催化裂化装置优化研究

【摘 要】催化裂化装置由于近年来生产工艺的进步，及原油被提炼的多样性，要求我们在生产过程中，总结经验，探索规律，优化装置结构。本文利用数值模拟软件，进行运算，力求研究出优化的设计方案，服务生产，提高效率。

【关键词】催化裂化；优化；数值计算

催化裂化（FCCU）是炼油厂中重要的二次加工过程。催化裂化主要由三部分组成，即反应一再生系统、分馏系统和吸收稳定系统，其主要作用是在加热和催化剂的共同作用下，将常压渣油、蜡油、脱沥青渣油等重质馏分油转换成高质量的干气、液化气、汽油和柴油。

本文以抚顺石化某催化裂化装置分馏和吸收稳定系统为研究背景，采用Aspen plus流程模拟软件对分馏和吸收稳定系统进行了建模，通过与实际工业数据的对比验证了模拟结果的可靠性，所建模型对于指导工业生产具有重要意义。

1.催化裂化简介

上个世纪30年代，出现了工业化的催化裂化工艺，当时是以固定床加工重瓦斯油的方式；流化催化裂化工业装置是从上世纪中期建造完成并投入生产的；到了20世纪后半期，Kellogg公司的正流C型装置可以加工常压重油，这使重油催化裂化开始步入工业化。我国第一套流化催化裂化装置于1965年建造成功并投入生产使用。世界对轻质油的需求量在不断提高，催化裂化工艺成为炼油行业最重要的技术手段之一。而我国的原油多为重质的石蜡基原油，因此，非常重视重油催化裂化工艺的创新与提高。

催化裂化工艺装置的作用在于通过催化剂，并在高温的条件下，将常压重油转化提炼成质量高的汽油、柴油、液化气等等。其分为反应再生系统、分馏系统和吸收稳定系统。通过使用新的催化剂和创新工艺，抚顺石化公司对装置中的反应再生系统进行了创新提升，一方面使得加工量与产率提升了，另一方面获得了更高的经济效益。但如何保证产能与质量、如何节能方面的问题也随之出现。

催化裂化的研究可以追溯到19世纪90年代，当时炼油界先驱者McAfee在实验中发现采用三氯化铝作催化剂可以促进裂化反应，从而提高汽油产率。Gulf 石油公司据此于1915年建立了第一套工业化装置[1]。

美国的Vacuum石油公司利用固体酸性催化剂的Houdry催化裂化工艺这一炼油技术，于1931年建成3500t/a的中型装置，取得了工业化数据。1936年第一套100kt/a 的固定床催化裂化工业装置开始投产。为克服固定床催化裂化装置结构复杂、操作繁琐、控制困难的缺点，实现催化剂在反应和再生操作之间的循环，1948年HPC公司开发了Houdriflow移动床催化裂化过程，标志着移动床催化裂化工艺的出现。两年后第一套350kt/a工业化装置投入生产作业，其主要特点是反应器放在再生器项部。

可是移动床工艺也存在一个问题，那就是催化剂的颗粒体积大，从而为催化传质带来阻力，而流化催化裂化技术正是克服了这一问题，从螺旋送粉剂入手研究，取代了原有的技术，成为了后来各种流化床产生的先决条件[2]。

催化裂化装置由反应再生系统，分馏系统，吸收稳定系统，构成。吸收稳定系统的作用是加工分馏塔顶油气分离器中的粗汽油和富气以及其他装置的轻烃组分，目的是分离出干气，并得到稳定汽油和液化气产品。吸收稳定系统包括气压机、吸收塔、解吸塔、再吸收塔和稳定塔。也有的装置是把吸收塔和解吸塔两塔合一，由于效率不高，操作控制难度大，已经逐步被双塔流程所取代。随着环保要求严格，脱硫系统一般也作为催化裂化装置的一部分共同设计，也有进行装置之间联合设立共同的脱硫处理系统，催化裂化装置脱硫系统的作用是脱除液化气和干气中的含硫组分，产出合格产品。

2.建模及模拟运算

根据催化裂化装置主分馏塔所得富气、粗气油、柴油、回炼油和油浆5个产品的流量和组成，混合后即可获得主分馏塔的进料组成及流量。分馏塔的结构参数根据实际生产情况来定。

完成上述工作后，采用Aspen Plus流程模拟软件建立了分馏塔的模型，热力学计算方法选择BK10，迭代方法选择系统自带的Wegstein法。

3.模拟结果分析与优化

分馏塔的任务是把反应产物切割成富气、粗汽油、柴油、回炼油和油浆，此外还要尽可能的取走分馏塔高品位的热量，减少有效能的损失。本文根据所建立的ASPEN模型计算结果，首先分析了分馏塔各段取热负荷。

由上述数据图表可以看出目前分馏塔油浆取热量在47.53%，取热比例较好，但顶循取热量达28.44%，这说明分馏塔低品位热源取热量偏大，中段循环取热比例相对较低。另外从产品结构上讲，顶循取热比例的偏大意味着中段循环带来的内回流量下降，柴油产率的下降和汽油收率的提高，这也与实际的产品方案是互相匹配的，在实际操作过程中，可以根据取热比例和产品方案确定一个最佳操作点。

通常分馏塔的产品方案受市场影响明显，有的时候希望多产柴油，有的时候希望多产汽油，而产品方案的不同往往通过控制器有干点来实现。汽油的干点主要通过顶循环抽出量和顶循环的返塔温度来实现。本文研究了顶循环抽出量和顶循环的返塔温度对汽油干点的影响规律。

上述模拟分析结果表明，顶循环流量越大、返塔温度越低，顶循环取热量越大，汽油的干点就越低。分馏塔柴油95%点的控制是通过调整一中循环量或一中返塔温度来实现，本文研究了一中对柴油95%点影响规律。

本文建立了分馏系统的ASPEN模型，详细分析了分馏塔的操作状况、热负荷状况，研究了操作条件变化对粗汽油和柴油质量的影响规律，通过模拟分析进一步深化了对分馏过程理论的理解，提出了分馏操作改进方案，并进行了模拟论证，为今后进一步优化生产创造了条件。 [科]

【参考文献】

[1]陈俊武等.催化裂化工艺与工程（第二版），北京：中国石化出版社，2005.

[2]陆庆云.流化催化裂化（第二版），北京：烃加工出版社，1989：29-288.