FDFCC技术交流文章解析.doc
FDFCC工艺技术的工业应用洛阳石油化工工程公司工程研究院 前言洛阳石化工程公司在双提升管催化裂化专利技术（ZL92105596.X）基础上，开发了旨在降低FCC汽油烯烃和硫含量、提高汽油辛烷值并同时增产丙烯的催化裂化新工艺-灵活多效催化裂化工艺（Flexible Dual-riser Fluid Catalytic Cracking，简称为FDFCC工艺）。洛阳石化工程公司现已在中国石化集团清江石化有限责任公司12万吨/年双提升管催化裂化装置工业试验的基础上，完成了FDFCC工艺技术的大型化工程技术开发，并在中国石化长岭分公司和中国石油大庆炼化分公司的百万吨/年催化裂化装置进行了FDFCC工艺的工业应用。FDFCC工业应用结果表明：灵活多效催化裂化工艺操作稳定可靠、工艺参数调节灵活，催化裂化汽油经汽油提升管反应器改质后，烯烃含量可降低至16V%以下，硫含量可降低2447%，研究法和马达法辛烷值分别提高12个单位，催化裂化装置的丙烯产率提高35个百分点。2. 灵活多效催化裂化工艺技术特点灵活多效催化裂化(FDFCC)工艺在常规催化裂化装置上增设一根提升管作为独立的汽油改质反应器，汽油改质反应器与FCC主提升管反应器并联。这样，就可以充分利用高活性状态催化剂和大剂油比操作等有利条件，为汽油理想二次反应提供独立的改质空间和充分的反应时间，避免了汽油改质与重油裂化的相互影响。由于汽油改质的比例不受限制，汽油改质提升管反应器操作条件相对独立，FDFCC工艺的汽油改质和增产丙烯的效果十分显著。汽油改质提升管反应器的操作条件可以根据炼油企业的实际情况灵活调节；当主要以降低汽油烯烃和硫含量为目的生产清洁汽油时，反应温度可以控制较低（一般为400450），使异构化、氢转移、芳构化、烷基化等理想反应占据绝对优势；当需要多产液化气和丙烯时，汽油改质提升管反应器的反应温度一般控制在550600又可以很高，使烷烃裂化和烯烃裂化等反应占主导，同时实现提高柴汽比、降低汽油烯烃和硫含量生产高辛烷值清洁汽油的目的。3.灵活多效催化裂化技术的汽油改质工艺形式以催化汽油改质为主要目标的FDFCC工艺具有以下两种不同形式的汽油改质工艺流程,它们分别是:3.1、方案A：双提升管单沉降器单分馏塔外供汽油改质该方案是汽油改质反应器与重油提升管反应器共用一个沉降器和一个分馏塔，需要改质汽油由其它催化裂化装置来提供，改质后汽油返回主分馏塔与未改质汽油混合后,进入吸收稳定系统，单沉降器、单分馏塔的FDFCC工艺流程详见图1。此方案的特点是模拟双分馏塔情况，实现催化裂化汽油单程改质。该流程适合存在有两套催化裂化装置的炼厂，可以通过改造一套催化装置实现两套装置的汽油改质，一般可以将两套装置的汽油烯烃含量降低到35v%以下，满足新汽油规格要求。 3.2、方案B：双提升管单沉降器单分馏塔自产汽油改质该方案是汽油改质反应器与重油提升管反应器共用一个分馏塔，改质汽油原料由本催化装置提供，改质汽油返回主分馏塔与未改质汽油混合后,一部分进入吸收稳定系统,另外一部分混合汽油进入汽油改质反应器进行循环改质，单沉降器、单分馏塔自产汽油改质的FDFCC工艺的原则流程详见图2。由于该方案的改质汽油与重油提升管生产的粗汽油进行混合循环改质，增产丙烯的幅度比方案A小一些，但烯烃含量能够降低到25v%以下，该工艺适宜对只有一套重油催化装置的企业进行FDFCC工艺技术改造，实现降低汽油烯烃含量和硫含量并增产丙烯的目标。与双分馏塔FDFCC工艺流程相比，单分馏塔FDFCC工艺流程的改造投资相对节省，适合于对具有一定的加工负荷余量（1015%）的重油催化裂化装置进行技术改造。3.3、方案C：双提升管双沉降器双分馏塔自产汽油改质该流程在汽油改质提升管反应器出口设立第二沉降器和第二分馏塔，改质汽油直接进入吸收稳定系统。这种流程因为汽油改质完全是独立系统，就避免了改质汽油与未改质汽油的混合循环改质，大幅度提高了汽油改质的效率，同时也不会对重油催化裂化主分馏塔的操作带来任何不利影响。双沉降器、双分馏塔自产汽油改质的FDFCC工艺的原则流程详见图3。此方案的特点：汽油改质是独立系统，投资相对大一些，该工艺适合催化装置无加工余量，或者希望多增产丙烯，对常规催化裂化RFCC加工时生成的较高烯烃含量和硫含量的催化汽油进行改质，可以实现汽油全馏分改质。采用双提升管双分馏塔的FDFCC工艺流程，催化汽油烯烃含量可降低至16V%以下，且硫含量可降低1530%，研究法和马达法辛烷值也分别提高12个单位，该流程可以生产烯烃含量满足欧排放标准的清洁汽油。3.4、方案D：双提升管双沉降器双分馏塔轻质汽油改质本方案将催化粗汽油先经切割塔分离100以前的馏分。将轻质汽油引入汽油改质提升管反应器进行催化改质，改质汽油经沉降器、分馏塔进入吸收稳定系统，双沉降器、双分馏塔轻汽油改质FDFCC工艺流程的原则流程详见图4。此方案的特点是根据催化汽油烯烃分布情况（70%以上的烯烃是集中在< 100的馏分中），对不同性质的汽油馏分进行分别处理。将高烯烃含量的轻质汽油采用FDFCC汽油改质提升管反应器进行单独处理，可大幅度减少汽油处理量,提高汽油改质效率，并可通过提高反应温度大幅度增产丙烯。重汽油馏分可直接出装置或进行加氢处理。因此，本方案也可生产满足欧排放标准的清洁汽油。4. FDFCC工艺技术的工业应用4.1 FDFCC工艺技术的工业应用方案长岭分公司、清江石化有限责任公司和中国石油大庆炼化分公司都是具有两套催化裂化装置的炼油企业，为了在重油催化裂化装置实现生产烯烃含量小于35V%的清洁汽油的目标，在上述企业FDFCC工艺的设计流程中，均采用汽油改质提升管和重油提升管共用沉降器、汽提段、再生器、分馏塔和吸收稳定系统的改造方案（如图1所示）。汽油提升管原料均来自另外一套重油催化裂化装置，形成模拟“双分馏塔”的FDFCC工艺方案，在不增设汽油分馏塔的情况下，实现催化汽油的单程改质。在长岭1#催化装置FDFCC工艺流程中，2#催化的粗汽油全部进入1#催化装置FDFCC汽油提升管进行改质并增产丙烯，分馏塔顶油气分离器分离出的粗汽油分为两路，一路进入本装置的吸收塔，另一路返回另外一套重油催化裂化装置的吸收塔，两套装置吸收稳定系统的负荷均变化较小。这样就实现了对两套重油催化汽油进行改质的目标。4.3长岭1#催化装置FDFCC技术改造内容和运行情况长岭分公司于2003年5月份将1#催化装置由FCC改造成灵活多效催化裂化（FDFCC）工艺装置。该项目充分依托原有装置的能力及公用工程系统设施，以尽可能节省投资，改造内容包括：（1）反应部分新增了汽油提升管及提升管出口粗旋。（2）分馏及吸收稳定部分设备进行更新、局部改造，其中分馏塔盘改为清华大学开发的AV微分塔盘，稳定塔塔盘改为河北工业大学的高效立体传质塔盘。并对部分冷换设备及机泵更新。该项目施工从2003年5月1日开始，5月22日交付开工，改造施工期22天。5月23日开主风机，经过升温、衬里烘烤，29日开工进油，实现了开工一次成功。从长岭分公司FDFCC装置的开工和运行情况来看，从装催化剂、转剂、三器流化到喷油再到切换到烟机主风机机组提压操作，均比较顺利，汽油提升管对重油提升管及再生器的流化基本上没有影响。而且由于待生催化剂的分配较改造前均匀，再生烧焦效果较改造前好，再生器稀密相温差下降。长岭分公司1#催化FDFCC装置自2003年5月底开工以来，装置操作平稳，重油提升管和汽油提升管工艺参数调节控制灵活，实现了FDFCC工艺大型化工程技术开发和长周期运转的目标。5.长岭分公司FDFCC工艺技术工业试验方案和试验结果5.1 FDFCC工业试验方案在FDFCC工业试验中,我们主要进行了下列FDFCC工艺流程的试验研究：(1). 方案A：双提升管单沉降器单分馏塔外供汽油改质(2). 方案B：双提升管单沉降器单分馏塔自产汽油改质为了模拟双提升管双分馏塔形式的FDFCCA工艺流程,首先以另外一套重油催化裂化装置生产的催化粗汽油(外供汽油)作为FDFCC装置汽油改质提升管反应器的原料；然后以FDFCC装置自产的催化粗汽油作为汽油改质提升管反应器的原料, 按单分馏塔形式的FDFCCB工艺流程(方案B)进行工业试验,分别考察了不同工艺条件下催化裂化粗汽油提升管催化改质的效果和对整套催化装置产品分布和产品性质的影响。在FDFCC工业试验和标定过程中,汽油改质提升管反应器的出口处特设了一个馏出物采样口,定期采样分析,这样就可以直接得到汽油改质反应生成的气体和改质油品的组成和性质分析数据。6.2 FDFCC工艺技术工业试验结果和讨论6.2.1汽油改质提升管产品分布和产品性质表1和表2分别列出了FDFCC工业应用试验的汽油改质提升管产品分布和汽油改质前后的主要性质分析数据对比。表3列出了FDFCC汽油改质提升管气体组成和常规RFCC工艺的数据对比。表1 FDFCC汽油改质提升管产品分布 项 目FDFCC-AFDFCC-B汽油改质方案外供汽油自产汽油标定时间大庆清江清江长岭长岭清江清江清江长岭长岭反应温度，404450500550585400450500550549催化剂活性62.863.063.062.36463.063.063.06471产品分布，%干气+损失0.941.021.672.435.221.061.252.394.053.69液化气6.668.5812.8919.0222.365.267.4311.8516.6220.23其中丙烯2.393.345.087.759.842.012.784.227.067.97汽 油90.3887.3181.5273.0965.8591.5388.3380.5870.4269.54轻柴油1.132.172.643.224.101.242.033.646.434.19焦 碳0.890.921.282.052.470.910.961.542.462.35合 计100100100100100100100100100100由表1列出的FDFCC汽油改质提升管产品分布数据可知，随着反应温度的提高，汽油改质反应的转化深度提高，对增产液化气和丙烯有利。此外，与FDFCC-B方案中采用本装置自产粗汽油作为汽油提升管进料相比，FDFCC-A方案采用外供催化汽油作为汽油改质提升管原料时，汽油改质反应在单程通过状态下进行，避免了部分改质汽油进行循环回炼。因此，在相同的反应条件下，外供汽油改质方案（FDFCC-A）比自产汽油改质方案（FDFCC-B）的液化气和丙烯产率较高。表6. FDFCC汽油改质前后主要性质对比 项 目FDFCC-AFDFCC-BFDFCC汽油改质方案外供汽油外供汽油自产汽油自产汽油汽油管口温度，550585550549汽油样品进料出口进料出口进料出口进料出口密度(20)727.5736.8725.1734.2734.5738.3740.7746.7馏程 初馏31.030.530.030.038.530.530.023.510%50.048.549.044.057.547.550.543.030%71.572.070.563.579.071.575.567.550%96.5101.596.093.0103.0100.5104.098.570%124.5137.5126.0131.0132.5135.0133.5130.090%159.5191.0158.5170.0165.5178.5166.5192.0干点174.0217.5170.0206.5179.0204.5184.5193.0总硫 ppm0.1130.0860.0940.0610.0950.0660.0660.035降硫率 %23.935.130.547.0烯烃，V%51.715.955.412.634.111.722.94.9芳烃，V%18.334.818.638.428.039.734.038.7苯，%0.721.120.811.481.371.521.442.72RON93.194.893.195.792.895.793.195.8RON增加值+1.7+2.6+2.9+2.7MON80.582.180.582.680.682.681.284.0MON增加值+1.6+2.1+2.0+2.8表3. FDFCC工艺和常规RFCC液化气组成对比（W%）项目RFCCFDFCC-AFDFCC-B反应器重油提升管汽油提升管全装置汽油提升管全装置丙 烷6.615.2110.326.5013.81丙 烯29.3140.6034.0542.6031.98异丁烷16.5718.3116.1419.9120.55正丁烷7.585.696.085.027.67正丁烯8.687.777.466.436.12异丁烯12.639.8411.378.308.49顺丁烯9.906.298.246.536.40反丁烯8.746.296.334.704.99合 计100.0100.0100.0100.0100.0由表2列出的FDFCC工业应用试验的汽油改质前后的主要性质分析对比数据可以看出，FDFCC汽油改质提升管对催化汽油的改质效果十分显著，主要表现在以下三个方面：（1）、催化汽油的族组成发生巨大变化，烯烃含量可由50V%以上降低到16V%以下，芳烃含量可由20V%以下提高到30V% 以上；（2）、催化汽油的研究法提高1.72.9个单位，马达法辛烷值提高1.62.8个单位；（3）、催化汽油的硫含量降低2447%。FDFCC工业应用试验的汽油改质效果表明，若采用双分馏塔和双沉降器的FDFCC工艺技术进行汽油改质，就可在重油催化裂化装置直接生产满足烯烃含量低于18V%的欧排放标准清洁汽油。由表3列出的FDFCC工业应用试验的汽油改质提升管气体组成分析结果可以看到，FDFCC汽油改质提升管气体产品的丙烯浓度也远高于常规RFCC工艺，说明采用FDFCC工艺技术在重油催化裂化装置增产丙烯也是确实可行的。6.2.2.FDFCC工艺全装置产品分布和产品性质表4列出了长岭FDFCC工艺全装置产品分布和产品性质与常规RFCC工艺的对比数据。FDFCC全装置产品分布数据显示，在与常规RFCC基本相同的原料结构下，FDFCC工艺使催化装置的产品结构得到显著改善，柴汽比液化气产率大幅度提高，在不同工况下，全装置的丙烯产率提高3.65 4.7个百分点。表5列出了长岭FDFCC工艺全装置精制汽油产品性质与常规RFCC工艺的对比数据。数据显示， FDFCC工艺使全装置催化汽油的总体性质显著改善，FDFCC方案A的精制汽油烯烃含量可降低到35V%以下，硫含量降低25%，RON和MON分别提高1.7和0.5个单位。在采用自产粗汽油进行改质的FDFCC-B工况下，由于部分改质汽油进行循环改质，催化汽油改质效果更加显著，精制汽油烯烃含量可降低到25V%以下，硫含量降低43%，RON和MON分别提高1.4个单位。表6列出的2003年9月长岭FDFCC-A（外供汽油改质）方案的两套催化装置精制汽油主要性质分析数据显示，当采用外供2#催化粗汽油作为汽油改质原料时，两套催化装置的催化汽油烯烃含量都可降低到35V%以下，这样，就实现了将一套催化装置进行FDFCC工艺技术改造，而对两套催化装置汽油进行质量升级的目标。表7列出的长岭FDFCC装置催化柴油主要性质分析数据显示，由于FDFCC工艺在独立的反应器对催化汽油进行改质和增产丙烯，因此对催化柴油的主要性质，尤其是柴油的十六烷值没有负面影响。表4. 长岭FDFCC工艺全装置物料平衡项目RFCCFDFCC-AFDFCC-B改质方案/外供汽油自产汽油原料组成，w% VGO49.245.4541.1246.9750.57 CGO30.538.7937.9128.2238.03 VRO20.315.7620.9724.8111.40 合计100100100100100产品分布, w%干气 4.865.495.636.035.27液态烃 12.0723.7524.4919.2523.07 其中丙烯 3.358.05 7.886.907.43 汽油 39.8129.7128.8632.6829.79 轻柴油28.5629.5328.9628.4227.39 油浆 6.363.243.514.925.88 焦碳 7.848.028.238.308.46 损失 0.500.260.320.400.15 合计 100100100100100表5. 长岭FDFCC全装置精制汽油性质项目RFCCFDFCC-AFDFCC-B汽油改质方案/外供汽油自产汽油精制汽油性质族组成，V% 烯烃55.030.622.1 芳烃18.419.423.3 馏程 初馏 3233.732.7 干点173169.1183.0 RSH ppm947 总硫 ppm942700540 蒸汽压 kpa6065.060.7 诱导期 min470>480>1000 MON80.58181.9 RON92.694.394.0表6.长岭FDFCC-A方案的两套催化装置精制汽油主要性质年月日1# FDFCC催化装置2#催化裂化装置烯烃v%芳烃v%硫含量%干点烯烃v%芳烃v%硫含量%干点03-9-133.419.10.071179.335.021.20.058187.003-9-632.817.50.073172.133.724.20.055174.503-9-830.615.20.061167.533.020.80.057172.003-9-930.714.40.054168.035.017.70.060172.503-9-1127.717.50.058175.332.122.00.060170.503-9-1234.219.90.081183.033.125.70.073171.003-9-1530.619.40.070169.134.818.60.061180.0表7. 长岭FDFCC全装置催化轻柴油性质 工艺RFCCFDFCC-AFDFCC-B汽油改质方案/外供汽油自产汽油 密度(20)915.9919.9908.6馏程初馏点155185.0169.510%202224.5205.550%255271.5260.090%343325.0327.0干点358343.0343.0总硫，%0.530.4670.433凝点 -16-15-18闪点 587570苯胺点<30<30十六烷值292929碱氮，PPm210241氧化沉渣mg/100ml1.031.976.2.3. 长岭FDFCC工艺装置能耗分析表8列出了长岭1#催化裂化装置FDFCC工艺技术改造前后的全装置公用工程消耗和能耗数据。长岭1#催化装置FDFCC工艺技术改造主要是增加了一根汽油提升管，进行粗汽油回炼改质，以降低汽油烯烃含量、硫含量并多产丙烯为主要目的，与常规的RFCC工艺相比，装置能耗增加主要有以下几个原因：（1）FDFCC工艺利用烧焦热进行粗汽油回炼改质，所以再生器剩余热量减少，而粗汽油回炼量不计入装置处理量，故单位能耗提高。（2）汽油回炼改质大约有2.0%的生焦率，而粗汽油回炼量不计入装置处理量，全装置生焦率提高。（3）装置改造后分馏稳定系统的物流和热负荷增加较大，耗电量和循环水量增加。长岭1#催化装置在常规的RFCC工况下的能耗为63公斤标油/吨原料，FDFCC工艺改造后的标定能耗约为73公斤标油/吨原料，装置能耗上升10公斤标油/吨。对于采用外供汽油改质的FDFCC方案A，由于对两套催化装置的汽油都进行了改质，因此，应扣除为2#催化装置汽油改质而增加的5公斤标油/吨的能耗，则本装置实际能耗为68.2公斤标油/吨，比常规催化裂化增加能耗约5公斤标油/吨，能耗增加幅度为8%。 表8. 长岭FDFCC全装置消耗和能耗数据项目RFCCFDFCC-AFDFCC-B汽油改质方案/外供汽油自产汽油单位消耗量新鲜水, t/t0.0890.0930.095循环水, t/t33.8234.9135.30除氧水, t/t0.3460.3590.358软化水, t/t0.0340.0430.035凝结水, t/t-0.080-0.018-0.018电量,hkw/t25.61327.7127.681.3mpa蒸汽, t/t0.0780.1950.1873.5mpa蒸汽, t/t-0.101-0.055-0.077焦炭, t/t0.07840.08230.083热输出, MJ/t-930-1216-1170催化剂单耗, kg/t0.900.750.75表观能耗MJ/t264330673074Kg-oil/t63.1173.2173.38表观能耗增加率，%基准16.016.3实际能耗MJ/t264328563074Kg-oil/t63.1168.2173.38实际能耗增加率，%基准8.016.3 表9列出了长岭FDFCC工艺装置能耗与其它多产液化气/丙烯工艺装置的能耗对比数据。表9数据显示，在重油催化裂化装置增产丙烯，除采用丙烯选择性高的专用催化剂外，一般都是通过提高催化裂化反应的苛刻度和原料转化率来实现。随着裂化反应深度提高和丙烯产率增加，催化装置的能耗也相应增大。与其它多产液化气/丙烯工艺的能耗相比，FDFCC工艺的能耗要低得多。表9. 长岭FDFCC与其它多产液化气/丙烯工艺能耗对比* 装置名称装置规模万吨/年工艺名称LPG产率%丙烯产率%装置能耗公斤标油/吨安庆65DCC-30.0512.12137.6荆门80DCC-24.644.2593.72岳化105ARGG26.5610.1692.31扬州20ARGG26.129.4684.86高桥60ARGG23.116.0284.21福建150MGD19.406.6576.01长岭105FDFCC24.497.8868.21其它工艺数据摘自中国石化炼油事业部2002年炼油生产装置基础数据汇编6.2.4. FDFCC工艺技术经济评价表10列出了长岭FDFCC工艺技术改造后的经济效益测算结果，FDFCC-A和 FDFCC-B的年增效益分别为8770和6333万元，其中油品价格采用2003年上半年长岭分公司内部结算价。FDFCC工艺技术改造后的经济效益主要来源于渣油掺炼比例提高和液化气及丙烯产量的大幅度提高。此外FDFCC工艺技术改造后，该装置不再采用高单耗的降低汽油烯烃催化剂，每年节省该费用324万元。 表10 长岭FDFCC工艺技术经济评价结果项目RFCCFDFCC-AFDFCC-B价格FDFCC-AFDFCC-B汽油改质方案/外供自产外供自产重油处理量 万吨/年101.33100.699.57长岭内部结算价格效益增额效益增额原料万吨/年万吨/年万吨/年元/吨万元/年万元/年 VGO49.8641.3646.772141-18176-6615 CGO30.9138.1428.10214115481-6014 VRO20.5721.1024.7015948376586 合计101.33100.699.57-1857-6043产品 万吨/年万吨/年万吨/年元/吨万元/年万元/年干气 4.925.666.0013009611403液态烃 8.8416.7112.302693212039318 其中丙烯3.397.936.8739411786313697 汽油 40.3429.0332.542519-28484-19654 轻柴油28.9429.1328.302334450-1503 油浆 6.443.534.901300-3788-2010 焦碳 7.948.288.26000 损失 0.510.320.40000 合计 101.33100.699.57+8205+1251消耗万吨/年万吨/年万吨/年元/吨万元/年万元/年新鲜水9.029.459.480.590.260.27循环水3427 353635.150.2325.0820.26除氧水35.0636.3335.635.857.423.34软化水3.453.993.485.853.220.22凝结水-8.11-1.83-1.805.8536.7136.89电量,hkw2595280727560.53112.185.321.3mpa蒸汽7.9019.8118.6084.751009906.53.5mpa蒸汽-10.23-5.56-7.6790.40422.5232.1催化剂0.0910.0750.07520000-324-324消耗合计+1292+961总经济效益+8770+63337. 长岭分公司FDFCC工艺技术大型化工程开发和应用结论根据灵活多效催化裂化工艺技术在百万吨级的重油催化裂化装置工业应用的结果,我们可得出以下结论:（1）、FDFCC工艺技术大型化工程开发和工业应用取得了圆满成功，工艺流程合理,改造方案选择可靠，装置操作平稳灵活。（2）、 FDFCC工艺中汽油改质提升管反应器对催化汽油的改质效果十分显著，催化汽油烯烃含量可降低至16V%以下，汽油硫含量可降低2545%,辛烷值也提高23个单位。采用双提升管双分馏塔的FDFCC工艺流程，就可在重油催化裂化装置直接生产满足烯烃含量低于18V%的清洁汽油。（3）、在双提升管单分馏塔的FDFCC工艺流程中,在优化的操作条件下,采用外供催化汽油作为FDFCC工艺中汽油改质提升管的进料，混合汽油的烯烃含量都可降低至35V%以下，采用本装置自产汽油进行改质方案时，混合汽油的烯烃含量都可降低至25V%以下。混合汽油的硫含量也可降低1020%，而且RON和MON有所提高。（4）、 FDFCC工艺技术对提高重油催化裂化装置的柴汽比和丙烯产率的效果显著,催化装置的柴汽比一般可提高0.20.7,丙烯产率也可提高35个百分点。（5）、 FDFCC工艺技术在大幅度降低催化汽油烯烃含量的同时，可显著改善催化裂化装置的产品结构，提高丙烯产率,为炼油企业带来十分可观的经济效益和社会效益。
