石油化工催化裂化技术的工艺优化分析

李永杰，李永文，韩翠菊，延敬祥，李小仿

(山东华星石油化工集团有限公司，山东 东营 257335)

0 引言

在轻质油生产过程中，催化裂化属于一种常用的工艺技术手段，石油化工企业一般借助该技术加工石油，若对工艺技术给予优化，则可充分提升催化裂化质量，有效提高催化裂化生产效率，并产出更多有价值的副产品，充分保证经济效益。在重质油加工中顺序性具有重要作用，所以在开展催化裂化时，应该积极根据合理顺序开展，进而在工艺反应时可生产大量优质的化工产品，并能够获得剩余焦炭，这也是根据工艺顺序开展加工活动的优势。当前，在各个地区石油化工企业原油存在差异，相关企业采用的加工技术亦存在差异。石油属于不可再生资源，开采的难度日益加剧。另外，基于环境保护要求等原因，需要对催化裂化技术进行优化，以充分提升生产质量。

1 催化裂化工艺概述

在石油化工不断进步的过程中，其催化裂化技术经历了不同的阶段。最初采用移动床与固定床等技术，现阶段催化裂化技术展现出优异的技术和工艺特征。在开展生产活动时，可以结合石油化工具体生产情况，合理选择催化裂化工艺技术，进而充分降低原油裂化加工成本，不断强化石油化工加工效率[1]。另外，基于科技快速发展的背景，对重油进行轻质化管理已具有丰富的技术手段，加氢裂化、热裂化及催化裂化等技术应用较为广泛。

传统工艺技术与现阶段生产要求缺乏良好的适应性，所以需要借助新技术，充分强化石油裂化效率。现阶段，加氢裂化的反应水平最为突出，但应用该技术时需要足够的资金保障，对该技术的发展有一定的影响。所以，进行石油化工生产活动，一般会选择催化裂化技术。该技术可充分提高柴油中十六烷值的比例，所以开展石油加工活动时，选择该技术不仅可以充分提高汽油品质，同时可以生产大量附加产品，有效提升企业的经济效益。

2 催化裂化主要流程

在催化裂化的过程中，一般会选择高低并列的再生系统，借助该系统能够促使原料重质油发生多种反应，进而将重质油分解成轻质油及其他化工产品。在石油化工产品加工环节，催化裂化属于核心技术，能够充分保证石油加工效率，同时可节约使用石油资源，提高节能环保效果，充分缓解石油紧张问题。

(1)原料油催化裂化。在该阶段，一般会借助催化剂促进原料油的化学反应，才能进而实现裂化，在催化裂化中属于重点内容。第一，借助喷嘴向提升管反应器输送原料油，使用的原料油进行蒸汽雾化的处理。第二，保证原料油能够和催化剂反应，其中烯烃与烷烃能够分解原料油，使其变成小分子，此过程就是断裂反应。第三，相关反应物质经过沉降器及集气室之后就会进入分馏系统。在此过程中，Y型分子筛及稀土改性Y型分子筛催化剂较为常用。以上催化剂都能够减少原料油催化裂化环节在系统内压力方面的要求，进而充分强化原油加工质量与效率。

(2)催化剂再生。原料油进行蒸汽雾化处理，并和高温催化剂进行反应，会形成焦炭，主风机不断向再生器注入主风，高温待生催化剂能够和主风发生强烈烧焦反应，进而将自身活性恢复到最初状态。由于进行了化学反应，因此形成的焦炭能将催化剂包裹住，影响催化剂活性[2]。所以，进行石油炼化加工活动时，为了充分减少加工成本，应通过系统功能处理催化剂，不仅对强化炼化质量具有良好作用，同时也能够充分节省能源，所以需要提高重视程度。

(3)产物分离。在原料油炼化加工环节中，产物分离属于最后环节，也是最重要的环节。首先，对原料油在反应之后产生的油气进行分馏及吸收处理，在系统足够稳定之后，就能生成相应的液化气及汽油。在催化裂化中吸收/稳定装置为最后环节，在该阶段应对富气中C2之下、C3之上组分展开分离处理，另外，对粗汽油中气态烃进行提炼，可充分强化产品质量[3]。对富气进行压缩冷凝处理及水洗处理，能和稳定汽油之间进行逆流接触，吸收大量C3以上的组分，就可形成富吸收油产品。其次，完成富油吸收处理之后，可以将含有C2组分及C1组分气体排出，该气体进入吸收塔底部，在和柴油进行逆流接触后能对贫气中汽油进行回收。基于0.9～1.0 MPa与55 ℃条件，通过塔顶逸出液化气，并在冷却之后进行脱硫处理，进而能够把稳定塔底部汽油划分为2部分使用，促使催化裂化环节有效分离产物。

3 催化裂化技术优化策略

3.1 科学选择催化剂

在催化裂化加工过程中，催化剂属于核心内容，现阶段固体催化剂具有较多的应用，基于特定压强与温度条件，油品基于催化剂作用就会快速进行裂化及裂解反应，完成反应之后，焦炭会附着于催化剂表面同时发生凝结，促使催化剂活性受到影响，最终导致退化及完全失活。对于整个反应过程来讲，催化剂只是属于反应媒介，并不会影响整体成分，所以应该采用合理手段将催化剂表面焦炭除去，进而保证催化剂性能不会受到影响，可以将焦炭燃烧工艺增设到生产工艺中，在适合的温度条件下将焦炭完全消除掉，进而恢复其活性[4]。另外，还应该对催化剂种类进行深入优化，不断丰富催化剂负载类型，优先发展催化效果突出的催化剂，同时借助优化制备工艺革新负载类型，进而促使负载比表面积得到有效提升，基于最小体积条件下提高反应面积，减少催化剂使用量。

3.2 优化催化裂化生产流程

现阶段，石油化工生产的催化裂化环节主要涵盖再生组成、原油分离、稳定吸收、脱硫精制、烟气回收等内容。各岗位应互相协调，对原料油给予高效催化裂化处理。借助这五个步骤的转化能充分燃烧焦炭、减少催化剂用量，并且有效让未转化成分再生流通，促进未转化组分充分进行二次催化，提高原油利用效率。

在整个流程中，再生反应属于重要环节，也是保证反应效果的关键，借助催化裂化处理可获得小分子化工产品，另外能将焦炭对催化裂化造成的影响全面消除掉，所以优化石油催化裂化工艺非常必要[5]。现阶段，部分石油化企业虽然引入了多流程循环再生模式，然而在催化裂化生产中更加注重精细化，所以应对循环多通路进行增设。另外对循环管路给予优化，有效识别组分成分，借助分析碳分子量进入相应循环通路中，充分强化再生流程中催化效率，借助塔顶循环实现预期分离目标，进而获得稳定液化气与化工产品。

3.3 优化工艺管理

3.3.1 烟气脱硝脱硫工艺优化

随着含硫污染物排放量持续增加，会导致催化裂化设备中氮原料出现一定增长，进而促使烟气中氮氧化物含量持续增加，严重破坏生态系统及大气环境。为了保证催化裂化环节中充分实现烟气脱硝、脱硫效果，需要采用匹配环保要求、成本合理及脱硝脱硫更充分的三效助剂[6]。

(1)实施优化方案。可以采用4个阶段进行优化：第一，标定空白，选择2天内空白为助剂脱硝、脱硫评价数据；第二，促进助剂的初始反应；第三，每天采用3%的三效助剂进行稳定补充，持续1周；第四，进行使用标定，时间为3天。

(2)脱硝、脱硫优化效果。催化裂化时污染物减排情况。在空白标定环节，催化裂化反应的烟气中，二氧化硫均值为327 mg/m2，三氧化硫的浓度达到40 mg/m2，同时氮氧化合物的浓度达到102 mg/m2。在快速加入助剂环节中，烟气中二氧化硫均值为40 mg/m2，三氧化硫的浓度达到5 mg/m2，同时氮氧化合物的浓度达到97 mg/m2。在使用标定环节，烟气中二氧化硫均值为138 mg/m2，三氧化硫的浓度达到5 mg/m2，同时氮氧化合物的浓度达到59 mg/m2。对于使用标定环节来讲，可以去除67%二氧化硫，去除88%三氧化硫，去除43%氮氧化物。

(3)烟气里硫及氮在催化裂化工艺中的比例。对于空白标定环节，烟气中硫含量是整体硫氧化物的5%。对于使用标定环节，烟气中硫含量在整体硫化物中的比重为1%，将63%硫去除掉。空白标定环节中，烟气中氮元素在整体氮氧化物中的比重达到3%。使用标定环节中，氮元素在整体氮氧化物中的比重为2%，将40%氮元素去除掉。在催化裂化中添加三效助剂，可以充分优化烟气中脱硝、脱硫质量，同时在有效去除有害物质过程中，能充分提高环保效果。

3.3.2 优化稳定汽油的换热流程

稳定汽油在初始温度是156 ℃的情况下，稳定塔进料换热器的温度是140 ℃，在经过稳定汽油-凝缩油换热器之后，温度降低至105 ℃，之后依次经过稳定汽油-热水换热器、稳定汽油-除盐水换热器，温度降低到70 ℃，进入到稳定汽油干式空冷器、稳定汽油冷却器之后，温度降低到37 ℃。划分成二路：一路去加氢精制设备，一路经补充吸收剂冷却器，将温度降低到30 ℃。在优化之前，105 ℃稳定汽油和热水展开换热处理，之后温度降低到92 ℃，并和除盐水展开换热处理，温度降低到70 ℃，该换热流程缺乏合理性。由于除盐水温度应保持在90 ℃左右，之后向除氧器输送，1.0 MPa蒸汽是除氧器热源。同时在加氢脱硫环节中，应让稳定汽油的温度保持在50 ℃左右，现阶段通过空冷水对稳定汽油进行冷却处理，温度降低了37 ℃，进入去加氢精制设备，温度较低，因此同时增加循环水用量与空冷电耗。

对稳定汽油-凝缩油换热器进行优化，和除盐水之间展开换热处理，之后稳定汽油温度达到80 ℃，并和热水展开换热处理，之后直接将其抽出，和加氢精制环节稳定汽油展开混合处理，将温度保持在50 ℃，可保证该单元要求得到满足，减少稳定汽油干式空冷器空冷电耗，充分节省稳定汽油冷却器用水量。

3.3.3 主分馏塔中段循环油/解吸塔塔底重沸器的热联合

解吸塔中只有一个塔底重沸器，通过1.0 MPa蒸汽保障热源，用量为7.3 t/h，温度为300 ℃，热负荷为2.469 MW，需要大量蒸汽。同时循环油流量在150 t/h左右，重沸器完成换热处理后，温度达到249 ℃，并直接进入换热器将温度降低到202 ℃，之后传输到主分馏塔中，无法充分利用热量。

对此问题，可让中段循环油在经过重沸器之后，和解吸塔中具有加热需求的循环油进行换热处理，在解吸塔塔底中增设辅助重沸器，替代1.0 MPa、7.3 t/h过热蒸汽，为重沸器提供热源保障，借助对换热网络的优化，能充分节省蒸汽资源。将蒸汽管路设定为备用，在终端循环油产出不稳定情况下，可借助管网中蒸汽为解析塔塔底重沸器B提供热源。

3.3.4 优化原料油预热流程

分馏塔油浆和原料油在完成换热处理后降到200 ℃，应该通过冷却水箱将温度降低到160 ℃。结合夹点技术同时选择Aspen Energy Analyzer分析优化换热网络，分馏塔油浆能和原油直接进行换热处理，降到160 ℃，发现原料油流程中冷却用工程能耗增加，所以缺乏合理性。

因为分馏塔油浆最终换热温度为160 ℃，可直接通过换热器将温度变为160 ℃，此改动促使冷却水箱实际热负荷降低，进而能充分降低冷却水用量。另外，进行优化处理后，原料通过分馏塔塔底油浆进行换热处理之后，可将出口温度增加到146 ℃，由于原油最终换热温度并不会出现变化，在增加入口的温度之后，换热器实际热负荷就会减少，剩余热量能将蒸汽输送到蒸汽发生器中。

4 结语

石油化工企业技术人员需要对催化裂化技术进行深入研究，积极提高技术含量，应充分进行优化，以充分满足生产要求，不断提高产品品质。同时，还要在石油加工过程中降低废物、废气排放量，以适应绿色发展的要求。