催化裂化装置优化操作的方向与潜力分析

吴磊 董四强 文旭 徐海龙 池慧

摘要：催化裂化装置是稳态工艺过程，催化裂化装置产品分布需要充分满足物料平衡与元素平衡两者之间的关系，与此同时还受到了装置约束的相关限制。以产品收率作为目标与相关的因素的函数关系，在生产中应用借助线性规划方法构建一套产品分布模型，提供了催化裂化装置优化操作的方向与潜力问题的具体方法。

关键词：催化裂化装置;操作方向;优化

催化裂化是炼制油类工厂将常规原油开采技术难于开采的具有较大的粘度和密度的原油转化为沸点范围约50～350℃的烃类混合物的核心工艺。在我国经过原油的生产加工而成的成品油组成中，经催化裂化工艺制得的汽油组分，研究法辛烷值RON约为91的催化裂化汽油占百分之八十以上，柴油大约占比百分之四十，此外，丙烯资源的百分之五十来源于催化裂化液化气。所以，催化裂化装置优化操作是炼制油类工厂今后提升经济效益前行的方向。

一、催化裂化联合装置优化操作的方向与潜力

催化联合装置现在具有的加工能力为80万吨/年催化裂化装置，型式多样的反应再生型式是具有烧焦耗风量少、烟道结构简单、无二次燃烧及压力控制方便等优点的重叠式两段再生、高低并列式外取热器，早先設计为百分百的常渣原料，现在原料是百分之六十的从常压蒸馏塔底所得的重油、百分之三十的蜡油以及百分之十的通常用于二次加工装置，如催裂化、加氢裂化原料的焦化蜡油。以操作方面来看，催化联合装置有以下三种特点：1.管长提高，反应时间比较长，二次反应明显;2.再生器密相温度主要由具有抗磨损能力强，操作可靠，制造方便，价格低廉等优点的由多个单元管束和壳体组成的外取热器利用阀芯在密封面上滑动，改变流体进出口通道位置以控制流体流向的分流阀进行控制的，能够独立在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量，催化剂循环量与总进料量之比可以调控的范围较大;3.生产生产计划管理方案与原料性质有较为频繁的变化。最近几年以来，为了改进产品布局、提升企业经济效益，催化联合装置已经实行了多种技术手段，总结起来主要有以下几个方面：1.对于多种生产方案，采取不同类型的催化剂，例如，增加重油转化能力的COMET—400裂化催化剂技术，提升用于1000r/min以上的高速柴油机中轻柴收率的催化裂化工业平衡催化剂RGD-1、第二代催化裂化汽油降烯烃催化剂GOR一Ⅱ，具有产气量大，异构化程度高，适应性强等特点提高液化气和轻烃产率的FCC助剂CA-1。2.按照各生产方案要求，以一般催化裂化装置分馏塔顶分离器的汽油、焦化石脑油或者是轻柴为主要介质，实现了通过单独控制提升管反应器底部的油剂混合温度和出口的反应温度，改进提升管的温度分布状态，从而达到优化提升管反应产物分布的技术。3.采取应炼油厂要求FCC既要大量产柴油，又要大量产液化气，师幼化工科学研究院专门研发的MGD工艺技术。4.选用原料油进料喷嘴，用以进行沉降过程的设备改用汽提工艺进而降低生焦率，提升柴油收率。以上几点措施对产品的分布都起到了改善的作用，也为催化裂化装置优化操作提供了更多具有可行性的调解措施。[1]

由下图表1可见，与实际产品分布作比较，如果工业、农业、物流业对对汽油、柴油需求量逐渐增大，选用催化装置多产汽油技术与柴油生产方案，在理论上可以提高油品品质，使沸点范围约50～350℃的烃类混合物收率能够涨幅3.35%，同样，选用催化裂化多产液化气+柴油工艺技术+汽油，从理论层面来看，可以使其收率提高1.19%;如果采用催化裂化多产液化气+柴油工艺技术，理论上可以使其收率提升3.95%;如果想做到产值最大化，在理论上加工100吨原料油能够提高产品产值0.35万元。这说明了产品的实际分布与通过理想模型来计算出的产品分布之间具有差距性，优化操作具有巨大的潜力。需要注意的一点是，通常来讲，因为产品单位数量的价值量不同，目的产品投入单位数量原料获得的实际生产的产品产量与理论计算的产品产量的比值最大化通常与总产值最大化获得的产品分布不具有一致性，所以，以提升催化裂化装置经济效益为出发点，当前装置通常选择提升轻质油收率的这种做法从一定意义上来讲有失片面。[2]

二、催化裂化装置理想产品分布数学模型的有效应用

针对催化裂全过程来说，优化操作是提升目标产品整体中氢实际利用的部分在整个整体中占的比重，所以，优化操作主要是提升产品各方面收率和减少非目标产品的焦炭等方面的氢含量。催化裂化装置理想产品分布数学模型为催化裂化装置优化操作定量提供了判断的根据，在实际应用过程中，应根据反应温度、通过再生斜管而进入提升管内参加裂化反应的催化剂量与总进料之比等一些工艺流程及操作条件对产品分布产生的影响，合理采取操纵变量对相关操作进行有效调整，进而达到优化的目的。催化裂化装置优化操作是循序渐进的过程，不可能一次就达到预定的目标，尤其适合在分布式控制系统上实时建立模型，催化裂化装置理想产品分布数学模型应用步骤为：1.当前状况分析，对目标与相关的因素的函数关系与装置约束，物料平衡与氢含量进行确定。2.构建理想模型，使用理想模型计算出产品分布。3.以工艺的角度为出发点，对实施手段进行深入分析与优化，进一步确定控制作用的变量和操作幅度。4.对产品分布进行比较与调整，使产品分布调证方向和措施得到明确。5.如果有必要，应对以上步骤进行重复实施。[3]

结束语：

相较于具体原料、装置约束以及市场来说，理想数学模型有效确定了产品收率，它与现状之间存在的差异性确定了催化裂化装置优化操作的方向与潜力，呈现出普适性。对原料配置进行不断的优化、强化催化剂管理、提升催化裂化汽提段单位时间完成的工作量是联合催化优化操作的方向的潜力。

参考文献：

[1]王伟. 催化裂化装置优化操作的方向与潜力[J]// 第十届全国信息技术化工应用年会论文集.2019， v.38;No.365（12）：086-089.

[2]张学军， 徐亚荣， 周复昌，等. 利用显微分析技术优化催化裂化装置操作[J]. 炼油技术与工程， 2019， v.16;No.345（065）：444-450.

[3]罗雄麟， 林世雄. 催化裂化装置的动态模拟与操作分析[J]. 中国石油大学学报（自然科学版），2018.v.40;No.445（11）：336-369.

个人简历：

吴磊，1985年8月，男，辽宁葫芦岛市，本科，助理工程师，炼油化工，