催化裂化設(shè)備技術(shù)新進(jìn)展及改造實(shí)例經(jīng)濟(jì)性分析課件

1、催化裂化設(shè)備技術(shù)新進(jìn)展及改造實(shí)例經(jīng)濟(jì)性分析 中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心 二00七年十月一、前 言 近年來，國內(nèi)外FCC裝置為降低重油催化裂化生焦、改善產(chǎn)品分布、降低FCC裝置煙氣排放、延長裝置開工周期等方面的問題，圍繞著催化裂化設(shè)備進(jìn)行了大量研究，開發(fā)了許多新技術(shù)。對(duì)催化裂化裝置進(jìn)料霧化噴嘴、提升管出口快分、高效汽提器、三級(jí)旋風(fēng)分離器等進(jìn)行了不斷改進(jìn)。此外，在進(jìn)料乳化、干氣預(yù)提升、終止劑和混合溫度控制等方面也開發(fā)了許多新技術(shù)。二、主要設(shè)備新技術(shù)由于重油催化裂化原料中摻入較多的減壓渣油，或直接用常壓重油作原料，致使進(jìn)料餾分重、粘度大、反應(yīng)過程中難以裂化且容易生焦。選擇性能優(yōu)秀的進(jìn)料霧化噴嘴可

2、以提高輕油收率，降低焦炭產(chǎn)率，改善產(chǎn)品分布，減緩設(shè)備結(jié)焦，延長裝置運(yùn)轉(zhuǎn)周期。當(dāng)煉廠對(duì)FCC裝置進(jìn)行設(shè)備技術(shù)升級(jí)時(shí)，通常也從進(jìn)料分配系統(tǒng)入手，而且其資本投入較低。噴嘴國外：多年來一直在不斷改進(jìn)。其他一些類型的噴嘴也在不斷開發(fā)出來，有專利報(bào)道“提升筒”新型噴嘴插入安裝在提升管下部；帶擴(kuò)張管分布催化劑的進(jìn)料系統(tǒng)，高溫催化劑流入提升管后分成2股與進(jìn)料混合。均應(yīng)用。國內(nèi)：初期多使用Stone&Webster（Shaw）的靶式噴嘴，此后在此基礎(chǔ)上開發(fā)了許多自主技術(shù)的新型噴嘴。這些噴嘴經(jīng)過不斷改進(jìn)，已在國內(nèi)催化裂化裝置上大量使用。而且由于國內(nèi)催化裂化特點(diǎn)，國內(nèi)噴嘴的摻渣比例較國外噴嘴要高，其中BWJ型噴嘴摻

3、渣比已經(jīng)可以達(dá)到36%以上。LummusKelloggUOPPetrobasS&W中石化工程建設(shè)公司中科院力學(xué)所LPEC石油大學(xué)MicroJetAtomaxOPtimixUltramistBXBWJKHLPCUPC-1995，廣泛應(yīng)用1992，廣泛應(yīng)用1994，80多套19982003推最新構(gòu)型1997，30多套70多套90多套1999年提升管出口快分UOPS&W（Shaw）Mobil石油大學(xué)VDS&VSSRamshorn閉式直聯(lián)旋分 FSC、VQS、CSC1992年，近40套10多套80年代后期近20套較有代表性的是近年來UOP和石油大學(xué)開發(fā)的快分技術(shù)。UOP公司1992年開發(fā)的Vortex

4、分離技術(shù)（具有預(yù)汽提功能）分離效率達(dá)98%以上，油氣返混程度控制在2%以下。根據(jù)不同裝置型式該技術(shù)又可分為VDS（用于外提升管）和VSS（用于內(nèi)提升管）設(shè)計(jì)，設(shè)施比較緊湊。但這種快速分離系統(tǒng)存在操作彈性小的弊端，同時(shí)VDS系統(tǒng)進(jìn)料摻渣比不大，大部分重質(zhì)原料經(jīng)過加氫處理。石油大學(xué)20世紀(jì)90年代末開發(fā)了3種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣固快速分離、油氣快速引出及分離催化劑的快速預(yù)汽提技術(shù)：提升管出口擋板汽提式粗旋（FSC）、旋流式快分系統(tǒng)（VQS）和密相環(huán)流汽提粗旋系統(tǒng)（CSC），主要特點(diǎn)是解決了油氣向下返混的問題，提高了分離效率。值得一提的是，應(yīng)用FSC系統(tǒng)可提高摻渣比（35.9%），同時(shí)在一定程度上解決了沉

5、降器結(jié)焦問題?？偟膩碚f，提升管末端快分技術(shù)在一定程度上增大了設(shè)備的復(fù)雜性，給設(shè)備的設(shè)計(jì)和操作都增加了難度。理論上雖然簡單易行，但實(shí)際應(yīng)用過程中并不一定就一帆風(fēng)順，所以提升管出口快分技術(shù)的研制還在繼續(xù)。高效汽提器KBR/ExxonMobilUOPLPEC石油大學(xué)DynaFluxAF（塔板、格柵、填料）格柵氣固密相環(huán)流1997年1998正在工業(yè)化研究階段近年來，隨著重油加工技術(shù)的發(fā)展，為保證催化裂化裝置的長周期運(yùn)行，催化裂化汽提技術(shù)不斷進(jìn)步。新穎的專利構(gòu)思是用規(guī)整填料或類似格柵的內(nèi)構(gòu)件取代以往的環(huán)形擋板，類似填料的網(wǎng)格構(gòu)件可將床層均分成多個(gè)小流動(dòng)單元，氣固在每個(gè)單元內(nèi)進(jìn)行交換，各單元之間氣固返混較

6、小，這種床層比普通流化床流化的更均勻，相當(dāng)于將原來的環(huán)行擋板微分化，提高了氣固傳質(zhì)效率，是今后FCC汽提技術(shù)發(fā)展方向之一。這種填料型汽提器已初步工業(yè)化，顯示了優(yōu)越性，汽提時(shí)間可縮短為原來的三分之一，汽提效果卻明顯增加。目前有許多公司正在進(jìn)行填料型內(nèi)構(gòu)件的研究以取代環(huán)形擋板技術(shù)。 UOP根據(jù)其“圓型”（用于全截面擋板、格柵和規(guī)整填料）流體力學(xué)模型，對(duì)其汽提器技術(shù)改進(jìn)，2002年開發(fā)了AF格柵結(jié)構(gòu)汽提器后（已有5套應(yīng)用），又開發(fā)了AF填料型汽提器，目前正在工程設(shè)計(jì)中。Petrobras對(duì)傳統(tǒng)、擋板和規(guī)整填料（由Koch-Glitsch提供）3種汽提器內(nèi)構(gòu)件進(jìn)行考察。顯示，規(guī)整填料內(nèi)構(gòu)件可使轉(zhuǎn)化率提

7、高3%，再生器溫度降低10。Petrobras計(jì)劃在其第一套100%常壓渣油PACRCFCC裝置和一套常規(guī)減壓瓦斯油FCC裝置上應(yīng)用規(guī)整填料汽提器。Shell填料型汽提塔的內(nèi)構(gòu)件為水平構(gòu)造層填料，可以顯著提高汽提能力和催化劑停留時(shí)間。已在Shell的2套裝置上應(yīng)用，但催化劑循環(huán)制約問題沒有解決，在停工檢修期間，發(fā)現(xiàn)有焦炭和催化劑粉末堵塞填料現(xiàn)象，因此仍在研究中。三、提高裝置處理量技術(shù)催化裂化已經(jīng)有60余年的歷史，期間技術(shù)在不斷發(fā)展，其中如何使老裝置提高處理量是廣大煉油商極為關(guān)注的焦點(diǎn)。為此，各大石油公司也開發(fā)了相應(yīng)的技術(shù)，在解決裝置瓶頸問題的同時(shí)提高了裝置的技術(shù)水平。近年來較為矚目的新技術(shù)；S

8、hell公司的強(qiáng)化流化技術(shù)、Koch-Glitsch公司的填料型主分餾塔技術(shù)、填料型汽提段技術(shù)（Total、Koch-Glitsch、Petrobras、UOP、Shell等公司均有研究）等 。Shell強(qiáng)化流化技術(shù)（CCET）催化裂化裝置通過改造提高處理量或轉(zhuǎn)化率時(shí)，往往受到催化劑循環(huán)量的限制。提高催化劑循環(huán)量一般要更換催化劑轉(zhuǎn)移線和滑閥，費(fèi)用很高，此外還有空間限制等因素。煉油商為此在這方面進(jìn)行了大量的工作，Shell90公司開發(fā)了一種無需承擔(dān)更換轉(zhuǎn)移線或滑閥的高費(fèi)用，并大大提高催化劑循環(huán)量的專利技術(shù)催化劑循環(huán)量提高技術(shù)（CCET）。CCET技術(shù)對(duì)催化劑的抽出口進(jìn)行改造，通過設(shè)置構(gòu)件，達(dá)到降

9、低催化劑在抽出口附近的線速的目的，減少催化劑對(duì)氣體的夾帶，從而提高催化劑的蓄壓，強(qiáng)化催化劑的循環(huán)。通過在175325萬t/a能力的4套裝置應(yīng)用，可提高催化劑循環(huán)量20%50%。催化裂化擴(kuò)能時(shí)有時(shí)會(huì)遇到主分餾塔的瓶頸，另外由于汽油新規(guī)格的要求，要對(duì)汽油進(jìn)行切割，分成不同沸點(diǎn)范圍的23個(gè)汽油餾分進(jìn)行進(jìn)一步處理。因此要求分餾塔提高分離效率、降低分餾塔壓降，同時(shí)增加側(cè)線抽出產(chǎn)品。Koch-Glitsch公司開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)通過將分餾塔結(jié)構(gòu)改造為填料型分餾塔后，可從主分餾塔抽出中汽油組分，同時(shí)提高60%分離效率，大幅度降低了分餾塔壓降。Koch-Glitsch公司的這種Intalox規(guī)整填料采用強(qiáng)化的表

10、面處理，每層填料為正、反交替的褶角，有助于改善液體分布和表面濕潤。填料型催化主分餾塔 四、FCC裝置煙氣排放控制技術(shù)催化裂化技術(shù)的快速發(fā)展引起人們對(duì)其有害物質(zhì)排放的重視，催化裂化裝置再生器的排放煙氣含有較高的顆粒物、SOx和NOx。通常，控制FCC的煙氣排放，“硬件”方案效果明顯，如選用濕洗系統(tǒng)就可以將SOx和顆粒物除去，再輔以SCR或LoTOx可脫去NOx，脫除效率高，不再需要其他設(shè)備，一方面滿足環(huán)保要求，另一方面可簡化下游產(chǎn)品生產(chǎn)的前期工作。但由于“硬件”方案投資高，操作要求復(fù)雜，許多煉油商選擇其他方案代替硬件投資，應(yīng)用最多的是脫除NOx和SOx助劑技術(shù)，可以在很大程度上降低FCC煙氣排放

11、。但助劑技術(shù)總體工業(yè)應(yīng)用情況好壞兼有，因?yàn)樵系母淖?、再生情況等都會(huì)影響到助劑的脫除效果。此外，應(yīng)用助劑技術(shù)脫除NOx和SOx時(shí)，還要考慮安裝脫除顆粒物設(shè)備。 脫煙氣顆粒物排放 KBR/ExxonMobilUOPShell石油大學(xué)Cyclofins軸向TSSTSS/FSSPIM臥管三旋1997年2002年2004年20多套除去4m 顆粒除去 4m 顆粒除去 2m 顆粒除去 8m 顆粒為降低再生煙氣的顆粒物排放，配有煙機(jī)的FCC裝置一般會(huì)使用三級(jí)分離（TSS）設(shè)備來清除再生器旋風(fēng)分離器跑出來的催化劑細(xì)粉，保護(hù)煙機(jī)渦輪免受腐蝕。近年來，許多公司對(duì)其原有TSS技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以期更好地控制煙氣中顆粒物

12、地排放，來滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)。如KBR的切向和軸向CyclofinsTM、UOP的軸向TSS、Shell的TSS/FSS系統(tǒng)均是近年來推出的新技術(shù)。脫SOx技術(shù)國內(nèi)：只進(jìn)行過一些基礎(chǔ)研究和概念設(shè)計(jì)。國外：美國環(huán)保局認(rèn)可最為可行技術(shù)。國外通常應(yīng)用洗滌法輔以靜電除塵設(shè)備，完全脫除SOx和顆粒物。在國外已非常成熟，將繼續(xù)成為SOx排放控制技術(shù)的選擇。研發(fā)機(jī)構(gòu)/工藝名稱工業(yè)化裝置技術(shù)特點(diǎn)堿洗工藝Exxon公司W(wǎng)GS技術(shù)1974年工業(yè)化，已有14套效率達(dá)到90%99%Belco公司EDV技術(shù)80年代工業(yè)化，已有25套顆粒物脫除率90%以上，SO2效率達(dá)到99%Monsanto公司DynaWave技術(shù)

13、1985年工業(yè)化，已有幾套急冷脫SO2和顆粒物，SO2效率99%以上Eni公司LabSorb技術(shù)2003年工業(yè)化，已有2套非堿洗工藝Cansolv公司CansolvSOx技術(shù)2002年工業(yè)化，用于FCC裝置正在早期設(shè)計(jì)階段可降煙氣中SOx至20g/g以下Flour公司FlourSOx技術(shù)用于FCC裝置還在早期設(shè)計(jì)階段可脫除煙氣SOx90%99%脫NOx技術(shù)國外：研究雖然始于20世紀(jì)70年代，但目前仍處于研究完善階段，每項(xiàng)技術(shù)均有局限性。工藝名稱專利商技術(shù)特點(diǎn)工業(yè)化應(yīng)用SNCR-高溫16001900F（高于FCC再生溫度13001400）無催化劑條件下，氨注射在CO鍋爐上游。NOx脫除率40%6

14、0%目前正在改進(jìn)以期在較低溫度下操作SCRHaldor Topsoe用氨和催化劑脫除NOx，常用V2O5/TiO2，也可用Pt或Pb貴金屬或分子篩催化劑。NOx脫除率40%90%有20多套裝置應(yīng)用，4套在美國，大部分在日本2004年Shell德克薩斯FCC裝置應(yīng)用，脫NOx20g/g以下LoTOxBelco/BOC在低溫下把臭氧注入煙氣中，把不溶的NOx轉(zhuǎn)化為易溶的氧化產(chǎn)物。BOC專利技術(shù)，由Belco進(jìn)行轉(zhuǎn)讓NOx脫除率90%2003年MAP德克薩斯煉廠350萬t/aFCC裝置上應(yīng)用，脫NOx 20g/g以下還有幾套在運(yùn)裝國內(nèi)：基本空白。五、FCC裝置設(shè)備改造實(shí)例及經(jīng)濟(jì)性分析自20世紀(jì)90年

15、代中期以來，在燃料需求增長緩慢、資金緊張和利潤下降的壓力下，世界計(jì)劃新建FCC裝置數(shù)量下降，許多煉廠通過改造現(xiàn)有裝置而不是新建裝置來提高轉(zhuǎn)化能力，同時(shí)由于有約75%的FCC裝置已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)至少20年，煉廠面臨著如何通過改造來保持FCC裝置的可靠性和效益性。通過設(shè)備改造實(shí)現(xiàn)利潤最大化美國田納西州盂菲斯市300萬t/aFCC裝置美國海灣煉油廠150萬t/aFCC裝置歐洲50萬t/aFCC裝置現(xiàn)狀建于1980年，原設(shè)計(jì)能力150萬t/a反應(yīng)器催化劑控制能力差，催化劑損失5t/d反再系統(tǒng)旋風(fēng)分離器線速度高、可靠性差，常導(dǎo)致非計(jì)劃停工原為同軸式Kellogg正流F型設(shè)計(jì)，受到主風(fēng)機(jī)、富氣壓縮機(jī)的動(dòng)力、再生器

16、空塔線速度、催化劑循環(huán)量和高煙道氣溫度制約，提高轉(zhuǎn)化能力受到限制建于1963年改造目標(biāo)能力擴(kuò)大為350萬t/a催化劑損失降為1.5t/d原料康氏殘?zhí)?.2%，API重度24.4降低旋風(fēng)分離器線速度增大燒焦能力擴(kuò)大主分餾塔、汽提提濃段提高重質(zhì)原油加工量焦炭產(chǎn)率保持不變解決催化劑循環(huán)量限制增加更有價(jià)值液體產(chǎn)品產(chǎn)率進(jìn)一步提高進(jìn)料靈活性能力擴(kuò)大為150萬t/a丙烯產(chǎn)率提高1倍，占原料8.5%改造措施更換反應(yīng)器提升管-分離器再生器中使用VSS快分采用Optimix噴嘴擴(kuò)大燒焦罐更換再生器立管催化劑加速段采用Y形段更換新型噴嘴補(bǔ)充外設(shè)反應(yīng)器汽提器Optimix噴嘴VSS快分新型汽提器內(nèi)構(gòu)件ZSM-5添加劑

17、改造費(fèi)用4500萬美元（25天完成）730萬美元（31天完成）UOP公司改造實(shí)例1個(gè)是為生產(chǎn)更多石油化工原料進(jìn)行的裝置改造，另外2個(gè)是提高渣油處理能力進(jìn)行的改造。通過這3例改造可以看出，通過改造FCC裝置，可以顯著地提高產(chǎn)率和操作效益。UOP公司每年都有1520個(gè)FCC改造項(xiàng)目，如在反應(yīng)器-提升管、立管、滑閥和原料噴嘴方面的改進(jìn)。反應(yīng)器-提升管和原料噴嘴更換的維修改造費(fèi)用約為150200萬美元，而一次大的檢修改造費(fèi)用約相當(dāng)于一個(gè)新建煉廠費(fèi)用的20%。近年來，國內(nèi)FCC裝置圍繞著擴(kuò)能改造、提高渣油摻煉量并解決產(chǎn)品質(zhì)量下降、提高液收、降低生焦、裝置節(jié)能進(jìn)行了許多工作，一般由中國石化北京設(shè)計(jì)院（BD

18、I）和中國石化洛陽工程公司（LPEC）承擔(dān)。改造后可以使FCC裝置：提高原料適應(yīng)性，加工比重大、殘?zhí)扛叩牧淤|(zhì)原料；使反應(yīng)-再生結(jié)構(gòu)更合理，提高操作彈性，保證在處理量變化較大的范圍內(nèi)穩(wěn)定流化；可靈活調(diào)節(jié)再生部分，使再生煙氣回收充分，較低再生劑含炭；反-再壓力平衡設(shè)計(jì)趨于合理，確保裝置在高劑油比下操作；采用新型旋風(fēng)分離器系統(tǒng)、改造再生器結(jié)構(gòu)后，催化劑水熱失活較小，催化劑單耗較低；為長周期生產(chǎn)提供了保證。國內(nèi)FCC裝置改造情況在反應(yīng)系統(tǒng)方面通過應(yīng)用新型蓮蓬頭式預(yù)提升介質(zhì)分布器，注入蒸汽、干氣及汽油作為預(yù)提升介質(zhì)，同時(shí)提高預(yù)提升段線速和延長預(yù)提升段長度，靈活控制預(yù)提升段的密度，從而調(diào)整進(jìn)料段催化劑的流

19、化狀態(tài)。很多老裝置預(yù)提升段設(shè)計(jì)線速很低，開工時(shí)轉(zhuǎn)劑困難，采用新型預(yù)提升段后，可顯著縮短開工過程。通過應(yīng)用新型噴嘴、快分系統(tǒng)有效延長裝置的開工周期。 在再生系統(tǒng)改造方面對(duì)于燒焦罐-二密床再生系統(tǒng)，保持燒焦罐直徑不變，筒體延長，使之具有更高的燒焦能力，在操作上適當(dāng)提高線速，強(qiáng)化燒焦強(qiáng)度。燒焦罐稀相管取消，催化劑和煙氣通過低壓降耐磨耐熱分布板進(jìn)入再生器。為適應(yīng)新的煙氣量和燒焦負(fù)荷，需要對(duì)再生器稀相段及旋分系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容改造。這一方案結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部構(gòu)件少，有效增加再生器中催化劑的藏量，延長燒焦時(shí)間，可以保證催化劑的再生效果，同時(shí)也可有效解決稀相燃燒的問題。對(duì)于重疊式兩段再生系統(tǒng)，如果平面布置允許，采用增

20、加一個(gè)再生器的方案。對(duì)于并列式兩段再生裝置，一般針對(duì)燒焦能力的瓶頸，對(duì)燒焦能力不足的再生器進(jìn)行改造，有效地提高燒焦容量和燒焦效率。與改造再生器相配套，再生部分還包括外取熱器、煙道的改造?？傊?，針對(duì)不同反應(yīng)器、再生器的具體結(jié)構(gòu)，我國工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)了各類分布環(huán)、分布管及旋風(fēng)分離器等專用設(shè)備，并根據(jù)使用情況持續(xù)加以改進(jìn)，可以滿足裝置長周期平穩(wěn)操作的要求。 為滿足環(huán)保要求，降低排放煙氣中粉塵濃度，除常規(guī)方法提高一級(jí)、二級(jí)旋風(fēng)分離器和第三級(jí)旋風(fēng)分離器的效率外，在三旋排灰口后路煙道設(shè)置第四級(jí)旋風(fēng)分離器，進(jìn)一步回收三旋排氣中夾帶的粉塵，也利于延長臨界流速噴嘴壽命。在余熱鍋爐出口，設(shè)置靜電除塵器，與鍋爐吹灰

21、器同時(shí)工作，以降低排放煙氣中粉塵含量。 中國石油和中國石化每年都約有1/3的FCC裝置進(jìn)行改造脫瓶頸來獲取利潤，尤其是一些20世紀(jì)80年代的早期FCC裝置，通過裝置改造可以取得事半功倍的效果。中國石油中國石化200056套FCC裝置分布于31家煉廠。18家煉廠的21套FCC裝置進(jìn)行改造。改造后能力由3517萬t/a提高至3840萬t/a55套裝置分布于30家煉廠。17家煉廠的20套FCC裝置進(jìn)行改造。改造后能力由4212萬t/a提高至4333萬t/a200156套FCC裝置分布于29家煉廠。11家煉廠的12套FCC裝置進(jìn)行改造。改造后能力由3610萬t/a提高至4197萬t/a57套裝置分布于31家煉廠。16家煉廠的19套FCC裝置進(jìn)行改造。改造后能力由4331萬t/a提高至4556萬t/a200258套裝置分布于31家煉廠。19家煉廠的21套FCC裝置進(jìn)行改造。改造后能力由3835萬t/a提高至4286萬t/a51套裝置分布于32家煉廠。17家煉廠的18套FCC裝置進(jìn)行改造。改造后能力由4620t/a提高至4926萬t/a200353套FCC裝置分布于30家煉廠。14家煉廠的14套FCC裝置進(jìn)行改造。改造后能力由4203萬t/a提高至4656萬t/a50套裝置分布于32家煉廠。10