汽油产率在47%以上。因此，最大限度地发挥装置加工处理潜能，是提高汽油总产量的关键。

3 反应深度

“大反应深度、小回炼率”，即提高单程转化率，是催化裂化工艺提高轻质油产率的一个重要原则，但并不是反应深度越大越好。催化裂化反应为平行顺序反应，在大反应深度的条件下，汽油组分可进一步裂化生成低碳分子的气体产品。从化学反应动力学的角度分析，汽油产率存在最大值点。汽油产率最大化，即要求反应深度控制在汽油产率的最大值点附近。多产汽油方案的主要工艺条件见表3。

表2 装置物料平衡

表3 主要工艺条件

影响反应深度的操作变量有：反应温度、反应压力、反应时间、原料预热温度、催化剂活性等。反应压力控制在180～185 kPa （表压），压力调整主要是为了确保反应-再生系统催化剂正常流化，一般不作为改善产品分布的调节手段。正常工况下，原料预热温度为200～210 ℃，当减压蜡油中掺入一定比例的柴油组分时，混合原料性质较轻，为防止气化造成进料波动，预热温度宜控制在180～190 ℃。催化裂化反应时间一般为2～3 s，实际操作中反应时间也不作为独立的调节手段。因此，反应温度和催化剂活性是控制反应深度的主要操作变量。

3.1 反应温度的控制

催化裂化反应为吸热的化学反应，反应温度影响裂化反应的速率，温度越高，反应越快。在多产汽油的实际操作中，提升管第一反应区的温度控制在530 ℃左右，第二反应区顶部出口温度控制在510～515 ℃。由表3可见，方案2的提升管第一反应区的温度高于方案1，方案2第二反应区顶部出口温度低于方案1，这是因为方案2中提高了提升管第一反应区顶部急冷油的注入量。方案2第一反应区温度高，有利于促进原料中的大分子烃裂化生成汽油组分，注入急冷油降低第二反应区的温度，有效地抑制二次裂化反应，防止汽油组分进一步裂化生成液化气组分。因此，通过增加急冷油的注入量，提高第一反应区反应温度，降低第二反应区温度，可以发挥MIP工艺的特点，达到提高反应深度、增产汽油的目的。

反应所需要的热量主要由催化剂再生烧焦产生的热量提供。当提升管进料量在165 t/h以上、再生床层温度较低时，反应部分呈现出的一个突出问题是反应温度较低，不足以满足大反应深度、多产汽油的需要。若催化剂的循环量较大（表现在再生滑阀开度大于40%），尤其是在系统藏量较低的工况下，不宜再通过增加滑阀开度来达到提高催化剂循环量从而提高反应温度的目的。因为滑阀开度过大，易出现催化剂循环流化失常，造成反应温度大幅波动的现象。因此，在提升管进料负荷较大且原料较轻的工况下，可通过降低再生器外取热量，提高再生剂的温度，或者适当提高原料掺渣率，增加生焦、烧焦量，使反应-再生系统达到一个新的热平衡状态，从而实现提高反应温度的目的。

3.2 催化剂的性质

催化裂化反应遵循正碳离子反应机理，即烃分子在催化剂酸性中心的作用下生成正碳离子，再进一步发生β键断裂，生成小的烃分子。平衡催化剂的性质见表4。催化剂的活性是影响裂化反应深度的重要因素，据文献[5]报道，催化剂活性在64～71的范围内，活性每增加1个单位，汽油产率增加0.8%。由上述可知，混合原料本身残炭低、反应生焦少，系统平衡剂再生效果好，因此定炭为0.01%，平衡催化剂的微反活性平均为59。1号催化裂化装置平衡催化剂活性一直较低，其原因不仅是原料中的Fe,Ni,Na,Ca等重金属含量高，对平衡剂酸性中心及结构有影响，而且还与前置烧焦罐式快速床再生烧焦强度大、催化剂水热失活有关，后者是装置本身的特点决定的。为提高系统平衡催化剂的活性，通常采用的方法是增加新鲜剂的补充量。2009年2月催化剂单耗达1.39 kg/t。

表4 平衡剂的性质

4 提高汽油产品拔出率

催化裂化反应生成的混合油气需要经过分馏、吸收稳定、脱臭等单元操作分离出稳定汽油，再经油品调合方能出厂。催化裂化装置后续的产品分离单元操作影响汽油产品的拔出率。拓宽汽油馏程、降低汽油与柴油产品重叠率以及降低液化气中C5组分含量是产品分离环节提高汽油收率的主要操作手段。

4.1 汽油干点的控制

汽油干点的调节主要是通过控制分馏塔顶部操作实现的。根据车用汽油排放标准GB 17930的规定，汽油干点不大于205 ℃。一般催化裂化汽油干点也是控制在不大于205 ℃的范围内，但是从产品出厂调合环节分析，汽油干点常常低于该标准，说明催化裂化汽油干点仍有提高的余地。因此，为满足增产汽油的需要，自2009年2月21日起，按照中国石化金陵分公司的要求，催化裂化汽油干点按不大于208 ℃的标准控制。图1给出了2009 年2月汽油干点控制情况。由图1可以看出，2009 年2月21日之前汽油干点控制在202～205 ℃,2009 年2月21日之后控制在206～208 ℃。提高汽油干点，操作上表现为在分馏塔顶油气分压不变的工况下，分馏塔顶温度提高2～4 ℃。因此，分馏塔顶部气相负荷增大，再加上20层塔盘以上缩径，整个分馏塔压降明显增加，中上部塔盘气液相传质分离效果降低，给分馏塔平稳操作以及汽油产品质量控制增加了难度。

图1 2009年2月汽油干点变化趋势

为了降低分馏塔中上部负荷，在不影响原料雾化以及待生剂汽提效果的前提下，反应-再生系统的蒸汽用量降低3 t/h。顶循环量以及一中循环量过大，也容易造成分馏塔压降过大，实际操作经验表明，顶循环量宜控制在130～135 t/h，一中循环量宜控制在110～115 t/h。在反应处理量及反应深度恒定的情况下，顶循环量、一中循环量不宜作大幅调节，可通过调整二中返塔温度或循环量，必要时也可调节油浆循环上返塔量，来控制分馏塔的热平衡。

顶部油气分压影响汽油干点，塔顶温度与油气分压同向变化，即油气分压增加，塔顶温度也需相应提高，除此之外，顶循环28层抽出温度影响汽油干点,28层抽出液相经换热后，直接进入塔顶32层塔板，与31层上升的气相仅发生一次气液接触，一旦发生雾沫夹带，容易造成汽油干点不合格。因此，控制好28层抽出温度是控制汽油干点的关键。

重质芳烃是生产高辛烷值汽油的调合组分。目前1号催化裂化装置分馏塔重芳烃掺炼量控制在0～20 t/h。掺炼重质芳烃不仅影响装置汽油产量而且对分馏塔操作、汽油干点的控制有一定的影响。重质芳烃进入分馏塔27层，其掺炼量直接影响28层抽出温度。表5 给出了重质芳烃掺炼量与顶循环28层抽出温度相匹配的经验操作参数。

表5 重质芳烃掺炼量与顶循环抽出温度的关系

4.2 稳定汽油蒸气压的控制

GB 17930—1999规定车用汽油蒸气压不大于88 kPa（冬季标准），汽油蒸气压向上限靠，也是提高汽油产率的操作手段之一。稳定汽油中C4组分直接影响汽油的蒸气压，汽油的辛烷值随着蒸气压的升高而增加，一般汽油中C4组分含量为3%～6%。因此，适当提高汽油蒸气压，不仅有利于提高汽油的产率，而且也有利于提高汽油的辛烷值。

在实际操作中，通过降低稳定塔底的温度，将一部分C4烃压入塔底稳定汽油馏分，实现增加汽油收率的目的。但是汽油的蒸气压也不宜过高，应控制在75～82 kPa。汽油蒸气压过高会造成汽油严重带烃，汽油调合过程中损失增加，也是不经济的。因此，提高汽油蒸气压，不应作为增产汽油的主要操作手段。

4.3 提高柴油初馏点

提高柴油的初馏点，是从减少汽油、柴油馏分重叠的角度提高汽油收率的方法。柴油塔的汽提效果是影响柴油初馏点的关键，影响柴油汽提效果的因素包括塔盘结构、汽提蒸汽量、塔内油气分压、柴油的停留时间等。在柴油塔注入蒸汽，降低塔内的油气分压，使得柴油中的轻组分易于沿挥发线返回分馏塔，进入塔顶汽油组分中，通常汽提蒸汽用量控制在2～4 t/h。柴油在塔内的停留时间主要是通过塔液位来控制的。2009年2月柴油初馏点控制情况见图2。从图2可以看出，柴油初馏点控制不稳、波动较大，主要是由设备的原因造成的。目前操作上主要通过柴油泵出口节流、手动控制柴油流量，间断性地控制柴油 塔液面，导致柴油塔的液位较难长时间控制平稳，常出现空塔或满塔的极端情况，造成柴油初馏点控制不稳。2009年2月柴油初馏点分析结果中，个别样品高达200 ℃以上，表明操作上具有控制柴油初馏点在200 ℃以上的可能性。综上所述，平稳控制柴油塔的液位（控制在30%～50%），避免长时间出现空塔或满塔现象，确保柴油在塔内的汽提效果，是提高柴油初馏点的关键。

图2 2009年2月柴油初馏点变化趋势

5 结 论

（1）多产汽油的关键是通过采取降低掺渣率、减压蜡油中掺入常减压重柴油馏分、争取外来轻质油掺炼等措施改善原料性质；降低装置瓶颈约束、挖掘生产潜能；提高装置处理量，达到满负荷平稳运行。

（2）反应操作应按照“大反应深度、小回炼率”的原则，提高单程转化率，增加原料大分子烃类转化为汽油组分的比例。反应温度宜控制在530～535 ℃；通过增加新鲜催化剂的补充量来提高系统平衡催化剂的活性，平衡催化剂微反活性应不小于60。

（3）产品分离部分提高汽油产率的操作要点是，在满足汽油出厂质量标准的前提下，提高催化裂化汽油干点以及蒸气压，拓宽汽油馏程，减少汽油、柴油馏分的重叠。

[1] 陈俊武.催化裂化工艺与工程[M].第2版.北京：中国石化出版社，2005:461-462

[2] 许友好，张久顺，龙军.生产清洁汽油组分的催化裂化工艺MIP[J].石油炼制与化工，2001,32（8）:1-5

[3] 许友好，张久顺，马建国，等.生产清洁汽油组分并增产丙烯的催化裂化工艺[J].石油炼制与化工，2004，35（9）:1-4

[4] 马伯文. 催化裂化装置技术问答[M].第2版.北京：中国石化出版社，2007:218-219

[5] 陈俊武.催化裂化工艺与工程[M].第2版.北京:中国石化出版社，2005:867-868

TECHNICAL ANALYSIS AND MEASURES FOR MAXIMIZING GASOLINE PRODUCTION IN FCC UNIT

Huang Shunxian
（SINOPEC Jinling Company,Nanjing 210033）

Maximizing gasoline production in No.1 FCC unit of SINOPEC Jinling Company was introduced. The technical principles to increase gasoline yield were reviewed from the view of FCC feedstock, catalyst,reaction severity and product separation. Technical measures,such as adding heavy diesel fractions in feed to reduce residue blended ratio and improve feedstock properties;optimizing operation conditions to reach full capacity production; broadening the gasoline boiling range by increase gasoline dry point and decrease the overlapping of gasoline and diesel fractions,were proposed and realized to enhance the gasoline yield.

f l uid catalytic cracking;gasoline;optimization

book=2010,ebook=27

2009-07-10；修改稿收到日期：2009-09-09。

黄顺贤，助理工程师，2007年毕业于石油化工科学研究院工业催化专业并获硕士学位，现从事催化裂化生产技术工作。已公开发表论文4篇，申请专利2项。