在催化裂化工艺中稳定控制汽油蒸气压的优化措施

郭涛涛(中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

随着我国经济社会的不断发展，对于轻质油品特别是对汽油的需求量日益增加。据国家统计局相关统计数据显示，截至2020年底，我国民用汽车拥有量突破2.7亿辆。汽油的饱和蒸气压与汽油发动机的启动性能以及蒸发性能密切相关，因此我国车用汽油指标对于汽油饱和蒸气压的要求越来越严格。催化裂化技术作为重质原料轻质化的核心技术之一，在重油转化中发挥着重要作用，一直以来是现代炼油厂获取汽油的重要手段之一。我国车用汽油70%以上来自催化裂化汽油，因此控制好催化裂化汽油质量指标就显得尤为重要[1]。

某公司2.8 Mt/a重油催化裂化装置采用MIP-CGP工艺，其主要目的产品为低烯烃汽油、轻柴油、液化气、干气等。吸收稳定系统的任务是将经分馏塔顶油气分离后的汽油和富气，通过吸收解吸分离出干气，通过稳定塔分离出符合质量指标的液化气和稳定汽油产品。由于该套催化裂化装置持续运行周期长，近期频繁出现稳定汽油蒸气压卡边控制或超标情况(实际生产要求稳定汽油蒸气压控制≤60 kPa)，困扰着装置长周期高效运行。本文就催化裂化装置吸收稳定系统稳定汽油饱和蒸气压控制进行简要分析，并讨论优化改进方案，将稳定汽油蒸气压控制在合理范围之内，以符合产品质量要求。

1 汽油蒸气压

汽油蒸气压是表征汽油蒸发性能的重要指标，是衡量汽油在发动机燃料系统中是否产生气阻现象的指标，良好的蒸发性能能够保证车辆在不同天气条件下正常启动。同时汽油蒸气压也可用于衡量汽油在储存、运输、使用过程中的损耗倾向。汽油的饱和蒸气压越大，其蒸发性能越强，发动机就易于冷启动，但同时其产生气阻的倾向性也越大，蒸发损耗和发生火灾危险性也越大。因此汽油蒸气压要控制在一定的合理范围内[2]。

一般来说，汽油组分为C5～C11，但催化裂化汽油还会少量带入C4等轻组分。同种烃类的C4蒸气压要高出C5许多。因次催化裂化稳定塔底以C4为轻关键指标，影响稳定汽油蒸汽压的主要组分是C4。

2 催化裂化吸收稳定系统工艺流程

催化裂化吸收稳定系统是将来自分馏塔顶的粗汽油和富气，经吸收、解吸分离出干气，经稳定塔分离出液化气和稳定汽油产品。稳定汽油和液化气的收率高低，关键在于催化裂化反应过程，同时也取决于吸收稳定系统的分离效果和回收率。

从分馏塔出来的富气由压缩机升压后经空冷器冷却并与吸收塔底油混合，进入凝缩油罐，分离出富气和凝缩油。富气进入吸收塔底与塔顶来的吸收剂(粗汽油和稳定汽油)进行逆向接触，吸收气体中的C3及C4组分。吸收塔顶气体经再吸收塔分离出催化干气。经凝缩油罐分离出的凝缩油进入解吸塔上部，解吸出其中的C1、C2组分。解吸塔底的脱乙烷汽油进入稳定塔，分离出液化气和稳定汽油产品。

3 存在的问题及原因分析

3.1 解吸塔操作不稳定

解吸塔主要解吸出凝缩油中的C1、C2组分，解吸塔底的脱乙烷汽油作为稳定塔进料。低压高温有利于解吸过程的进行，解吸气量增大，塔底脱乙烷汽油中的C1、C2组分就越少，有利于稳定塔分离操作。解吸气量过小，C1、C2轻组分未被完全解吸出去，随脱乙烷汽油进入稳定塔，会使稳定塔压力升高，增大分离难度，从而造成液化气、稳定汽油产品质量不合格。但解吸气量过高，可能会造成过解吸，使部分C2以上组分被解吸出去，从而降低了分离效果，使装置能耗增加，经济效益变差。

由于解吸塔底两组重沸器使用分馏一中和分馏贫吸收油作为加热介质，解吸塔底热源控制受分馏塔操作影响较大。当催化加工量及原料性质变化时，分馏塔热平衡发生改变，解吸塔底热源需要做相应调整，调整不及时就会出现解吸塔冲塔或解吸效果不好等情况，从而影响稳定塔操作，最终影响产品质量控制[3]。

3.2 稳定塔压力偏高

常温下，液态烃C3、C4组分只有在高压下呈液态，以便于储存和运输，因此稳定塔采用高压操作。稳定塔是一个典型的由精馏段和提馏段组成的精馏塔，就精馏塔而言，低的操作压力有利于塔底重组分的蒸出，有利于控制稳定汽油蒸气压。因此实际操作中应根据生产要求选择合适的稳定塔顶压力。在稳定塔中C4是塔底轻关键组分，塔顶的重关键组分是C5。因此当稳定塔压力过高时会使液态烃中的部分C4组分无法从塔顶馏出，从而进入塔底稳定汽油中。同种烃类的C4蒸气压比C5高出许多，从而使稳定汽油蒸汽压上升，无法满足产品质量要求(生产中要求控制稳定汽油蒸气压≤60 kPa)。

该套催化裂化装置稳定塔顶压力采用卡脖子压力控制方案，调节灵敏，滞后性较小。稳定塔顶馏出的液化气经塔顶湿式空冷器冷却后进入塔顶回流罐，一部分作为塔顶回流，另一部分出装进入后续装置进行脱硫分离等处理。该企业地处沿海地区，属于热带岛屿季风气候区，常年高温天气多，湿度大，空气含盐量高。由于装置运行周期长，稳定塔顶湿式空冷器腐蚀结垢结盐严重，冷却效果严重不足，特别是夏季高温天气持续时间长，导致稳定塔压力控制难度大，时常出现压力过高情况。稳定塔压力过高导致稳定汽油中C4组成高，蒸气压无法满足指标要求，并且可能威胁设备的长周期平稳运行。其次，夏季气温高，给吸收解吸的平稳操作造成了一定难度，出现解吸塔冲塔等情况，从而进一步加剧稳定塔操作难度，影响稳定塔分离精度。

为使稳定塔达到分离精度要求，夏季高温天气时常采用提高塔底热源的方法，使C4组分能够从塔底重组分中分离出去，力求满足稳定汽油蒸气压要求。但是单纯提高稳定塔底底温，可能会造成液化气中带C5，加大了后续液化气分离装置分离难度，使装置能耗上升。其次，高温天气塔压高，提高塔底热源，稳定塔底温度上升，加剧塔顶压力上升趋势，不利于C4馏出，两者相矛盾，最终无法达到质量控制要求[4]。

4 优化改进措施

4.1 优化吸收解吸操作

催化裂化装置吸收稳定系统三塔循环作为一个紧密结合的整体，某一项参数的变化都有可能导致整个系统的操作波动。因此为保证稳定塔良好的分离效果，产出蒸气压合格的稳定汽油等产品，必须做好吸收塔解吸塔的平稳操作。

(1)维持相对平稳的原料性质和装置处理量。做好生产调度规划，使催化裂化反应进料量相对保持平稳且须避免原料性质频繁波动，分馏、吸收稳定系统进料不出现大幅波动，维持好分馏塔热平衡，保证解吸塔、稳定塔塔底重沸器热源相对稳定。

(2)严密监测解吸塔操作状况。夏季高温天气，解吸塔时常出现冲塔现象，导致吸收稳定系统波动。通过及时调整进入解吸塔物料温度，改变解吸塔冷热进料比例，调整解吸塔底热源，保持解吸塔操作稳定，保证足够的解吸气流量，增加解吸气化验分析频次，掌握解吸塔运行情况，防止发生过解吸和解吸不足的情况，避免C2被带入稳定塔，影响稳定塔压力平衡。

4.2 优化稳定塔操作

控制稳定汽油蒸气压，关键是做好稳定塔的安全平稳操作，尤其是提馏段的操作，保证塔底馏出液中轻关键组分C4的含量符合生产设计要求。该催化裂化装置设计要求汽油中C3、C4含量不大于2.8%(质量分数)，实际生产操作中须严格控制其在指标要求范围内。为解决稳定汽油蒸气压卡边控制或超标问题，提出以下四点稳定塔操作优化措施：

(1)控制适宜的稳定塔底重沸器出口温度。若重沸器热源不足，重沸器出口温度偏低，稳定塔提馏段提馏效果不佳，塔底馏出液中C4等轻组分多，稳定汽油蒸气压偏高。

(2)控制适宜的稳定塔回流比。合适的回流比是精馏塔操作的必要条件，控制好适宜的回流比才能保证稳定塔达到分离要求。根据进料量、稳定塔压力、外界气温等工艺条件的改变，及时调整稳定塔顶回流罐的回流量和液化气出装量的比例，保证回流比符合生产要求。

(3)选择合适的稳定塔进料位置。对于蒸馏过程来说，较高的进料位置有利于重组分的蒸出。因为进料位置提高，提馏段板数增加，有利于塔底重组分的蒸出。稳定塔共设有上中下三个进料口，根据进料温度、汽油以及液化气质量指标等不同因素，可以选择使用不同的进料口。稳定塔进料位置往上，提馏段板数增加，有利于控制降低汽油蒸气压，但对控制液化气中的C5含量不利，稳定塔进料位置下移，精馏段板数增加，有利于控制液化气中的C5含量，但不利于稳定汽油蒸气压的控制。因此，实际操作中需要根据生产实际，选择适宜的进料口位置。

(4)清理稳定塔顶湿式空冷器，保证稳定塔顶冷却效果。由于装置运行周期长、气候条件等多重因素作用，稳定塔顶湿式空冷器结垢结盐严重，冷却效果与设计冷却负荷相比大幅下降。经讨论后决定：①对稳定塔顶所有湿式空冷器进行在线清垢清淤作业，以提高其换热效果。②监测湿式空冷器喷淋水温度和水质，保证喷淋水温度不能过高，水中杂质满足设计要求，减缓空冷器翅片腐蚀结垢速度。保证装置长周期高效平稳运行。

5 结语

通过平稳控制吸收解吸操作、选择合适的稳定塔进料位置、适宜的稳定塔底重沸器出口温度、满足分离要求的稳定塔顶回流比以及清理稳定塔顶湿式空冷器以提高冷却效果，使稳定塔产出合格产品，解决了夏季高温天气稳定汽油蒸气压卡边或超标的问题，满足能耗、环保要求，确保了装置长周期平稳运行。