灵活双效催化裂化FDFCC装置技术改造

1、灵活双效催化裂化（FDFCC）装置技术改造华冬梅 罗文吾 王萌（长岭炼化工程设计有限公司，岳阳 414000）摘要：文章介绍了一项在灵活双效催化裂化工艺中的技术改造，即通过提高粗汽油进提升管的温度，增加再生器内取热器等措施，达到节能降耗，提高装置掺渣量，增加装置操作灵活性的目的。通过实际生产验证，采用上述改造，可以增产3.5MPa蒸汽4.2t/h，提高装置掺渣量3t/h左右。关键词：FDFCC 技术改造 节能1 前言在我国炼油工业二次加工工艺中，催化裂化工艺占有极其重要的位置，国内市场中汽油和柴油的绝大部分都来自于催化裂化1；同时它又是炼油能耗大户，其加工能耗几乎占炼油装置总能耗的1/32。为

2、了适应原油不断变重、油品质量指标日趋严格及多产柴油、丙烯和液态烃的要求，近年来，国内催化裂化新技术的研究和应用十分活跃，竞相出现了MIP3、MGD和FDFCC等技术，在提高装置轻收、改善油品质量方面收到了较好的效果。但是，由于FDFCC技术增设了粗汽油回炼系统，装置能耗较原工艺有明显增加。某公司1#重油催化裂化装置于19961997年在原来的型蜡油催化裂化装置的基础上改造为两器同轴式重油催化裂化装置，设计规模为1200 kt/a，1997年4月6日开车一次成功。为了实现降低催化汽油烯烃含量并多产丙烯的目标,利用2003年4月装置大检修增设灵活双效催化裂化（FDFCC）工艺设施，处理2#重油催化

3、装置粗汽油，即进行了FDFCC-I的工艺改造。该工艺采用双提升管工艺流程，在第一根提升管反应器进行重油催化裂化，在第二根提升管反应器进行催化汽油改质并多产丙烯。2006年4月，1催化装置进行了FDFCC-III工艺技术改造，为了平衡热量，将原再生器的6组内取热管取消，保留外取热器。经过2年多的运行发现，外取热工况不稳，产汽下降，经常波动，同时汽油提升管作为平衡再生器剩余热量的手段到后期也受到限制，且装置到后期生焦率明显上升，再生器过剩热量增加，装置处理能力及掺渣能力降低；同时改造后能耗很高，达到86.53kg标油/t4，虽然经历次改造后能耗指标已有显著改善，但与国外同类装置相比，还有很大潜力可

4、挖。为了解决以上问题，拟对催还装置进行技术改造。FDFCC工艺流程图见图1。图1 灵活双效催化裂化（FDFCC）工艺流程示意图Fig. 1.1 The flow diagram of FDFCC2 改造内容2.1 提高汽油提升管进料温度 技术方案从图1可以看出，现有粗汽油的流程是：来自主分馏塔塔顶分液罐40的液相粗汽油在经泵升压后，不经预热直接进入辅助提升管反应器，与来自再生器的高温催化剂直接接触，通过催化反应，完成降烯烃等改质过程。从工艺流程分析，液相粗汽油40进料与高达690左右催化剂直接接触，必然导致粗汽油在催化剂表面的不均匀分布和延长油剂接触时间，加剧缩合和裂解反应，生成焦炭和干气，从

5、而提高装置能耗和降低汽油收率。与此同时，低温粗汽油和高温再生催化剂直接混合将产生巨大的混合火用损，严重降低反再系统能量利用品质。造成辅助提升管系统过程火用损大的主要原因除了高温再生催化剂与低温粗汽油混合传热火用损耗之外，辅助分馏塔系统回流热的利用不合理也是过程火用损大的原因之一。所以，利用辅助分馏系统的热量加热粗汽油，并优化其换热流程，是降低回收环节过程火用损的有效途径。与此同时，提高粗汽油的进料温度，减少辅助提升管内油剂接触温差，又是降低利用环节火用损的关键。因此，提高粗汽油的进料温度，降低油剂接触温差，可以改善反应产品分布，减少焦炭和干气生成量，同时达到降低能耗的目的。基于以上论述，拟将汽

6、油提升管冷进料改为热进料。图2 改造流程示意图粗汽油的加热温度受以下因素的影响：（1）现有喷嘴结构的影响：粗汽油随着温度的升高，密度逐渐降低，尤其至110左右时，开始气化，喷嘴气速增加明显。若进料喷嘴不做相应优化，则会导致气速过高，容易造成催化剂磨损，细小的催化剂颗粒被油气带走，降低剂油比，同时过高的气速对提升管器壁冲蚀严重。（2）分馏系统热源的影响：分馏系统主要热源为各中段回流取热，其中，高温位热量(循环油浆)通常作为原料加热和发生中压蒸汽热源，热量利用比较合理；中高温位热量(一中、二中回流)通常供应高温位热阱(解吸塔塔和稳定塔底再沸器)，其热量基本平衡；中低温位热量(轻柴油、顶循、塔顶油气

7、、稳定汽油等)，主要用于加热本装置内低温工艺物流以及供应气分装置用热需求，其热量过剩较多，多于热量常发生热水或夏季通常由冷却水取走。对于FDFCC工艺，多余的中低温位热量可用于预热粗汽油，提高粗汽油进提升管温度，从而有利于反再系统中压蒸汽产量的增加和分馏系统冷却负荷的降低。但粗汽油预热不宜采用中高温位以上热源，粗汽油预热温度宜控制在200以下，其原因有二：第一，若要将粗汽油加热至200以上，必须采用高温位热源，高温位热源本身可直接发生中压蒸汽，而预热粗汽油的热量最终也由反再系统转化为中压蒸汽；第二、催化装置中中高温位热源有限，供应装置高温热阱热量基本平衡或稍有不足，若将其热量用于预热粗汽油，则

8、热阱部分欠缺热量需采用蒸汽弥补。综上所述，本次改造根据装置情况，决定采用副分馏塔顶油气作为加热粗汽油预热热源，利旧原副分馏塔顶油气-低温水换热器（E-2201/3.4），不增加新换热器。油品性质见表1，改造流程见图3。表1 油品性质*Table 1 Property of oil项目粗汽油塔顶油气密度(20) kg/m3720.9746.6馏程D86IBP313310%616150%10611290%161161FBP184187*数据摘自原设计文件图3 折流板型式Fig3 Baffle geometry表2 换热器核算结果参 数单位壳程管程换热器流体名称塔顶油气粗汽油-流量kg/h34.35

9、052.000-进/出口温度137/9840/110-进口压力kgf/cm2(A)1.255.00-压降kgf/cm20.040.09-污垢热阻m2.h./kcal0.00040.0004-计算传热系数kcal/m2.h.257.5854.7157.96必须传热系数kcal/m2.h.-101.17有效传热温差-32.9热负荷106xkcal/h-2.19换热面积m2-657设计余量%-56.14从结果可以看出，计算换热面积为657m2，与实际换热面积相符，传热系数157.96kcal/m2·h·，副分馏塔顶油气从40升高到115，热负荷2.19×106 kcal

10、/h。 改造结果（1）能耗分析表3 节约能耗计算汇总表*序号项目消耗量变化（t/h）能量折算值(kg.EO/t)单位能耗变化(kg.EO/t)1循环水-200.10.01323.5MPa蒸汽4.2882.464合计2.477*装置处理能力150t/h在装置6月19日开工后，粗汽油提升管进料的温度由以前的40，提高到110以上，与计算结果十分接近，达到了预期目的。经过重新核算，粗汽油由40升高到110，吸收热量2.04X106 kcal/h。节省了反应系统的热量，可以多产3.5MPa饱和蒸汽4.2t/h，同时塔顶油气出口温度降低，经核算可以节省循环水20t/h，节约能耗见表3。（2）火用分析装置

11、原有流程和改造后流程火用分析如图4图5所示(为简化起见，示意图中混合曲线用直线代替)。图4 改造前火用分析示意图图5 改造后火用分析示意图在反应器内，改造前粗汽油的预热温度为40，与690的高温催化剂混合，产生的混合物理火用损为4.53×106kcal/h；改进后，粗汽油的预热温度为110，与690的高温催化剂混合，其混合火用损耗为3.89 ×106kcal/h，火用损减少14.0%。在换热部分中，改造前油气加热热水，热水温度由55升至84，换热火用损为0.23 ×106kcal/h；改造后，油气加热粗汽油，粗汽油由40升至110，换热火用损为0.21×

12、106kcal/h，火用损减少10.6%。因此，相比改造前，改造后装置多回收有用功0.66 ×106kcal/h；火用损减少13.8%。目前，装置中轻柴油(220100)分别作为富吸收油(50120)和热水(5584)热源，其中，用于加热富吸收油的热量为3.86×106kcal/hr，用于加热热水的热量为4.49×106kcal/hr(换热火用损为1.02×106kcal/hr)，其中轻柴油-热水换热火用损较大，可将该部分热量用于继续加热粗汽油。其换热流程为柴油首先加热粗汽油至180，进入提升管，然后再与富吸收油换热。采用此方案后，装置火用损情况见图6。

13、如图6所示，该方案在反应器内，粗汽油的预热温度为180，与690的高温催化剂混合，产生的混合物理火用损为3.24×106kcal/hr；在换热部分，油气加热粗汽油，粗汽油由40升至110，换热火用损仍为0.21×106kcal/hr，轻柴油(220160)加热粗汽油至180，换热火用损为0.31×106kcal/hr，相比粗汽油40进料流程，该方案可多回收有用功2.01×106kcal/hr；火用损减少34.9%，相比110进料流程，该方案可多回收有用功1.35x106kcal/hr；火用损减少26.0%。图6 改进后火用分析示意图2.2 增加内取热器

14、技术方案由于粗汽油进提升管温度升高，汽油提升管内汽油升温所需的热量减少，再生器热量将出现过剩，必须采取相应措施将剩余热量及时取出；同时通过对装置实际生产情况分析，发现现有外取热工况不稳，经常波动，装置生产后期生焦率明显上升，再生器过剩热量增加，现有外取热器不能满足要求，装置处理能力及掺渣能力降低。通过上述分析，可以认为现有外取热器已经成为装置生产的瓶颈。但是，外取热器结构复杂，如果对外取热器进行更新改造，投资较大。因此，拟增加再生器内取热的能力，增强再生器热平衡的调节功能。在再生器内部增加内取热管，规格及数量如下：规格:Ø324×12×5000/1248×12数量：三组六根，两根一组，再生器外管线及汽包等利旧 改造结果通过装置生产运行，内取热产汽一直平稳，产汽稳定在14t/h左右，对再生器流化无任何不良影响。同时，内取热投用可