开工喷汽油技术在3.0 Mt/a催化裂化装置的应用

周亚堃，刘 彬，马明亮

(中国石油兰州石化分公司，兰州 730060)

中国石油兰州石化分公司(简称兰州石化)3.0 Mt/a重油催化裂化(FCC)装置由中国石化工程建设公司设计，于2003年投产，主要工艺特点为常规单段提升管反应器、重叠式两段催化剂再生技术。为降低催化裂化汽油烯烃含量，满足生产国Ⅵ(B)标准汽油的调合需求，于2019年进行了MIP(多产异构烷烃FCC)工艺技术改造[1]，改造后的首次开工过程采用了提升管喷汽油技术，取得了良好的效果，实现了气压机提前开机，有效避免了火炬燃放，为后续产品系统在喷原料前的操作优化创造了条件，为同类MIP装置开工提供了操作经验。以下对开工喷汽油的过程和效果进行具体的分析与讨论。

1 传统进料喷油存在的问题

1.1 气压机入口油气排放火炬

气压机受到性能与控制程序的限制，无法实现在提升管反应器进料喷油前提前开机[2]，通常要在进料喷油后反应油气的压力、流量趋于稳定时再启动气压机。所以，在反应器进料喷油到气压机开机正常期间，反应压力需通过气压机入口火炬阀向火炬管网排放油气来控制。装置喷油后火炬排放量可达到1 000 m3/min，使火炬系统超压燃放，不仅造成经济损失，而且给环境保护和清洁化生产带来负面影响。

1.2 稳定塔回流罐大量排放不凝气

分馏系统第一中段(简称一中)回流作为吸收-稳定系统脱吸塔塔底热源，通过加热凝缩油，脱吸出其中C3以下的轻组分。但是由于反应喷油后，分馏塔一中循环泵上量困难(开工过程中分馏塔中部柴油组分少且含水，经常是喷油后2～3 h机泵才能正常上量)，回流无法建立，造成脱吸塔塔底无热源供给脱吸，使稳定塔进料含有大量C3以下组分，造成稳定塔压力超高，必须进行不凝气排放。排放过程中一方面造成回流罐内大量C3、C4组分被携带入火炬系统，高附加值产品损失；另一方面在短时间内，大量无序的不凝气排放进入燃料气管网，会引起燃料气管网超压，超压后由燃料气管网泄压至火炬管网，当火炬管网系统无力应对回收时，最终仍将被迫进行燃放。

1.3 喷油前蒸汽需求量大

MIP装置的转剂过程与常规FCC装置不同，为保证第二反应区(简称二反)物料线速不小于1 m/s，避免转剂过程中出现催化剂堆积，需要较大的蒸汽用量，当反应温度提高至380 ℃以上时，旋风分离器入口线速将进入10～14 m/s的不稳定区，此时需要进一步提高蒸汽用量实现快速跨越。转剂全过程的蒸汽用量为60～80 t/h，一方面对蒸汽系统的要求提高，另一方面增加分馏塔内水蒸气分压及负荷，影响进料喷油后分馏塔塔顶循环(简称顶循)与一中循环的建立。图1为二反转剂线速度和VQS(旋流快速分离系统)入口线速度随温度的变化。

图1 二反转剂线速度和VQS入口线速度随温度的变化

1.4 沉降器封闭罩外升温困难

常规转剂过程中，沉降器封闭罩外升温速率无法保证，当反应器升温至530～550 ℃时，封闭罩外温度仅为380 ℃左右，此时进料喷油可能造成封闭罩外结焦，影响长周期运转，同时温度的快速上升可能造成设备变形，影响使用寿命，而继续升温必须延长转剂时间，影响喷油进度，增加后续系统的操作难度。

2 开工喷汽油方法

2.1 喷汽油流程

图2为装置开工喷汽油流程示意。

图2 提升管开工喷汽油流程示意

2.1.1 提升管轻质油回炼流程重油催化裂化装置不仅是炼油系统的重质油平衡加工装置，同时还承担各类不合格轻质油品的回炼加工任务。因此可利用罐区不合格轻质油品进装置的回炼流程，将直馏汽油或催化裂化汽油组分输转至反应器进行喷汽油操作。该操作对管线尺寸有要求，必须达到喷汽油的最低流量要求。

2.1.2 MGD(催化裂化增产液化气和柴油)回炼流程由吸收-稳定系统经MGD回炼流程进入提升管下部汽油回炼喷嘴，通过此流程可以足量喷入汽油，满足气压机喷油前提前开机运行的富气量需求，但是吸收-稳定系统内汽油库存将减少，需要间断外收汽油维持吸收-稳定系统三塔循环[3]。

2.1.3 急冷油流程提升管反应器急冷油的跨接流程较多，一般设置有冷回流油、顶循油、粗汽油和稳定汽油，选用此流程可以保证喷油流量，但是反应时间缩短，造成喷油转化为气体的比例降低。

2.2 流量控制

装置气压机最小工作负荷约为50 000 m3/h，反飞动最大循环量约为40 000 m3/h。按照正常生产时的富气分析结果进行计算，喷汽油操作产生气体的密度(20 ℃)为1.6 kg/m3左右。装置在提升管喷汽油处温度达到530 ℃以上时喷入汽油，其转化为气体的比例按55%计算，则至少需要喷汽油量达到30 t/h以上，才能满足气压机正常运行条件。

2.3 喷汽油时机选择

喷汽油可起到两个作用：提前开启气压机与优化产品系统操作，后者的作用更关键。喷汽油处的温度原则上越高越好，可提高汽油转化为气体的比例，减少喷汽油量。但是，还需要保证喷汽油至喷原料油之间有充足的时间，以进行产品系统的操作调整，改善运行条件，降低喷原料油后后续系统的操作难度。因此装置选择利用MGD回炼流程，在MGD喷嘴处温度达到530 ℃以上时开始喷汽油，3 h后再喷原料油。表1为开工喷汽油的操作参数[4]。

表1 开工喷汽油的操作参数

3 开工喷汽油优点

3.1 蒸汽用量降低

表2为不喷汽油和喷汽油方案各用汽点的蒸汽用量。

表2 不喷汽油和喷汽油方案各用汽点的蒸汽用量 t/h

图3为喷汽油方案实施后VQS线速度和二反转剂线速度随温度的变化。由图3可见，VQS线速度和二反转剂线速度在喷汽油方案实施后有所提升，这在一定程度上可减少蒸汽用量。

图3 VQS线速度和二反转剂线速度随温度的变化

结合表2和图3可以看出，开工喷汽油后可有效提高反应沉降器内各部位线速度，减少蒸汽用量，装置喷汽油量为30 t/h，降低蒸汽用量18 t/h，下降比例达到22.5%。

3.2 沉降器封闭罩外加速升温

开工喷汽油后，当反应器升温至530～550 ℃时，封闭罩外温度可由原380 ℃提高至470 ℃以上，有利于减少喷原料油初期大量未汽化油在沉降器顶部发生结焦情况。

3.3 提高催化剂循环量

汽油进入提升管后的汽化与裂化需要吸收较多热量，因而可有效提高喷原料前的催化剂循环量。在装置实际操作过程中，再生滑阀开度提高约4百分点，一方面有利于喷原料前反应温度和再生滑阀的平稳控制，另一方面可保证喷原料后实现快速过渡，降低操作难度。

3.4 产品系统操作优化

3.4.1 提前建立分馏塔顶循回流常规开工转剂时，大量蒸汽进入分馏塔后局部冷凝，冷凝水积存在分馏塔塔盘、中上部侧线集液槽及抽出管线处，喷原料后分馏塔中上部升温缓慢，机泵长期不上量。由于汽油较蒸汽热容大，开工喷汽油后油气携带大量热量不断进入分馏塔，使得塔内自下而上逐步产生温度梯度，顶循回流抽出层逐步积攒液相组分，同时塔内原有的冷凝水随着温度的升高，逐步汽化带出，在喷原料油前可以建立顶循回流并低量稳定运行，优化分馏塔运行条件，大大节省喷原料油后分馏塔操作调整的时间，降低操作难度[5]。

3.4.2 油浆倒加热提前改为发蒸汽常规转剂时，因蒸汽携带热量有限，需长时间利用蒸汽倒加热油浆，控制分馏塔塔底温度在200 ℃以上。开工喷汽油后，分馏塔塔底温度将持续上升，为避免塔底温度超过300 ℃造成结焦，需要提前将倒加热改为发生蒸汽状态，取走分馏塔塔底过剩热量。

3.4.3 吸收-稳定操作优化常规转剂过程中，第二中段(简称二中)回流量受到限制。装置控制二中回流量在30～40 t/h，流量过高会降低分馏塔温位，增大倒加热油浆的蒸汽用量。而喷原料后二中回流量需在短时间内(10 min左右)快速提高至300 t/h以上，为分馏塔下部提供液相回流，同时快速将稳定塔塔底温度提高至160 ℃以上，满足汽油外送要求，此过程因升温过快易造成物料泄漏，存在较大的安全风险。开工喷汽油后，因热源充足，可提前建立分馏塔二中回流，一方面实现二中区域缓慢升温，另一方面稳定塔提前加热(可根据情况建立塔顶回流)，脱吸塔进料与中上部温度也相应提高，部分C3以下组分可提前送出装置，预留气体容量，最终在喷原料后，脱吸塔升温时间缩短，一中循环也可快速建立，稳定塔塔顶回流罐原有的大量、无序、不受控的不凝气泄放情况得到彻底改变，真正实现开工过程中火炬系统不燃放[6]。表3对比了不喷汽油和喷汽油两种方案实施过程中各相关操作点的参数。

表3 不喷汽油和喷汽油方案实施过程中各相关操作点的参数对比

4 喷汽油后的操作

4.1 气压机开机

喷汽油前气压机升速至1 800 r/min暖机等待，喷汽油后分馏塔塔顶油气分液罐压力出现明显上升，气压机开始升速带负荷，逐步关闭放火炬阀门。

4.2 反应系统操作

喷汽油过程中，逐步降低二反提升蒸汽量，保证二反与VQS线速度稳定，根据55%转化为气体进行测算，喷入30 t/h汽油可代替蒸汽10.5 t/h，根据实际操作经验，代替蒸汽最大量为18 t/h。喷汽油过程中，注意及时调节再生滑阀开度，避免反应温度大幅波动。

4.3 产品系统操作

产品系统操作为：①逐步建立分馏塔顶循与二中循环。②分馏塔塔底温度升至280 ℃时，油浆倒加热改为蒸汽发生状态。③分馏塔塔顶富气经压缩后进入吸收-稳定系统，干气组分经吸收、再吸收后送出装置；液化气及部分干气组分经吸收、脱吸，最终进入稳定塔，随着二中回流的建立，可逐步建立稳定塔塔顶回流，不凝气与干气合并后送出装置。

5 存在的问题

5.1 分馏塔塔底热量过剩

喷汽油后，分馏塔塔底热量存在过剩情况。为了防止分馏塔塔底温度过高，首先停用倒加热，改为蒸汽发生状态，同时连续外收原料、加大油浆外甩量，控制分馏塔塔底温度不大于300 ℃。此操作需提前预留油浆罐区存储空间。

5.2 吸收-稳定系统不凝气排放

喷汽油后裂化产生的C1、C2组分最终将通过干气线送至燃料气管网，需提前做好燃料气系统平衡准备，避免燃料气管网超压泄放，造成火炬燃放。

6 结 论

兰州石化3.0 Mt/a重油催化裂化装置进行MIP技术改造后，在开工过程中使用喷汽油技术，实现了喷原料前气压机提前开机，有效避免了火炬燃放，同时缩短了转剂升温时间，最大程度地优化了喷原料油前分馏、吸收-稳定系统的操作，顶循，一中、二中循环均不同程度地实现了提前建立，降低了喷原料油后各系统的操作难度。该技术的成功应用为同类MIP装置的开工提供了操作经验，具有一定的借鉴与推广意义。