催化裂化装置的大型化设计

催化裂化专集

催化裂化装置的大型化设计

郝希仁

洛阳石油化工工程公司(河南省洛阳市471003)

摘要:装置大型化会带来巨大的经济效益,是发展的必然趋势。镇海炼油化工股份有限公司3.0M t/a催化裂化装置是我国目前单套规模最大的装置。介绍了该装置设计中面临大型化的一系列技术及工程难题;对装置一年多的运行结果做了概括的总结分析,该装置2000年轻液体收率达86.2%,干气产率3.39%。

主题词:催化裂化装置　大型的　设计　开工　效益

1　装置大型化是发展的必然

为创造更好的经济效益,装置大型化是发展的必然趋势。大型化会带来许多好处:

(1)节省投资。根据纳尔逊指数,一套3.0 Mt/a的装置比三套1.0Mt/a的装置可节约投资约20%;

(2)节约占地面积。与三套1.0Mt/a装置相比,一套3.0Mt/a装置可节约占地面积50%左右;

(3)提高劳动生产率。操作与管理人员多少与装置规模关系不大,故可以大大减少人员,降低工资成本;

(4)能量利用更合理。装置规模扩大后,各种能级的能量,尤其是分散的小股热量更容易利用而提高能量利用率。由于单位处理量的散热表面减少,反吹风(蒸汽)、流化风(蒸汽)等固定用能,也可相对减少而降低能耗;

(5)有助于新技术的采用;

(6)设备效率提高。如大型机泵的效率一般较小型机泵高。

2　3.0Mt/a催化裂化装置设计中的一些问题目前,世界上运行的最大的蜡油催化裂化装置建在美国贝汤炼油厂(单套规模为6.0Mt/a),最大的渣油催化裂化装置建在印度尼西亚的巴隆炼油厂(单套规模为4.25Mt/a)[1]。由洛阳石油化工工程公司设计的镇海炼油化工股份有限公司3.0Mt/a蜡油催化裂化装置是我国目前规模最大的装置,已进入了大型化的行列。整个装置由3.0 Mt/a催化裂化、0.45Mt/a气体分馏、干气脱硫、液化石油气脱硫、汽油和液化石油气脱硫醇、全厂凝结水回收站、热水站、污水预处理及区域空压站等单元构成联合装置。进料以加氢精制蜡油为主,当前渣油掺炼率为12%～15%,年开工按8400h计。

装置设计要求的主要技术经济指标有:

①汽油+轻柴油+液化石油气收率不小于90%;

②稳定汽油研究法辛烷值不小于90;

③干气中C+3含量不大于1%;

④催化剂自然跑损不大于0.4kg/t,再生催化剂碳含量小于0.1%,反应剂油比不小于6;

⑤联合装置综合能耗不大于2.93G J/t;

⑥催化裂化装置综合能耗不大于1.88G J/t。

从上述指标可以看出,该装置各项技术经济指标要求甚高,而且面临大型化的一系列技术及工程的难题需要解决。

2.1　工艺技术问题

作为一个大型工业装置,选择工艺技术涉及诸多问题:

(1)工艺技术必须成熟可靠。大型工业装置不允许冒险,但又不可能有绝对成熟的经验,至少要冒工业放大的风险,这有时就会遇上由量变到质变的问题;

(2)工艺技术在成熟可靠的基础上必须先进。工艺技术的先进是技术经济指标先进的基础,一定要集国内外先进技术的大成。反应部分优化追

收稿日期:2001-09-05。

作者简介:教授级高级工程师,1964年毕业于太原工学院有机合成专业,现任洛阳石油化工工程公司副总工程师。

炼　油　设　计

2001年11月 PETRO LE UM REFI NERY E NGI NEERI NG 第31卷第11期

求的目标主要是降低干气产率,保证产品质量,特别是汽油的高辛烷值。

再生技术是催化裂化技术的重要组成部分,是反应优化的保证。判断再生技术的优劣应从恢复并保护催化剂活性、为反应提供反应必须的催化剂量、最简单的操作及节能等方面选择。也就是要选择再生效果好、再生条件缓和及可操作性最好的再生技术。

针对上述要求,反应部分在采用预提升段新结构、干气提升介质、KH型高效雾化喷嘴、分层分类进料、提升管出口粗旋风分离器快分、反应后快速油气导出、粗旋风分离器出口与顶旋风分离器软联接等一系列新技术的基础上优化反应条件,即大剂油比、高温、短反应时间,以实现反应产品结构的优化。

为了实现反应优化,还采用了洛阳石油化工工程公司的快速床2湍流床烟气串联专利再生技术。该再生技术在高桥石油化工公司Ⅱ套催化裂化装置已有了十年的运行经验;在安庆石油化工总厂催化裂化装置改造中也得到成功应用。该技术能很好地适应反应的要求,再生催化剂碳含量可稳定在0.05%以下,很好地恢复了催化剂的活性;由于采用快速床与湍流床结合的烧焦方式,使再生条件大大缓和,烧焦强度提高,系统催化剂藏量减少。再生温度700℃,烧焦强度大于100 kg/(t・h),使催化剂水热失活减轻,有效的保护了催化剂的活性。同时由于再生温度低而为反应要求的大剂油比创造了条件。

2.2　工程技术问题

工程是实现工艺技术的硬件保证。在设计中成功的解决了如下难题。

2.2.1　两器布置形式

考虑到装置规模大,反应条件优化等,两器布置采用了等高并列布置,降低了设备高度又较容易实现短反应时间。

2.2.2　催化剂输送

为保证输送正常,设计必须满足被输送催化剂携带适量气体,即保持输送中的催化剂有适当密度。为此,对待生及再生催化剂管道的入口环境进行了精心设计,使被输送催化剂有合适的密度。其次输送管道的设计对催化剂携带气体的存在产生决定性的影响。为此,设计的两条管道均采用了没有变径和拐弯的斜管以保证输送的顺畅。

2.2.3　流态化工程的放大

该技术的原型,主要存在烧焦罐及二密相径向温度分布不均等问题。而该装置的烧焦罐直径达7000mm,二密相直径达12300mm。若上述问题解决不好,后果不堪设想。经过反复长时间的工作,找出了从主风分布、催化剂分布、内部流化特点的利用等诸方面采取措施以解决烧焦罐流化不均问题。充分利用二密相流化床既非完全湍流床,又非完全的快速床的特点及C O燃烧的特点,采用约700℃的较低温度并彻底解决C O尾燃问题。

2.3　工艺联合问题

大型化后的装置合理联合会带来巨大的经济效益。设计的原料分别由蜡油加氢精制、加氢裂化、溶剂脱沥青及焦化装置直接以150℃的温度进装置,既增加了装置之间的联合深度又降低了全厂的能耗。催化裂化装置的液化石油气经精制后直接作气体分馏装置的原料,简化了全厂流程并降低了投资。催化裂化分馏塔顶循环回流直接作气体分馏装置的热源,既充分利用了顶循的热量和温位,也节省了投资等。

2.4　能量利用

装置大型化后对节能提供了某些方便,但也带来了巨大的挑战。

2.4.1　烟气能量利用

这是一股很大的能量,烟气压力能回收的多少除了机组本身的效率外,主要决定于主风机出口到烟气轮机入口的压力降及烟气轮机入口温度,更主要的是烟气量。本设计采取了如下的技术措施:(1)采用的再生技术使进再生器的主风量可以不随处理量及原料性质变化而调节,这就保证了烟气轮机可稳定在设计工况下,也就是最大做功状态下运行。(2)采用高效的再生技术降低了主风系统在再生器内的压力降。(3)优化的平面布置使主风及烟气的流动摩擦阻力降至最低。

(4)注意整个系统的压力损失设计,争取最小的主风及烟气系统压力降。(5)尽可能短的烟道以减少烟气的温降。

本设计主风机出口到烟气轮机入口压力降为90kPa,温降为30℃。设计主风机组发电2304kW。

2.4.2　高温位热能的利用

—

6

—炼　油　设　计 2001年第31卷