重油催化裂化反應(yīng)工藝技術(shù)探討

蓋永強(qiáng)

摘 要：重油催化裂化工藝技術(shù)中采用的反應(yīng)器，我們利用多相流規(guī)律及數(shù)學(xué)描述可以更好地了解流動(dòng)傳熱及裂化反應(yīng)過程，可以為將來的催化裂化工藝發(fā)展指明方向。本文對(duì)催化裂化反應(yīng)深度調(diào)控技術(shù)、反應(yīng)系統(tǒng)關(guān)鍵裝備技術(shù)、汽油輔助反應(yīng)器改質(zhì)降烯烴技術(shù)和分區(qū)轉(zhuǎn)化技術(shù)展開探討。

關(guān)鍵詞：重油催化裂化;工藝技術(shù);反應(yīng)器

重油催化裂化工藝技術(shù)，是生產(chǎn)汽油、柴油和液化石油氣等油品的關(guān)鍵生產(chǎn)工藝技術(shù)。優(yōu)化催化裂化產(chǎn)品分布，提高輕質(zhì)油收率，保證催化裂化裝置的持續(xù)運(yùn)行，對(duì)于提高煉化企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益起到重要作用。

1 催化裂化反應(yīng)深度調(diào)控技術(shù)

以反應(yīng)機(jī)制角度進(jìn)行分析，重油催化裂化是一種較為復(fù)雜的平行、順序反應(yīng)方式，原油中的烴類物質(zhì)在催化裂化反應(yīng)時(shí)，會(huì)向著多個(gè)方向發(fā)展，初次化學(xué)反應(yīng)形成的產(chǎn)物，會(huì)再次進(jìn)行反應(yīng)。平行、順序的化學(xué)反應(yīng)具備的特點(diǎn)是，化學(xué)反應(yīng)的深度會(huì)對(duì)每個(gè)化學(xué)產(chǎn)物產(chǎn)生較大的影響。從反應(yīng)工程角度進(jìn)行分析，重油催化裂化反應(yīng)，氣體、固體兩相產(chǎn)生流動(dòng)及傳熱需在的提升管中完成，兩個(gè)狀態(tài)的物質(zhì)在流動(dòng)、傳質(zhì)和裂化時(shí)會(huì)較高程度地進(jìn)行結(jié)合，該化學(xué)反應(yīng)過程存在于提升管反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)的不同區(qū)域。可以組建起提升管三維多相流數(shù)學(xué)模型，對(duì)提升管反應(yīng)系統(tǒng)中的反應(yīng)過程進(jìn)行準(zhǔn)確地描述，采用注入終止劑技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)深度控制。通過對(duì)催化裂化反應(yīng)機(jī)理的深入理解，研發(fā)出新型霧化進(jìn)料技術(shù)、提升管反應(yīng)控制技術(shù)等，形成了新集成技術(shù)，可以使產(chǎn)品分布更加顯著，在國內(nèi)很多化工企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，輕質(zhì)油產(chǎn)品收率可提升1.5%，反應(yīng)過程擁有較好的操作彈性和穩(wěn)定性，技術(shù)改造費(fèi)用不高，有著較高的經(jīng)濟(jì)效益。

2 重油催化裂化后反應(yīng)系統(tǒng)關(guān)鍵裝備技術(shù)

減少提升管反應(yīng)器后反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的油氣物質(zhì)經(jīng)過時(shí)間，使油氣及催化劑實(shí)現(xiàn)高效率分離，可以得到更好的產(chǎn)品分布，使生產(chǎn)裝置實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。我國的很多重油催化裂化裝置，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，需應(yīng)用高效率的后反應(yīng)系統(tǒng)技術(shù)。把湍流氣體、固體、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型耦合，應(yīng)用到催化裂化的沉降器等后反應(yīng)系統(tǒng)研究，處理兩相作用時(shí)團(tuán)聚修正曳力是否準(zhǔn)確的問題，組建起催化裂化多相反應(yīng)模型，把大型冷模多相流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)，來對(duì)多相體系傳遞和化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行模擬，可以對(duì)多相作用機(jī)理進(jìn)行重新的認(rèn)識(shí)，也就是說，在重油催化裂化后反應(yīng)系統(tǒng)中，氣固物質(zhì)高效率稀相分離、密相傳質(zhì)反應(yīng)的關(guān)鍵受到多相流傳遞特點(diǎn)和反應(yīng)過程的配合有關(guān)。通過對(duì)耦合關(guān)聯(lián)機(jī)制的重新認(rèn)識(shí)，可以有效解決氣體、固體稀相分離及密相傳質(zhì)耦合問題。采用催化裂化后反應(yīng)關(guān)鍵裝備技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)油氣、催化劑的高效率分離，有效減少油氣物質(zhì)在后反應(yīng)系統(tǒng)中的時(shí)間，可以避免產(chǎn)生副反應(yīng)，使化工產(chǎn)品選擇性得到拓展，提高生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)周期，使化工生產(chǎn)效果達(dá)到國際水平。

3 催化裂化汽油輔助反應(yīng)器改質(zhì)降烯烴技術(shù)

清潔油化工生產(chǎn)的最大困難，在于催化裂化汽油烯烴占比較高。當(dāng)前的汽油降烯技術(shù)多注重催化裂化的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了將汽油產(chǎn)物降烯烴化學(xué)反應(yīng)與重油生產(chǎn)原料在相同的反應(yīng)器中進(jìn)行。從重油原料裂化及化工產(chǎn)物汽油烯烴的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制動(dòng)力學(xué)相關(guān)規(guī)律研究中可以看出，最理想工藝條件有著較大的不同。通過對(duì)汽油烯烴組成物質(zhì)定向催化反應(yīng)流程和多相傳遞結(jié)合方面的研究，研發(fā)出多相流化學(xué)反應(yīng)流程耦合輸送床、汽油改質(zhì)反應(yīng)器。將工業(yè)催化裂化反應(yīng)裝置進(jìn)行結(jié)合，在汽油改質(zhì)反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)異地改質(zhì)，制造出滿足特殊改質(zhì)油氣分餾塔，可以對(duì)改質(zhì)油氣實(shí)現(xiàn)分餾處理?？梢詫?duì)工藝工程實(shí)現(xiàn)集成。該技術(shù)可以把汽油烯烴占比減小到18%，從而達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 重油催化裂化分區(qū)轉(zhuǎn)化技術(shù)

最近一些年來，提高催化裂化生產(chǎn)裝置輕質(zhì)油收率是促進(jìn)我國化工技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力，由于摻煉渣油占比的不斷攀升，原材料重質(zhì)化、劣質(zhì)化會(huì)使焦炭、干氣產(chǎn)率都達(dá)到很高的占比。當(dāng)前，操作流程的優(yōu)化、新技術(shù)應(yīng)用在某種程度上降低了其它化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)率，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，新型技術(shù)及生產(chǎn)裝備都需要針對(duì)某化學(xué)反應(yīng)區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，會(huì)受制于其它化學(xué)反應(yīng)區(qū)域的影響，因此改進(jìn)并沒有達(dá)到理想效果。

通過對(duì)重油催化裂化反應(yīng)的重新認(rèn)識(shí)，把減少油劑混合接觸時(shí)間作為工藝技術(shù)改造的根本要求，采用進(jìn)料強(qiáng)返混、反應(yīng)平流和物質(zhì)快速分離作為控制理念，研發(fā)出催化裂化反應(yīng)多區(qū)協(xié)控技術(shù)，在催化裂化反應(yīng)裝置中進(jìn)行應(yīng)用，總液收率提高了3.2%，汽油物質(zhì)中的烯烴占比減小了60-70%左右，硫物質(zhì)占比減少了20%。由于原油材料的重質(zhì)化問題，使得催化裂化反應(yīng)技術(shù)需要處理劣質(zhì)的生產(chǎn)材料，化學(xué)成分不同的生產(chǎn)材料在性能上有著較大的差別，在同樣的化學(xué)反應(yīng)容器內(nèi)應(yīng)用相同反應(yīng)條件，不能滿足化學(xué)成分及性質(zhì)方面的要求，會(huì)使輕質(zhì)油收率受到較大的損失，化工產(chǎn)品質(zhì)量得不到有效控制。研發(fā)出重油分級(jí)分區(qū)催化裂化技術(shù)，通過大量的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)與原來的催化裂化技術(shù)在同樣的轉(zhuǎn)化率條件下，輕質(zhì)油收率提升了5%，轉(zhuǎn)化率提升了7.25%，干氣及焦炭選擇性減少了1.2%。

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