催化裂化高效汽提技术及工业应用

催化裂化高效汽提技术及工业应用

流化压裂化装置（rcc）的汽提段（或蒸汽提装置）是完全分离和回收油气产品的重要设备。汽提的目的就是用蒸汽把催化剂颗粒之间及颗粒微孔内部的油气置换出来。这些油气约3/4存在于催化剂颗粒之间的空隙中,约1/4存在于颗粒微孔内部(这部分油气较难汽提出来)。进入汽提器内的油气约占产品总量的2%～4%,若不予除去,相当于增加了2%～4%的焦炭,减少了轻质油收率。由于汽提不完全而使焦炭产率升高,增加了再生器的烧焦负荷,特别是对于重油催化裂化(RFCC)装置,再生器的烧焦能力可能成为限制其处理能力的控制因素。近年来,FCC汽提技术发展较快。汽提器内件结构形式多样化,但已应用的形式主要有两种:即盘环形档板和格栅填料。对于RFCC装置,汽提器内件以新型盘环形档板内件为主,在盘环形档板和其裙体上进行了许多结构改变,以提高气固接触效率;对于蜡油FCC装置及其他FCC工艺(如FDFCC)装置,考虑到沉降器结焦较少或不结焦,目前已有部分装置汽提器内件采用了新型格栅填料。国外对汽提器研究较多的是UOP和ExxonMobil公司,这两家公司主要采用的是盘环式挡板,在布置形式和挡板结构上有相似之处。中石化洛阳工程有限公司(LPEC)在催化裂化汽提器研究和应用方面做了大量工作,成功开发了新型挡板式和格栅填料式汽提器及与之相配套的两段汽提工艺新技术,工业应用后,可将焦炭中氢质量分数分别降到6%～8%和4%～7%。1新型新型fc支撑方案的蒸发1.1两侧汽提器对比提高汽提器汽提效率有两个途径,即结构因素和工艺条件。LPEC融合这两方面的优点,开发了一种催化裂化新型汽提器及配套工艺技术——汽提器新型结构+两段汽提新技术。在结构方面,该技术着眼于增大气固接触空间,即汽提器内固相催化剂的填充率,加大气固接触面积,提高汽提效率,并对内外环挡板及裙板做了较大改进。两段汽提工艺则注重汽提蒸汽在汽提器内上、下区域的流向及分配,旨在提高汽提蒸汽的有效利用率。该系列新型汽提器已获4项国家专利(ZL98250779.8,ZL01212424.9,ZL200420075014.1,ZL200910065887.1)。图1为新型挡板式汽提器构型示意,在汽提器内设置两段(两级)汽提蒸汽,每段之间设置有高效环形挡板,构成组合式汽提器,以减小汽固返混,提高传质效率,从而实现对沉降器油气的高效汽提。1.2冷态对比实验采用氢气示踪技术,就新型挡板式汽提器与无内构件结构(空筒型式)及其他形式的内件结构进行了冷态对比实验。在相同的汽提线速下,普通盘环式挡板汽提器的汽提效率为85%左右,新型挡板式汽提器汽提效率达到96%,说明新型挡板式汽提器的汽提效率很高,完全可以满足工业需要。1.3改造的rfcc装置迄今,新型挡板式(及组合型)汽提器(LZT-Ⅰ型、LZT-Ⅱ型)已成功应用于20套RFCC装置,装置处理量为0.15～2.8Mt/a。对于改造的RFCC装置,与改造前相比,在总汽提蒸汽量下降约20%的条件下,焦炭中氢的质量分数下降了30%左右,焦炭中氢质量分数下降到6%～8%。典型的1套改造装置和1套新建装置应用情况如下。1.3.1设计能力和一次开车成功率中国石油锦州石化公司(简称锦州石化)Ⅲ套RFCC装置原设计处理能力为1.4Mt/a,采用两段再生、反应器与一再同轴、二再并列的提升管工艺。沉降器汽提段采用普通盘环挡板结构,实际操作中待生催化剂上焦炭中氢质量分数一般在10%左右。2008年4月,为了适应产品质量升级和企业发展的需要,对该装置进行了扩能改造,设计加工能力由1.4Mt/a提高到1.8Mt/a,同时提高装置掺渣比,使装置掺炼渣油和焦化蜡油的比例提高到50%以上。将沉降器汽提段更换为LPEC开发的高效挡板汽提技术。2008年5月31日提升管喷油,装置一次开车成功。目前装置运行良好,汽提段改造后,焦炭中氢的质量分数平均值与改造前基本持平,分别为6.5%和6.4%,但单位催化剂的汽提蒸汽用量(下同)平均由3.3kg/t下降至2.6kg/t,下降了21%,每天可节省蒸汽31.2t,蒸汽价格按150RMB￥/t计算,每年(按350天计)节省蒸汽创造的效益为163.8×104RMB￥。1.3.2汽提段汽提蒸汽标定中国石油化工股份有限公司长岭分公司2.8Mt/aRFCC装置于2010年11月一次开车成功,其反应再生系统为同高并列式快速床—湍流床串联再生提升管型式,反应采用MIP工艺。汽提段内径为4200mm,高度为9500mm,提升管反应器穿过汽提段。沿汽提段内设8层盘环型挡板、2级汽提蒸汽,汽提蒸汽用量为4.0kg/t左右。装置2011年9月20日的标定结果如下:原料油为焦化蜡油、常压蜡油、加氢重油的混合油,其密度为928kg/m3,残炭为3.54%;反应温度为502℃,再生温度为650～690℃;焦炭中氢的质量分数为5.5%。图2为该装置开工以来的焦炭中氢含量数据(由再生烟气组成数据计算得出)。可见,焦炭中氢的质量分数大都在4%～8%,平均值为6%左右,汽提效果很好。2新型复合格式性能2.1汽提蒸汽浓缩LPEC新型格栅填料式汽提器的构型如图3所示,在汽提器内放置两层以上格栅填料内件,每层填料用支撑架支撑于器壁,底部通入汽提蒸汽。催化剂自上向下流动,经过填料内件分布后,均匀向下与上升的汽提蒸汽逆流接触,进行油气介质置换。其技术特点是:①在汽提器内安装有两层以上专利格栅填料内件;②格栅填料具有均匀流化、破碎气泡、减少返混、延长停留时间的作用;③固体催化剂颗粒在汽提器内和汽提介质得到了充分接触和均匀的分配,提高了汽提效率。2.2汽提效率比较采用氢气示踪技术,就新开发的填料式汽提器与无内构件结构(空筒型式)及其他形式的内件结构进行了冷态对比试验。试验中考察了两种结构尺寸填料汽提器的汽提效果,以及两种主要因素—汽提线速和催化剂循环量对汽提效果的影响。用于比较的不同内件汽提器有:空筒型、普通盘环式挡板、新型高效挡板。在相同的某一汽提线速下,空筒型汽提效率最低,普通盘环式挡板汽提器的汽提效率为85%左右,结构1填料和结构2填料汽提器汽提效率分别为92.9%和97.4%,说明新型填料式汽提器的汽提效率很高,完全可以满足工业需要。该系列新型汽提器已获3项国家专利(ZL01128770.5,ZL200710054007.1,ZL200710054006.7)。2.3fdfcc装置迄今,新型格栅填料式汽提器(LZT-Ⅲ型)已成功应用于10套FCC和FDFCC装置,装置处理量为0.8～2.0Mt/a。应用结果表明,在汽提蒸汽用量2.7～4.0kg/t条件下,焦炭中氢的质量分数下降到4%～7%。汽提效率提高,经济效益显著。两套不同类型装置应用情况如下:2.3.1格栅填料式汽提器新型格栅填料式汽提器工业应用于中国石油化工股份有限公司广州分公司Ⅰ套催化装置(MIP工艺技术),于2007年2月8日一次开车成功。该装置为反应再生两器同轴型式,反应部分采用外提升管反应器,年设计处理量为2.0Mt/a(改造前,年设计处理量为1.5Mt/a)。格栅填料式汽提器安装于沉降器下部,汽提器构型类似图3,汽提器内设置两级汽提蒸汽。装置自开工以来,汽提器运转正常,流化稳定,于2007年4月13日进行了标定。原料油为加氢蜡油和外购蜡油,混合进料的密度为0.8992g/cm3,残炭为0.48%,其硫质量分数为0.361%。改造前2006年6,7月份与改造后2007年10月份、2008年1月份的焦炭氢含量数据见图4。汽提蒸汽用量平均由改造前的5.6kg/t下降至4.0kg/t,下降了28.6%,蒸汽价格按150RMB￥/t计算,每年节省蒸汽创造的效益为250×104RMB￥。改造后焦炭中氢质量分数为4%～7%,较改造前的6%～8%平均下降了21.4%,以多汽提出的油气和油来估算,年增效益1000×104RMB￥左右。可见,新型格栅填料式汽提器汽提效率高、经济效益好。2.3.2汽提蒸汽用量新型格栅填料式汽提器于2011年10月应用于中国石油化工股份有限公司洛阳分公司Ⅱ套催化裂化装置重油汽提段改造项目。原汽提段内件为盘环形挡板,新设计的汽提器内件采用了格栅填料,汽提器构型类似图3。改造后原料由蜡油变为掺炼部分重油,混合原料的密度变化不大,为890～910kg/m3,残炭由0.5%～1.0%上升为2.5%～3.3%;汽提蒸汽用量为3.1～3.6kg/t,略有升高(改造前汽提蒸汽用量为2.6～3.2kg/t)。装置自2011年10月开工以来,汽提器运转正常,流化稳定。改造后焦炭中氢的质量分数为5.0%～7.5%,平均为6.3%;改造前焦炭中氢的质量分数为7.0%～9.0%,平均为7.4%,见图5。可见,改造后焦炭中氢的质量分数平均值下降了15%,汽提效率提高,年增效益约600×104RMB￥。3催化裂化汽提技术LPEC对FCC汽提技术进行了多年的研究,已成功地开发出了3种型式FCC高效汽提器,即高效挡板式汽提器、多级组合式汽提器、填料式汽提器(LZT-Ⅰ～LZT-Ⅲ),并广泛应用于各种工艺类型的FCC装置,FCC装置的处理量从0.15～2.8Mt/a,汽提器直径从1500～4200mm。该技术以提高汽提效率为目标,着眼于加大气固接触面积、提高气固接触效率。