催化裂化装置剂油比计算公式推导

杨大伟，谭卫东，孙晓飞，刘宗强，谷红锐

(1.山东骏飞环保科技有限公司，山东 淄博 255400； 2.中国石化资产经营管理公司齐鲁分公司，山东 淄博 2554341； 3.中国石油长庆石化公司，陕西 咸阳 712000； 4.中国石油大庆炼化分公司，黑龙江 大庆 163411； 5.东营市海科瑞林化工有限公司，山东 东营 257237)

催化裂化装置在石油加工过程中占有十分重要的地位，近80%的汽油和30%以上柴油由催化裂化装置提供，同时也是炼油企业重质油轻质化的核心装置，是炼厂提高原油加工深度、生产高辛烷值汽油、柴油及液化气的最重要的工艺过程[1]。在催化裂化工艺过程中剂油比参数的调整直接影响裂化深度、产品转化率、反应选择性及反再系统的热平衡等重要指标，同时也是催化工艺计算的重要环节，因此对催化裂化装置生产过程中进行剂油比的监测和跟踪计算非常必要。目前工业催化裂化装置计算剂油比参数，主要以热平衡和物料平衡这两种方法为主，两种计算结果偏差较大，存在精度比较低[2-4]等问题。为此，贺娇等[2]提出利用提升管出口特有的T型弯头结构及其压降特性，在不改变原有提升管出口结构的基础上，开发了一种可以对剂油比进行实时检测的方法。该方法需要在T型弯头的进口和出口的合适位置设置两个压力传感器，通过测量压力获得压降，再通过油气量和提升蒸汽量确定提升管油气混合气速度和油气混合密度，即可计算出进入提升管的催化剂质量流速和剂油比。该检测方法具有可行性和测量数据的可信性，但需获得提升管内颗粒质量流率测量模型，引入参数过多，计算复杂，对于多数装置特别是老装置不实用。因此推导出简单易行计算方便的剂油比计算方法对催化裂化装置特别是旧装置工艺过程控制和调节有着十分重要的指导意义。本文主要利用催化装置生焦与烧焦碳平衡推导剂油比计算公式。

1 计算公式推导

以高低并列两段再生工艺为例(见图1)，利用反应系统生焦与再生系统烧焦平衡关系推导剂油比计算公式。

图1 FCC反再系统工艺图Figure 1 Process diagram of FCC reaction regeneration system

设定装置总进料量为M1,t·h-1；装置原料生焦量为M2,t·h-1；原料生焦率为c1；装置再生器进入提升管再生剂循环量为G1,t·h-1；装置沉降器进入烧焦罐待生剂循环量为G2,t·h-1；装置出沉降器待生剂的含碳量为c2；装置提升管剂油比为ξ。

单位时间内的进料和生焦量存在如下关系：

M2=M1×c1

式①

正常平稳生产过程反再系统烧焦罐、再生器、沉降器等催化剂循环处于动态平衡状态，汽提段、再生器催化剂藏量稳定不变，即进入提升管的再生剂单位时间循环量等于沉降器进入烧焦罐待生剂的循环量，即存在如下关系：

G1=G2

式②

同理，在反再系统催化剂循环量处于动态平衡过程中，出沉降器的待生剂单位时间所含的焦炭量与装置小时生焦量存在如下关系：

M2=G2×c2

式③

由式②和式③可以得到：

G2×c2=G1×c2=M2

式④

由式①和式④可以得到：

G1×c2=M2=M1×c1

式⑤

由式⑤可以得到：

G1=M1×c1/c2

式⑥

剂油比即为单位时间进入提升管中的再生剂与总进料的比值，即：

ξ=G1/M1=(M1×c1)/(c2× M1)=c1/c2

式⑦

最终得到剂油比的计算公式，即装置总进料小时生焦率与待生剂含碳量的比值，而c1和c2在生产过程中较容易检测。

2 应用讨论

2.1 公式意义

由最终得出的剂油比公式⑦可以看出，其意义为单位时间总进料进入提升管反应器经过催化裂化后转化为焦炭的质量百分占比与待生催化剂上含碳量的比值，与进料量、压力、温度等参数无直接关系，只与原料转化为最终燃烧的焦炭量和待生剂的含碳量有关。剂油比即单位时间进入提升管中的再生剂与总进料的比值，但公式⑦反映了剂油比的本质意义，即进入提升管中的总进料经过催化反应后转换为可烧焦的焦量相对总进料的占比与同时进入提升管反应器参与总进料催化反应的催化剂转变为待生剂含碳量的比值。

2.2 公式讨论

依据公式⑦，计算出催化裂化产品中的生焦率和测定待生剂的含碳量是计算装置剂油比的关键，剂油比数值的准确性与催化产品中的生焦率计算和待生剂含碳量测定的准确性有直接关系。公式⑦中产品生焦率的计算只与原料转化为最终燃烧的焦炭量和待生剂的含碳量有关，与进入油气中可汽提的焦碳量无关。相比目前多数催化裂化装置采用热平衡法计算公式[5]，公式⑦引入的参数较少，推断与实际误差相对较小。而通过热平衡法计算剂油比因引用了温度、热量等参数，增加了最终结果的误差。因此目前不管哪种方法计算的剂油比均与实际有偏差，具体偏差多少现阶段仍不能确定，各有优缺点，只能通过不同方式计算的结果相互对比参考。但通过公式⑦计算简单灵活方便，对催化现场工艺管理者特别老装置有很大的指导意义。

随着炼化企业智能化程度的不断提高[6]，目前国内的催化装置基本配备实时在线催化烟气检测，通过对催化烟气检测直接计算显示实时催化产品生焦率，因此各装置对生焦率的计算和统计准确性较高。同时待生剂含碳量的测定可通过定碳仪准确测定，结果较为准确。通过取一天内生焦率、待生剂含碳量多个数据的平均值，可以最大程度减少公式⑦计算结果的误差。

2.3 结果验证

为了对比公式⑦与热平衡法计算的结果，对国内多套不同原料、不同结构的催化装置进行了剂油比数据统计对比，数据采用24 h内多个数值的均值，结果如表1。

表1 不同计算方式剂油比数值

由表1可以看出，12套不同结构、不同原料的催化装置通过两种公式计算的剂油比结果绝对误差较小，最小的绝对误差值为0.1，最大的相对误差绝对值为0.21，且两种公式计算的剂油比相对误差之和的绝对值仅为0.07，虽然不同方式计算的结果存在误差，最终相对误差的平均值较小，说明公式⑦计算得剂油比值具有简单、可靠和可行性强特点。

3 结 论

(1)推导的剂油比公式表明，剂油比的本质意义即进入提升管中的总进料经过催化反应后转换为可烧焦的焦量相对总进料的占比与同时进入提升管反应器参与总进料催化反应的催化剂转变为待生剂的含碳量的比值，反映了单位催化剂上有多少原料进行反应并在其上沉积焦炭。

(2)利用催化装置生焦烧焦碳平衡推导出催化裂化装置剂油比计算公式，简单可靠，可行性强，对催化裂化工艺现场管理有重要实际指导意义。