FDFCC技术交流文章解析.docx
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FDFCC技术交流文章解析
FDFCC工艺技术的工业应用
洛阳石油化工工程公司工程研究院
1.前言
洛阳石化工程公司在双提升管催化裂化专利技术(ZL92105596.X)基础上,开发了旨在降低FCC汽油烯烃和硫含量、提高汽油辛烷值并同时增产丙烯的催化裂化新工艺---灵活多效催化裂化工艺(FlexibleDual-riserFluidCatalyticCracking,简称为FDFCC工艺)。
洛阳石化工程公司现已在中国石化集团清江石化有限责任公司12万吨/年双提升管催化裂化装置工业试验的基础上,完成了FDFCC工艺技术的大型化工程技术开发,并在中国石化长岭分公司和中国石油大庆炼化分公司的百万吨/年催化裂化装置进行了FDFCC工艺的工业应用。
FDFCC工业应用结果表明:
灵活多效催化裂化工艺操作稳定可靠、工艺参数调节灵活,催化裂化汽油经汽油提升管反应器改质后,烯烃含量可降低至16V%以下,硫含量可降低24~47%,研究法和马达法辛烷值分别提高1~2个单位,催化裂化装置的丙烯产率提高3~5个百分点。
2.灵活多效催化裂化工艺技术特点
灵活多效催化裂化(FDFCC)工艺在常规催化裂化装置上增设一根提升管作为独立的汽油改质反应器,汽油改质反应器与FCC主提升管反应器并联。
这样,就可以充分利用高活性状态催化剂和大剂油比操作等有利条件,为汽油理想二次反应提供独立的改质空间和充分的反应时间,避免了汽油改质与重油裂化的相互影响。
由于汽油改质的比例不受限制,汽油改质提升管反应器操作条件相对独立,FDFCC工艺的汽油改质和增产丙烯的效果十分显著。
汽油改质提升管反应器的操作条件可以根据炼油企业的实际情况灵活调节;当主要以降低汽油烯烃和硫含量为目的生产清洁汽油时,反应温度可以控制较低(一般为400~450℃),使异构化、氢转移、芳构化、烷基化等理想反应占据绝对优势;当需要多产液化气和丙烯时,汽油改质提升管反应器的反应温度一般控制在550~600℃又可以很高,使烷烃裂化和烯烃裂化等反应占主导,同时实现提高柴汽比、降低汽油烯烃和硫含量生产高辛烷值清洁汽油的目的。
3.灵活多效催化裂化技术的汽油改质工艺形式
以催化汽油改质为主要目标的FDFCC工艺具有以下两种不同形式的汽油改质工艺流程,它们分别是:
3.1、方案A:
双提升管-单沉降器-单分馏塔-外供汽油改质
该方案是汽油改质反应器与重油提升管反应器共用一个沉降器和一个分馏塔,需要改质汽油由其它催化裂化装置来提供,改质后汽油返回主分馏塔与未改质汽油混合后,进入吸收稳定系统,单沉降器、单分馏塔的FDFCC工艺流程详见图1。
此方案的特点是模拟双分馏塔情况,实现催化裂化汽油单程改质。
该流程适合存在有两套催化裂化装置的炼厂,可以通过改造一套催化装置实现两套装置的汽油改质,一般可以将两套装置的汽油烯烃含量降低到35v%以下,满足新汽油规格要求。
3.2、方案B:
双提升管-单沉降器-单分馏塔-自产汽油改质
该方案是汽油改质反应器与重油提升管反应器共用一个分馏塔,改质汽油原料由本催化装置提供,改质汽油返回主分馏塔与未改质汽油混合后,一部分进入吸收稳定系统,另外一部分混合汽油进入汽油改质反应器进行循环改质,单沉降器、单分馏塔自产汽油改质的FDFCC工艺的原则流程详见图2。
由于该方案的改质汽油与重油提升管生产的粗汽油进行混合循环改质,增产丙烯的幅度比方案A小一些,但烯烃含量能够降低到25v%以下,该工艺适宜对只有一套重油催化装置的企业进行FDFCC工艺技术改造,实现降低汽油烯烃含量和硫含量并增产丙烯的目标。
与双分馏塔FDFCC工艺流程相比,单分馏塔FDFCC工艺流程的改造投资相对节省,适合于对具有一定的加工负荷余量(10~15%)的重油催化裂化装置进行技术改造。
3.3、方案C:
双提升管-双沉降器-双分馏塔-自产汽油改质
该流程在汽油改质提升管反应器出口设立第二沉降器和第二分馏塔,改质汽油直接进入吸收稳定系统。
这种流程因为汽油改质完全是独立系统,就避免了改质汽油与未改质汽油的混合循环改质,大幅度提高了汽油改质的效率,同时也不会对重油催化裂化主分馏塔的操作带来任何不利影响。
双沉降器、双分馏塔自产汽油改质的FDFCC工艺的原则流程详见图3。
此方案的特点:
汽油改质是独立系统,投资相对大一些,该工艺适合催化装置无加工余量,或者希望多增产丙烯,对常规催化裂化RFCC加工时生成的较高烯烃含量和硫含量的催化汽油进行改质,可以实现汽油全馏分改质。
采用双提升管-双分馏塔的FDFCC工艺流程,催化汽油烯烃含量可降低至16V%以下,且硫含量可降低15~30%,研究法和马达法辛烷值也分别提高1~2个单位,该流程可以生产烯烃含量满足欧Ⅲ排放标准的清洁汽油。
3.4、方案D:
双提升管-双沉降器-双分馏塔-轻质汽油改质
本方案将催化粗汽油先经切割塔分离100℃以前的馏分。
将轻质汽油引入汽油改质提升管反应器进行催化改质,改质汽油经沉降器、分馏塔进入吸收稳定系统,双沉降器、双分馏塔轻汽油改质FDFCC工艺流程的原则流程详见图4。
此方案的特点是根据催化汽油烯烃分布情况(70%以上的烯烃是集中在100℃的馏分中),对不同性质的汽油馏分进行分别处理。
将高烯烃含量的轻质汽油采用FDFCC汽油改质提升管反应器进行单独处理,可大幅度减少汽油处理量,提高汽油改质效率,并可通过提高反应温度大幅度增产丙烯。
重汽油馏分可直接出装置或进行加氢处理。
因此,本方案也可生产满足欧Ⅲ排放标准的清洁汽油。
4.FDFCC工艺技术的工业应用
4.1FDFCC工艺技术的工业应用方案
长岭分公司、清江石化有限责任公司和中国石油大庆炼化分公司都是具有两套催化裂化装置的炼油企业,为了在重油催化裂化装置实现生产烯烃含量小于35V%的清洁汽油的目标,在上述企业FDFCC工艺的设计流程中,均采用汽油改质提升管和重油提升管共用沉降器、汽提段、再生器、分馏塔和吸收稳定系统的改造方案(如图1所示)。
汽油提升管原料均来自另外一套重油催化裂化装置,形成模拟“双分馏塔”的FDFCC工艺方案,在不增设汽油分馏塔的情况下,实现催化汽油的单程改质。
在长岭1#催化装置FDFCC工艺流程中,2#催化的粗汽油全部进入1#催化装置FDFCC汽油提升管进行改质并增产丙烯,分馏塔顶油气分离器分离出的粗汽油分为两路,一路进入本装置的吸收塔,另一路返回另外一套重油催化裂化装置的吸收塔,两套装置吸收稳定系统的负荷均变化较小。
这样就实现了对两套重油催化汽油进行改质的目标。
4.3长岭1#催化装置FDFCC技术改造内容和运行情况
长岭分公司于2003年5月份将1#催化装置由FCC改造成灵活多效催化裂化(FDFCC)工艺装置。
该项目充分依托原有装置的能力及公用工程系统设施,以尽可能节省投资,改造内容包括:
(1).反应部分新增了汽油提升管及提升管出口粗旋。
(2).分馏及吸收稳定部分设备进行更新、局部改造,其中分馏塔盘改为清华大学开发的AV微分塔盘,稳定塔塔盘改为河北工业大学的高效立体传质塔盘。
并对部分冷换设备及机泵更新。
该项目施工从2003年5月1日开始,5月22日交付开工,改造施工期22天。
5月23日开主风机,经过升温、衬里烘烤,29日开工进油,实现了开工一次成功。
从长岭分公司FDFCC装置的开工和运行情况来看,从装催化剂、转剂、三器流化到喷油再到切换到烟机—主风机机组提压操作,均比较顺利,汽油提升管对重油提升管及再生器的流化基本上没有影响。
而且由于待生催化剂的分配较改造前均匀,再生烧焦效果较改造前好,再生器稀密相温差下降。
长岭分公司1#催化FDFCC装置自2003年5月底开工以来,装置操作平稳,重油提升管和汽油提升管工艺参数调节控制灵活,实现了FDFCC工艺大型化工程技术开发和长周期运转的目标。
5.长岭分公司FDFCC工艺技术工业试验方案和试验结果
5.1FDFCC工业试验方案
在FDFCC工业试验中,我们主要进行了下列FDFCC工艺流程的试验研究:
(1).方案A:
双提升管-单沉降器-单分馏塔-外供汽油改质
(2).方案B:
双提升管-单沉降器-单分馏塔-自产汽油改质
为了模拟双提升管双分馏塔形式的FDFCC-A工艺流程,首先以另外一套重油催化裂化装置生产的催化粗汽油(外供汽油)作为FDFCC装置汽油改质提升管反应器的原料;然后以FDFCC装置自产的催化粗汽油作为汽油改质提升管反应器的原料,按单分馏塔形式的FDFCC-B工艺流程(方案B)进行工业试验,分别考察了不同工艺条件下催化裂化粗汽油提升管催化改质的效果和对整套催化装置产品分布和产品性质的影响。
在FDFCC工业试验和标定过程中,汽油改质提升管反应器的出口处特设了一个馏出物采样口,定期采样分析,这样就可以直接得到汽油改质反应生成的气体和改质油品的组成和性质分析数据。
6.2FDFCC工艺技术工业试验结果和讨论
6.2.1汽油改质提升管产品分布和产品性质
表1和表2分别列出了FDFCC工业应用试验的汽油改质提升管产品分布和汽油改质前后的主要性质分析数据对比。
表3列出了FDFCC汽油改质提升管气体组成和常规RFCC工艺的数据对比。
表1FDFCC汽油改质提升管产品分布
项目
FDFCC-A
FDFCC-B
汽油改质方案
外供汽油
自产汽油
标定时间
大庆
清江
清江
长岭
长岭
清江
清江
清江
长岭
长岭
反应温度,℃
404
450
500
550
585
400
450
500
550
549
催化剂活性
62.8
63.0
63.0
62.3
64
63.0
63.0
63.0
64
71
产品分布,%
干气+损失
0.94
1.02
1.67
2.43
5.22
1.06
1.25
2.39
4.05
3.69
液化气
6.66
8.58
12.89
19.02
22.36
5.26
7.43
11.85
16.62
20.23
其中丙烯
2.39
3.34
5.08
7.75
9.84
2.01
2.78
4.22
7.06
7.97
汽油
90.38
87.31
81.52
73.09
65.85
91.53
88.33
80.58
70.42
69.54
轻柴油
1.13
2.17
2.64
3.22
4.10
1.24
2.03
3.64
6.43
4.19
焦碳
0.89
0.92
1.28
2.05
2.47
0.91
0.96
1.54
2.46
2.35
合计
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
由表1列出的FDFCC汽油改质提升管产品分布数据可知,随着反应温度的提高,汽油改质反应的转化深度提高,对增产液化气和丙烯有利。
此外,与FDFCC-B方案中采用本装置自产粗汽油作为汽油提升管进料相比,FDFCC-A方案采用外供催化汽油作为汽油改质提升管原料时,汽油改质反应在单程通过状态下进行,避免了部分改质汽油进行循环回炼。
因此,在相同的反应条件下,外供汽油改质方案(FDFCC-A)比自产汽油改质方案(FDFCC-B)的液化气和丙烯产率较高。
表6.FDFCC汽油改质前后主要性质对比
项目
FDFCC-A
FDFCC-B
FDFCC汽油改质方案
外供汽油
外供汽油
自产汽油
自产汽油
汽油管口温度,℃
550
585
550
549
汽油样品
进料
出口
进料
出口
进料
出口
进料
出口
密度(20℃)
727.5
736.8
725.1
734.2
734.5
738.3
740.7
746.7
馏程℃初馏
31.0
30.5
30.0
30.0
38.5
30.5
30.0
23.5
10%
50.0
48.5
49.0
44.0
57.5
47.5
50.5
43.0
30%
71.5
72.0
70.5
63.5
79.0
71.5
75.5
67.5
50%
96.5
101.5
96.0
93.0
103.0
100.5
104.0
98.5
70%
124.5
137.5
126.0
131.0
132.5
135.0
133.5
130.0
90%
159.5
191.0
158.5
170.0
165.5
178.5
166.5
192.0
干点
174.0
217.5
170.0
206.5
179.0
204.5
184.5
193.0
总硫ppm
0.113
0.086
0.094
0.061
0.095
0.066
0.066
0.035
降硫率%
23.9
35.1
30.5
47.0
烯烃,V%
51.7
15.9
55.4
12.6
34.1
11.7
22.9
4.9
芳烃,V%
18.3
34.8
18.6
38.4
28.0
39.7
34.0
38.7
苯,%
0.72
1.12
0.81
1.48
1.37
1.52
1.44
2.72
RON
93.1
94.8
93.1
95.7
92.8
95.7
93.1
95.8
RON增加值
+1.7
+2.6
+2.9
+2.7
MON
80.5
82.1
80.5
82.6
80.6
82.6
81.2
84.0
MON增加值
+1.6
+2.1
+2.0
+2.8
表3.FDFCC工艺和常规RFCC液化气组成对比(W%)
项目
RFCC
FDFCC-A
FDFCC-B
反应器
重油
提升管
汽油
提升管
全装置
汽油
提升管
全装置
丙烷
6.61
5.21
10.32
6.50
13.81
丙烯
29.31
40.60
34.05
42.60
31.98
异丁烷
16.57
18.31
16.14
19.91
20.55
正丁烷
7.58
5.69
6.08
5.02
7.67
正丁烯
8.68
7.77
7.46
6.43
6.12
异丁烯
12.63
9.84
11.37
8.30
8.49
顺丁烯
9.90
6.29
8.24
6.53
6.40
反丁烯
8.74
6.29
6.33
4.70
4.99
合计
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
由表2列出的FDFCC工业应用试验的汽油改质前后的主要性质分析对比数据可以看出,FDFCC汽油改质提升管对催化汽油的改质效果十分显著,主要表现在以下三个方面:
(1)、催化汽油的族组成发生巨大变化,烯烃含量可由50V%以上降低到16V%以下,芳烃含量可由20V%以下提高到30V%以上;
(2)、催化汽油的研究法提高1.7~2.9个单位,马达法辛烷值提高1.6~2.8个单位;
(3)、催化汽油的硫含量降低24~47%。
FDFCC工业应用试验的汽油改质效果表明,若采用双分馏塔和双沉降器的FDFCC工艺技术进行汽油改质,就可在重油催化裂化装置直接生产满足烯烃含量低于18V%的欧Ⅲ排放标准清洁汽油。
由表3列出的FDFCC工业应用试验的汽油改质提升管气体组成分析结果可以看到,FDFCC汽油改质提升管气体产品的丙烯浓度也远高于常规RFCC工艺,说明采用FDFCC工艺技术在重油催化裂化装置增产丙烯也是确实可行的。
6.2.2.FDFCC工艺全装置产品分布和产品性质
表4列出了长岭FDFCC工艺全装置产品分布和产品性质与常规RFCC工艺的对比数据。
FDFCC全装置产品分布数据显示,在与常规RFCC基本相同的原料结构下,FDFCC工艺使催化装置的产品结构得到显著改善,柴汽比液化气产率大幅度提高,在不同工况下,全装置的丙烯产率提高3.65~4.7个百分点。
表5列出了长岭FDFCC工艺全装置精制汽油产品性质与常规RFCC工艺的对比数据。
数据显示,FDFCC工艺使全装置催化汽油的总体性质显著改善,FDFCC方案A的精制汽油烯烃含量可降低到35V%以下,硫含量降低25%,RON和MON分别提高1.7和0.5个单位。
在采用自产粗汽油进行改质的FDFCC-B工况下,由于部分改质汽油进行循环改质,催化汽油改质效果更加显著,精制汽油烯烃含量可降低到25V%以下,硫含量降低43%,RON和MON分别提高1.4个单位。
表6列出的2003年9月长岭FDFCC-A(外供汽油改质)方案的两套催化装置精制汽油主要性质分析数据显示,当采用外供2#催化粗汽油作为汽油改质原料时,两套催化装置的催化汽油烯烃含量都可降低到35V%以下,这样,就实现了将一套催化装置进行FDFCC工艺技术改造,而对两套催化装置汽油进行质量升级的目标。
表7列出的长岭FDFCC装置催化柴油主要性质分析数据显示,由于FDFCC工艺在独立的反应器对催化汽油进行改质和增产丙烯,因此对催化柴油的主要性质,尤其是柴油的十六烷值没有负面影响。
表4.长岭FDFCC工艺全装置物料平衡
项目
RFCC
FDFCC-A
FDFCC-B
改质方案
/
外供汽油
自产汽油
原料组成,w%
VGO
49.2
45.45
41.12
46.97
50.57
CGO
30.5
38.79
37.91
28.22
38.03
VRO
20.3
15.76
20.97
24.81
11.40
合计
100
100
100
100
100
产品分布,w%
干气
4.86
5.49
5.63
6.03
5.27
液态烃
12.07
23.75
24.49
19.25
23.07
其中丙烯
3.35
8.05
7.88
6.90
7.43
汽油
39.81
29.71
28.86
32.68
29.79
轻柴油
28.56
29.53
28.96
28.42
27.39
油浆
6.36
3.24
3.51
4.92
5.88
焦碳
7.84
8.02
8.23
8.30
8.46
损失
0.50
0.26
0.32
0.40
0.15
合计
100
100
100
100
100
表5.长岭FDFCC全装置精制汽油性质
项目
RFCC
FDFCC-A
FDFCC-B
汽油改质方案
/
外供汽油
自产汽油
精制汽油性质
族组成,V%
烯烃
55.0
30.6
22.1
芳烃
18.4
19.4
23.3
馏程℃
初馏
32
33.7
32.7
干点
173
169.1
183.0
RSHppm
9
4
7
总硫ppm
942
700
540
蒸汽压kpa
60
65.0
60.7
诱导期min
470
>480
>1000
MON
80.5
81
81.9
RON
92.6
94.3
94.0
表6.长岭FDFCC-A方案的两套催化装置精制汽油主要性质
年月日
1#FDFCC催化装置
2#催化裂化装置
烯烃
v%
芳烃
v%
硫含量
%
干点
℃
烯烃
v%
芳烃
v%
硫含量
%
干点
℃
03-9-1
33.4
19.1
0.071
179.3
35.0
21.2
0.058
187.0
03-9-6
32.8
17.5
0.073
172.1
33.7
24.2
0.055
174.5
03-9-8
30.6
15.2
0.061
167.5
33.0
20.8
0.057
172.0
03-9-9
30.7
14.4
0.054
168.0
35.0
17.7
0.060
172.5
03-9-11
27.7
17.5
0.058
175.3
32.1
22.0
0.060
170.5
03-9-12
34.2
19.9
0.081
183.0
33.1
25.7
0.073
171.0
03-9-15
30.6
19.4
0.070
169.1
34.8
18.6
0.061
180.0
表7.长岭FDFCC全装置催化轻柴油性质
工艺
RFCC
FDFCC-A
FDFCC-B
汽油改质方案
/
外供汽油
自产汽油
密度(20℃)
915.9
919.9
908.6
馏程℃
初馏点
155
185.0
169.5
10%
202
224.5
205.5
50%
255
271.5
260.0
90%
343
325.0
327.0
干点
358
343.0
343.0
总硫,%
0.53
0.467
0.433
凝点℃
-16
-15
-18
闪点℃
58
75
70
苯胺点℃
<30
<30
十六烷值
29
29
29
碱氮,PPm
210
241
氧化沉渣mg/100ml
1.03
1.97
6.2.3.长岭FDFCC工艺装置能耗分析
表8列出了长岭1#催化裂化装置FDFCC工艺技术改造前后的全装置公用工程消耗和能耗数据。
长岭1#催化装置FDFCC工艺技术改造主要是增加了一根汽油提升管,进行粗汽油回炼改质,以降低汽油烯烃含量、硫含量并多产丙烯为主要目的,与常规的RFCC工艺相比,装置能耗增加主要有以下几个原因:
(1)FDFCC工艺利用烧焦热进行粗汽油回炼改质,所以再生器剩余热量减少,而粗汽油回炼量不计入装置处理量,故单位能耗提高。
(2)汽油回炼改质大约有2.0%的生焦率,而粗汽油回炼量不计入装置处理量,全装置生焦率提高。
(3)装置改造后分馏稳定系统的物流和热负荷增加较大,耗电量和循环水量增加。
长岭1#催化装置在常规的RFCC工况下的能耗为63公斤标油/吨原料,FDFCC工艺改造后的标定能耗约为73公斤标油/吨原料,装置能耗上升10公斤标油/吨。
对于采用外供汽油改质的FDFCC方案A,由于对两套催化装置的汽油都进行了改质,因此,应扣除为2#催化装置汽油改质而增加的5公斤标油/吨的能耗,则本装置实际能耗为68.2公斤标油/吨,比常规催化裂化增加能耗约5公斤标油/吨,能耗增加幅度为8%。
表8.长岭FDFCC全装置消耗和能耗数据
项目
RFCC
FDFCC-A
FDFCC-B
汽油改质方案
/
外供汽油
自产汽油
单位消耗量
新鲜水,t/t
0.089
0.093
0.095
循环水,t/t
33.82
34.91
35.30
除氧水,t/t
0.346
0.359
0.
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