靈活雙效催化裂化FDFCC裝置技術(shù)改造

1、靈活雙效催化裂化（FDFCC）裝置技術(shù)改造華冬梅 羅文吾 王萌（長嶺煉化工程設(shè)計(jì)有限公司，岳陽 414000）摘要：文章介紹了一項(xiàng)在靈活雙效催化裂化工藝中的技術(shù)改造，即通過提高粗汽油進(jìn)提升管的溫度，增加再生器內(nèi)取熱器等措施，達(dá)到節(jié)能降耗，提高裝置摻渣量，增加裝置操作靈活性的目的。通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，采用上述改造，可以增產(chǎn)3.5MPa蒸汽4.2t/h，提高裝置摻渣量3t/h左右。關(guān)鍵詞：FDFCC 技術(shù)改造 節(jié)能1 前言在我國煉油工業(yè)二次加工工藝中，催化裂化工藝占有極其重要的位置，國內(nèi)市場中汽油和柴油的絕大部分都來自于催化裂化1；同時它又是煉油能耗大戶，其加工能耗幾乎占煉油裝置總能耗的1/32。為

2、了適應(yīng)原油不斷變重、油品質(zhì)量指標(biāo)日趨嚴(yán)格及多產(chǎn)柴油、丙烯和液態(tài)烴的要求，近年來，國內(nèi)催化裂化新技術(shù)的研究和應(yīng)用十分活躍，競相出現(xiàn)了MIP3、MGD和FDFCC等技術(shù)，在提高裝置輕收、改善油品質(zhì)量方面收到了較好的效果。但是，由于FDFCC技術(shù)增設(shè)了粗汽油回?zé)捪到y(tǒng)，裝置能耗較原工藝有明顯增加。某公司1#重油催化裂化裝置于19961997年在原來的型蠟油催化裂化裝置的基礎(chǔ)上改造為兩器同軸式重油催化裂化裝置，設(shè)計(jì)規(guī)模為1200 kt/a，1997年4月6日開車一次成功。為了實(shí)現(xiàn)降低催化汽油烯烴含量并多產(chǎn)丙烯的目標(biāo),利用2003年4月裝置大檢修增設(shè)靈活雙效催化裂化（FDFCC）工藝設(shè)施，處理2#重油催化

3、裝置粗汽油，即進(jìn)行了FDFCC-I的工藝改造。該工藝采用雙提升管工藝流程，在第一根提升管反應(yīng)器進(jìn)行重油催化裂化，在第二根提升管反應(yīng)器進(jìn)行催化汽油改質(zhì)并多產(chǎn)丙烯。2006年4月，1催化裝置進(jìn)行了FDFCC-III工藝技術(shù)改造，為了平衡熱量，將原再生器的6組內(nèi)取熱管取消，保留外取熱器。經(jīng)過2年多的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，外取熱工況不穩(wěn)，產(chǎn)汽下降，經(jīng)常波動，同時汽油提升管作為平衡再生器剩余熱量的手段到后期也受到限制，且裝置到后期生焦率明顯上升，再生器過剩熱量增加，裝置處理能力及摻渣能力降低；同時改造后能耗很高，達(dá)到86.53kg標(biāo)油/t4，雖然經(jīng)歷次改造后能耗指標(biāo)已有顯著改善，但與國外同類裝置相比，還有很大潛力可

4、挖。為了解決以上問題，擬對催還裝置進(jìn)行技術(shù)改造。FDFCC工藝流程圖見圖1。圖1 靈活雙效催化裂化（FDFCC）工藝流程示意圖Fig. 1.1 The flow diagram of FDFCC2 改造內(nèi)容2.1 提高汽油提升管進(jìn)料溫度 技術(shù)方案從圖1可以看出，現(xiàn)有粗汽油的流程是：來自主分餾塔塔頂分液罐40的液相粗汽油在經(jīng)泵升壓后，不經(jīng)預(yù)熱直接進(jìn)入輔助提升管反應(yīng)器，與來自再生器的高溫催化劑直接接觸，通過催化反應(yīng)，完成降烯烴等改質(zhì)過程。從工藝流程分析，液相粗汽油40進(jìn)料與高達(dá)690左右催化劑直接接觸，必然導(dǎo)致粗汽油在催化劑表面的不均勻分布和延長油劑接觸時間，加劇縮合和裂解反應(yīng)，生成焦炭和干氣，從

5、而提高裝置能耗和降低汽油收率。與此同時，低溫粗汽油和高溫再生催化劑直接混合將產(chǎn)生巨大的混合火用損，嚴(yán)重降低反再系統(tǒng)能量利用品質(zhì)。造成輔助提升管系統(tǒng)過程火用損大的主要原因除了高溫再生催化劑與低溫粗汽油混合傳熱火用損耗之外，輔助分餾塔系統(tǒng)回流熱的利用不合理也是過程火用損大的原因之一。所以，利用輔助分餾系統(tǒng)的熱量加熱粗汽油，并優(yōu)化其換熱流程，是降低回收環(huán)節(jié)過程火用損的有效途徑。與此同時，提高粗汽油的進(jìn)料溫度，減少輔助提升管內(nèi)油劑接觸溫差，又是降低利用環(huán)節(jié)火用損的關(guān)鍵。因此，提高粗汽油的進(jìn)料溫度，降低油劑接觸溫差，可以改善反應(yīng)產(chǎn)品分布，減少焦炭和干氣生成量，同時達(dá)到降低能耗的目的?；谝陨险撌?，擬將汽

6、油提升管冷進(jìn)料改為熱進(jìn)料。圖2 改造流程示意圖粗汽油的加熱溫度受以下因素的影響：（1）現(xiàn)有噴嘴結(jié)構(gòu)的影響：粗汽油隨著溫度的升高，密度逐漸降低，尤其至110左右時，開始?xì)饣?，噴嘴氣速增加明顯。若進(jìn)料噴嘴不做相應(yīng)優(yōu)化，則會導(dǎo)致氣速過高，容易造成催化劑磨損，細(xì)小的催化劑顆粒被油氣帶走，降低劑油比，同時過高的氣速對提升管器壁沖蝕嚴(yán)重。（2）分餾系統(tǒng)熱源的影響：分餾系統(tǒng)主要熱源為各中段回流取熱，其中，高溫位熱量(循環(huán)油漿)通常作為原料加熱和發(fā)生中壓蒸汽熱源，熱量利用比較合理；中高溫位熱量(一中、二中回流)通常供應(yīng)高溫位熱阱(解吸塔塔和穩(wěn)定塔底再沸器)，其熱量基本平衡；中低溫位熱量(輕柴油、頂循、塔頂油氣

7、、穩(wěn)定汽油等)，主要用于加熱本裝置內(nèi)低溫工藝物流以及供應(yīng)氣分裝置用熱需求，其熱量過剩較多，多于熱量常發(fā)生熱水或夏季通常由冷卻水取走。對于FDFCC工藝，多余的中低溫位熱量可用于預(yù)熱粗汽油，提高粗汽油進(jìn)提升管溫度，從而有利于反再系統(tǒng)中壓蒸汽產(chǎn)量的增加和分餾系統(tǒng)冷卻負(fù)荷的降低。但粗汽油預(yù)熱不宜采用中高溫位以上熱源，粗汽油預(yù)熱溫度宜控制在200以下，其原因有二：第一，若要將粗汽油加熱至200以上，必須采用高溫位熱源，高溫位熱源本身可直接發(fā)生中壓蒸汽，而預(yù)熱粗汽油的熱量最終也由反再系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為中壓蒸汽；第二、催化裝置中中高溫位熱源有限，供應(yīng)裝置高溫?zé)嶷鍩崃炕酒胶饣蛏杂胁蛔?，若將其熱量用于預(yù)熱粗汽油，則

8、熱阱部分欠缺熱量需采用蒸汽彌補(bǔ)。綜上所述，本次改造根據(jù)裝置情況，決定采用副分餾塔頂油氣作為加熱粗汽油預(yù)熱熱源，利舊原副分餾塔頂油氣-低溫水換熱器（E-2201/3.4），不增加新?lián)Q熱器。油品性質(zhì)見表1，改造流程見圖3。表1 油品性質(zhì)*Table 1 Property of oil項(xiàng)目粗汽油塔頂油氣密度(20) kg/m3720.9746.6餾程D86IBP313310%616150%10611290%161161FBP184187*數(shù)據(jù)摘自原設(shè)計(jì)文件圖3 折流板型式Fig3 Baffle geometry表2 換熱器核算結(jié)果參 數(shù)單位殼程管程換熱器流體名稱塔頂油氣粗汽油-流量kg/h34.35

9、052.000-進(jìn)/出口溫度137/9840/110-進(jìn)口壓力kgf/cm2(A)1.255.00-壓降kgf/cm20.040.09-污垢熱阻m2.h./kcal0.00040.0004-計(jì)算傳熱系數(shù)kcal/m2.h.257.5854.7157.96必須傳熱系數(shù)kcal/m2.h.-101.17有效傳熱溫差-32.9熱負(fù)荷106xkcal/h-2.19換熱面積m2-657設(shè)計(jì)余量%-56.14從結(jié)果可以看出，計(jì)算換熱面積為657m2，與實(shí)際換熱面積相符，傳熱系數(shù)157.96kcal/m2·h·，副分餾塔頂油氣從40升高到115，熱負(fù)荷2.19×106 kcal

10、/h。 改造結(jié)果（1）能耗分析表3 節(jié)約能耗計(jì)算匯總表*序號項(xiàng)目消耗量變化（t/h）能量折算值(kg.EO/t)單位能耗變化(kg.EO/t)1循環(huán)水-200.10.01323.5MPa蒸汽4.2882.464合計(jì)2.477*裝置處理能力150t/h在裝置6月19日開工后，粗汽油提升管進(jìn)料的溫度由以前的40，提高到110以上，與計(jì)算結(jié)果十分接近，達(dá)到了預(yù)期目的。經(jīng)過重新核算，粗汽油由40升高到110，吸收熱量2.04X106 kcal/h。節(jié)省了反應(yīng)系統(tǒng)的熱量，可以多產(chǎn)3.5MPa飽和蒸汽4.2t/h，同時塔頂油氣出口溫度降低，經(jīng)核算可以節(jié)省循環(huán)水20t/h，節(jié)約能耗見表3。（2）火用分析裝置

11、原有流程和改造后流程火用分析如圖4圖5所示(為簡化起見，示意圖中混合曲線用直線代替)。圖4 改造前火用分析示意圖圖5 改造后火用分析示意圖在反應(yīng)器內(nèi)，改造前粗汽油的預(yù)熱溫度為40，與690的高溫催化劑混合，產(chǎn)生的混合物理火用損為4.53×106kcal/h；改進(jìn)后，粗汽油的預(yù)熱溫度為110，與690的高溫催化劑混合，其混合火用損耗為3.89 ×106kcal/h，火用損減少14.0%。在換熱部分中，改造前油氣加熱熱水，熱水溫度由55升至84，換熱火用損為0.23 ×106kcal/h；改造后，油氣加熱粗汽油，粗汽油由40升至110，換熱火用損為0.21×

12、106kcal/h，火用損減少10.6%。因此，相比改造前，改造后裝置多回收有用功0.66 ×106kcal/h；火用損減少13.8%。目前，裝置中輕柴油(220100)分別作為富吸收油(50120)和熱水(5584)熱源，其中，用于加熱富吸收油的熱量為3.86×106kcal/hr，用于加熱熱水的熱量為4.49×106kcal/hr(換熱火用損為1.02×106kcal/hr)，其中輕柴油-熱水換熱火用損較大，可將該部分熱量用于繼續(xù)加熱粗汽油。其換熱流程為柴油首先加熱粗汽油至180，進(jìn)入提升管，然后再與富吸收油換熱。采用此方案后，裝置火用損情況見圖6。

13、如圖6所示，該方案在反應(yīng)器內(nèi)，粗汽油的預(yù)熱溫度為180，與690的高溫催化劑混合，產(chǎn)生的混合物理火用損為3.24×106kcal/hr；在換熱部分，油氣加熱粗汽油，粗汽油由40升至110，換熱火用損仍為0.21×106kcal/hr，輕柴油(220160)加熱粗汽油至180，換熱火用損為0.31×106kcal/hr，相比粗汽油40進(jìn)料流程，該方案可多回收有用功2.01×106kcal/hr；火用損減少34.9%，相比110進(jìn)料流程，該方案可多回收有用功1.35x106kcal/hr；火用損減少26.0%。圖6 改進(jìn)后火用分析示意圖2.2 增加內(nèi)取熱器

14、技術(shù)方案由于粗汽油進(jìn)提升管溫度升高，汽油提升管內(nèi)汽油升溫所需的熱量減少，再生器熱量將出現(xiàn)過剩，必須采取相應(yīng)措施將剩余熱量及時取出；同時通過對裝置實(shí)際生產(chǎn)情況分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有外取熱工況不穩(wěn)，經(jīng)常波動，裝置生產(chǎn)后期生焦率明顯上升，再生器過剩熱量增加，現(xiàn)有外取熱器不能滿足要求，裝置處理能力及摻渣能力降低。通過上述分析，可以認(rèn)為現(xiàn)有外取熱器已經(jīng)成為裝置生產(chǎn)的瓶頸。但是，外取熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果對外取熱器進(jìn)行更新改造，投資較大。因此，擬增加再生器內(nèi)取熱的能力，增強(qiáng)再生器熱平衡的調(diào)節(jié)功能。在再生器內(nèi)部增加內(nèi)取熱管，規(guī)格及數(shù)量如下：規(guī)格:Ø324×12×5000/1248×12數(shù)量：三組六根，兩根一組，再生器外管線及汽包等利舊 改造結(jié)果通過裝置生產(chǎn)運(yùn)行，內(nèi)取熱產(chǎn)汽一直平穩(wěn)，產(chǎn)汽穩(wěn)定在14t/h左右，對再生器流化無任何不良影響。同時，內(nèi)取熱投用可