浅析催化裂化装置液化气中C5含量的优化控制

杜明汉

(珠海裕珑石化有限公司，广东 珠海 519000)

催化裂化过程是在催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的反应。重油催化裂化的一个重要产品就是石油液化气，其产率一般可达到30%左右，其中C5含量一般控制小于3%，当液化气中，造成液态烃中残液增多，使产品收率下降，且对后续加工亦不利，因此在催化裂化过程，通过工艺控制，降低C5含量非常重要。

1 装置概况

某石化公司催化裂化装置设计加工能力为100万吨/年，加工由减压蜡油、减压渣油、和脱沥青混合而成的重质油，主要产品包括90号汽油、轻柴油、液化气和油浆[1]。

该装置引进了美国石韦工程公司的道达尔专利技术，其主要特点是两段高温再生，反应进料高度雾化，采用蒸汽预提升等所谓高温短接触反应条件和主风分布环提供良好的主风分配等。为提升装置运行效率，该装置先后进行了两次较大的改造：

(1)新增外取热器，提高装置的掺渣能力，提升管新增蜡油进料、稳汽回炼、油浆回炼及终止剂喷嘴，原料组分选取择性裂化，提高理想产品收率：

①沉降器新增汽提挡板，延长催化剂与汽提蒸汽的接触时间；

②在二再烟道增加烟气取热器，有效降低一、二再烟气混合的温度；

③吸收稳定四塔改为填料塔；

④CO锅炉改造增大燃烧室，改善燃烧效果。

(2)对该装置锅炉的改造，将外取热器自产饱和中压蒸汽部分引至锅炉过热。

该装置主体设备包括烟气轮机—轴流风机—汽轮机—电机/发电机四机组、反再三器、第三级旋风分离器、CO锅炉、分馏塔、气压机、吸收稳定四塔和含氰污水解塔，四机组全套国产化，能量回收手段齐全，装置控制由美国FOXBORO公司的IA/S完成，可靠性程度和自动化程度较高。

2 工艺流程

工艺流程如图1所示。

图1 重油催化裂化装置吸收稳定系统流程图Fig.1 Flow chart of absorption and stabilization system of heavy oil catalytic cracking unit

(1)吸收-稳定系统是利用吸收稳定和精馏的方法，将富气和粗汽油分离成干气，液化气和蒸气压合格的稳定汽油，主要由吸收塔(T-301)、再吸收塔(T-302)、解吸塔(T-303)及稳定塔(T-304)组成。

(2)从分馏塔(T-201)顶油气分离器出来的富气中带有汽油组分，而粗汽油中则溶有C3、C4组分，经气压机两段(C-301)加压到1.2 MPa(绝)，经冷凝冷却后，与来自T-301底部的富吸收油以及T-303顶部的解吸气混合，然后进一冷却到40 ℃，进入平衡罐(V-303)进行气液分离，然后不凝气和凝缩油分别送去T-301和T-303。为了防止硫化氢和氮化物对后部设备的腐蚀，在冷却器的前、后管线上以及对粗汽油都打入软化水洗涤，污水分别从V-303和粗汽油水洗罐排出[2]。

(3)T-301操作压力约1.2 MPa(绝)。粗汽油作为吸收剂由T-301第20或第25层打入，稳定汽油作为补充吸收剂由塔顶打入。从V-303来的不凝气进入T-301底部，自下而上与粗汽油、稳定汽油逆流接触，气体中≥C3组分大部分被吸收(同时也吸收了部分C2)。吸收是放热过程，较低的操作温度对吸收有利，故在T-301设两个中段回流。T-301塔顶出来的携带有少量吸收剂(汽油组分)的气体称为贫气，经过压力控制阀去再T-301。经T-302用轻柴油馏分作为吸收剂回收这部分汽油组分后返回分馏分。从T-302塔顶出来的干气送到瓦斯管网，T-302的操作压力约1.0 MPa(绝)。

(4)富吸收油中含有C2组分不利于T-304的操作，T-304的作用就是将富吸收油中的C2解吸出来。富吸收油和凝缩油从V-303底抽出与稳定汽油换热到80 ℃后，进入T-303顶部，T-303操作压力约为1.5 MPa(绝)。塔底部有重沸器供热(用分馏塔的一中循环回流作热源)。塔顶出来的解吸气除含有C2组分外，还有相当数量的C4、C3组分，与压缩富气混合，经冷却进入平衡罐，重新平衡后又送入T-301。塔底为脱乙烷汽油。脱乙烷汽油中的C2含量应严格控制，否则带入稳定塔过多的C2会恶化T-304顶冷凝冷却器的效果，被迫排出不凝气而损失C3、C4。

(5)T-304实质上是一个从C5以上的汽油中分离出C3、C4的精馏塔。脱乙烷汽油与稳定汽油换热到115 ℃，打到T-304中部。T-304底有重沸器供热(常有一中循环回流作热源)，将脱乙烷汽油中的C4以下轻组分从塔顶蒸出，得到以C3、C4为主的液化气，经冷凝冷却后，一部分作为塔顶回流，另一部分送去脱硫装置。塔顶产品是蒸气压合格的稳定汽油，先后与脱乙烷汽油、T-303进料油换热，然后冷却到40 ℃，一部分用泵打入T-301顶作补充吸收剂，其余部分送出装置。T-304的操作压力1.2 MPa(绝)，为了控制T-304的操作压力，有时要排出不凝(称气态烃)，主要是C2并夹带少量的C3、C4。

3 操作工艺优化及效果分析[3-5]

3.1 液化气中C5含量过高的主要原因

控制C5的含量，关键在于控制好T-304的操作温度和操作压力，分为塔顶和塔底两段的温度，塔顶回流量和塔底再沸器出口温度分别着影响塔顶和塔底温度，进料温度也能影响到全塔的温度，全塔的操作压力由T-304进料、塔顶回流量和L-304冷却效果来决定。液化气中C5含量过高主要是有以下几种原因：

(1) T-304塔顶的回流量过小，塔顶温度高；

(2)T-304重沸器温度高；

(3)T-304压力低，或波动大；

(4)进料温度高，或进料位置偏上；

(5)塔顶冷却能力不足。

3.2 操作温度的影响

塔顶温度对越高，塔内饱和蒸气压越高，C5组分越容易沸腾，液化气中的C5含量越高。如：在当塔顶操作压力都是在980～1000 kPa的条件下，塔顶温度在54 ℃时，C5含量仅0.16%，当上升到60 ℃时C5含量就上升到0.49%，差不多要超出了指标要求。而且温度高时，每升高一度，C5含量上升得越明显。如表1所示。

表1 塔顶温度对C5含量的影响Table 1 Effect of tower top temperature on C5 content

图2 T304塔顶温度与液化气C5含量关系Fig.2 Relationship between T304 tower top temperature and C5 content of liquefied gas

但是塔顶温度不能太低，否则，所得液化气的蒸气压会过高，也就不能保证其质量合格，而且还会降低干气的收率。一般要求控制在60 ℃左右。

3.3 操作压力的影响

塔顶操作压力也是一个重要的影响因素，在温度相同的条件下，压力越高，C5越容易沸腾，液化气中的C5含量越高。如：在T-304塔顶温度都是在56 ℃时，当塔顶压力为945 kPa，C5含量为0.41%，当压力为1102 kPa，C5则为0.09%。如表2所示。

表2 塔顶压力对C5含量的影响Table 2 Effect of tower top pressure on C5 content

图3 T304塔顶压力与液化气C5含量关系Fig.3 Relationship between T304 tower top pressure and C5 content of liquefied gas

同样T-304塔顶的操作压力也不能太高，一般控制在1109 kPa。

调节T-304温度和压力的方法有：

①适当增加回流量，提高回流比，降低回流温度；

②在保证汽油蒸气压合格的前提下，降低T-304底温度；

③适当提高T-304压力，并保持平稳；

④根据季节变化、进料温度、选择适当的进料口，提高精馏效果；

⑤增强L-304的冷凝冷却效果；

⑥热旁路调节幅度不应过大，此外，应勤分析操作参数，及早发现塔盘堵塞并处理。

4 结 论

在催化裂化中，反应-再生系统良好稳定地运行固然重要，吸收稳定系统动行状态也非常关键。为了提高经济效益，将液化气中的C5控制在较低水平，不仅要在反应-再生系统控制好操作条件，更要在吸收稳定中控制好稳定塔中温度、压力的操作参数。尤其是塔顶部位，其中有塔顶回流量与温度、塔顶冷却能力、塔底重沸器温度、全塔压力、进料温度及位置、馏出塔板层等几个关键因素。要严格按照参数指标来运行，既不能太高也不能太低。