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1、 单位代码：单位代码： 1035910359 学学 号：号： 2009006G287 2009006G287 密密 级：级： 分类号：分类号： T TE6E6 Hefei University of Technology 硕硕士学位论文士学位论文 MASTERS DISSERTATION 论文题目：论文题目：200 万吨/年催化裂化和重油加氢装置 设计与生产的双向优化 学学历历类别：类别： 工程硕士 专业名称：专业名称： 化学工程 作者姓名：作者姓名： 范 宜 俊 导师姓名：导师姓名： 冯乙巳 教授 完成时间：完成时间： 2014 年 5 月 30 日 合合 肥肥 工工 业业 大大 学学 20
2、0 万吨万吨/ /年年催化裂化和催化裂化和200 万吨万吨/ /年年重油重油加氢加氢 装置设计与生产装置设计与生产的的双双向向优化优化 作作 者者 姓姓 名名 范 宜 俊 学学 位位 类类 型型 工 程 硕 士 学学 科科 专专 业业 化 学 工 程 专 业 研研 究究 方方 向向 石 油 化 工 应 用 导导 师师 及及 职职 称称 冯 乙 巳 教 授 黄 晓 华 教授级高工 2014年年5月月 A Dissertation Submitted for the Degree of Master The refinery the New Area RFCCU and heavy oil hyd
3、rotreating unitOptimize the design and production of two-way By Fanyijun Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China May, 2014 I 致致 谢谢 本文写作过程中，得到了中国石油化工集团安庆分公司首席专家黄晓化教授悉心 指点，在论文诸多地方蒙冯乙巳教授指导和专心修改，在此表示衷心感谢！ 作者：范宜俊 2012 年 10 月 28 日 II 摘摘 要要 本文通过对中石化安庆分公司含硫原油加工适应性改造及油品质量升级工程的 总加工流程“重油催化裂化装置+重
4、油加氢装置”进行设计上的优化，设计上优化分 两部分： 第一部分对催化裂化装置的 MIP 工艺方案及对 MIP 工艺相关的反应旋分系统、 MIP 循环管径进行了设计上的完善；第二部分对催化裂化和重油加氢双向组合工艺进 行对 RICP 组合工艺进行了深入分析与探讨，提出了增加重油加氢装置设计原料的适 应性，相应调整设计的反应参数，优化催化剂级配。为了更好发挥设计上优势，根据 装置的特点及关联性，提出在生产优化中建立大催化的观点，整个总流程抓好以重油 催化裂化为中心的大催化上下游生产的优化措施，从管理模式、原料优化、操作优化 最终要发挥核心优势，充分发挥重油加氢+催化裂化的总流程的特点和优势，提高全
5、 厂的经济效益。2013 年 9 月投产至今，我们利用催化裂化装置和重油加氢装置利用设 计上的优势，挖掘潜力，催化装置掺炼重油比例迅速超过设计点，重加装置经过优化 后，产品分布较为理想，为催化裂化提供优质原料，自投产到目前为止，半年创效近 1 亿元。 关键词：重油催化裂化关键词：重油催化裂化 重油加氢重油加氢 优化优化 大催化大催化 III ABSTRACT The square through on of Sinopec Anqing Branch 200 tons / year RFCCU and 2 million tons / heavy oil hydrogenation unit
6、in heavy oil processing route to explore the design and production optimization, put forward the point of view of a large catalytic New Area, production optimization good job on downstream production of heavy oil catalytic cracking catalytic optimization measures to form a relatively complete optimi
7、zation process for heavy oil processing, through the optimization of the big catalytic materials, reaction conditions, catalyst level with other measures to improve the economic efficiency of the whole plant . Keywords: heavy oil catalytic ;cracking of heavy oil hydrogenation optimizing large cataly
8、tic IV 目录目录 第一章绪论第一章绪论 . 1 第二章催化裂化装置设计优化第二章催化裂化装置设计优化 . 2 2.1 核心装置工艺方案选择 2 2.1.1 催化裂化 MIP-CGP（Clean Gasoline 烷基化反应在高温下（527）几乎不能有效地进行，因此，低反应温 度对生成异构烷烃有利，由于单异构烷烃的前身物烯烃则需要高温裂化才能得 到，这与烯烃异构化反应所需低反应温度相矛盾。化解有利于烯烃生成的一次 高温裂化反应，和烯烃在二次反应中能够有利于生成异构烷烃之间矛盾是该工 艺的关键。由于生成异构烷烃的前身物烯烃是串联反应的中间体，故可以将烯 烃的生成和反应分为两个部分，如图 1
9、所示： 图图 2. 2. 1 1 MIP 反应原理示意图反应原理示意图 为了达到生成异构烷烃和芳烃，将上图分为两个部分，以烯烃为结合点， 生成烯烃为第一反应区，烯烃转化反应为第二反应区。第一反应区主要作用 是，烃类混合物快速和较彻底地裂化生成烯烃，故此区操作方式类似目前催化 裂化方式，即高温、短接触时间和高剂油比，最好该区反应苛刻度高于目前催 化裂化的反应苛刻度，这样可以达到在短时间内较重的原料油裂化生成烯烃， 而烯烃还没有时间进一步裂化，保留较大分子的烯烃，同时高反应苛刻度可以 减少汽油组成中的低辛烷值组分（正构烷烃和环烷烃），对提高汽油的辛烷值 非常有利；由于烯烃生成异构烷烃既有平行反应又
10、有串联反应，且反应温度低 对其生成有利，故此区操作方式不同于目前催化裂化操作方式，即低反应温度 和长反应时间，第二反应区主要作用是促使烯烃反应有利于生成异构烷烃和芳 烃。 现有的提升管反应器采用高温高强度短接触时间，使裂化反应充分进行， 有利于保留汽油中的烯烃，提高辛烷值。若将现有的提升管反应器分成两个反 应区，如图 1 所示，在第一个反应器中，仍采用高温、短接触时间和高剂油 比，满足裂化反应，保证一定的转化率，在较短的停留时间后进入扩径的第二 反应区下部；在第二反应区内，通过冷却介质，控制较低的反应温度和较长的 停留时间，促进氢转移反应和异构化反应，使汽油中的烯烃含量降低，异构烷 烃和芳烃含
11、量增加。 合肥工业大学工程硕士学位论文 4 图图 2. 2. 2 2 新型反应器示意图新型反应器示意图 上述技术即为 MIP 两段反应新型提升管技术，该技术突破了现有的催化裂 化工艺对氢转移反应的限制，实现了可控性和选择性地进行裂化反应、氢转移 反应和异构化反应以达到降低汽油烯烃含量，提高异构烷烃含量的目的。 2.1.1.2MIP-CGP 技术特点技术特点 随着 MIP 工艺在中石化集团公司大量推广应用，MIP 已成为催化裂化的主 流工艺，截至 2012 年，共有 41 套催化裂化装置采用 MIP 工艺，总处理能力达 6000 万吨/年，同时以它作为平台技术，衍生出许多新的工艺技术，MIP-C
12、GP 是集 MIP 工艺特点和专用催化剂优势于一身，最大表现 MIP 工艺特点的技术。 MIPCGP 技术（Clean Gasoline & Propylene)就是生产富含异构烷烃汽油和多 产丙烯的 MIP 工艺。 MIP-CGP 工艺技术突破了常规催化裂化工艺对某些反应的限制，实现可 控性和选择性地进行某些反应，使产品性质和产物分布得到改善。其主要特点 为： 采用新型串联提升管反应器，优化催化裂化的一次反应和二次反应，从而 减少干气和焦炭产率，有利于产物分布的改善。 串联提升管反应器设计为两个反应区：第一反应区以一次裂化反应为主， 采用较高的反应强度，经较短的停留时间后进入扩径的第二反应区
13、下部，第二 反应区通过扩径、补充待生剂和注入冷却介质等措施，降低油气和催化剂的流 速、降低该区的反应温度、满足低重时空速要求，以增加氢转移和异构化反 应，适度控制二次裂化反应。在二次裂化反应和氢转移反应的双重作用下，汽 油中的烯烃转化为丙烯和异构烷烃，使汽油中的烯烃大幅度下降，而汽油的辛 烷值保持不变或略有增加。 专用催化剂具有不同的孔结构和活性组元，强化不同反应区的功能，满足 第二章 催化裂化装置设计优化 5 工艺的要求。通过调变催化剂的裂化反应活性和氢转移反应活性，增加液化气 产率和液化气中的丙烯含量，从而提高丙烯产率以及降低汽油中的烯烃含量。 MIP-CGP 技术生产的汽油中烯烃含量比常
14、规催化裂化工艺低，同时其研 究法辛烷值 RON，马达法辛烷值 MON 有所提高，符合汽油新标准和清洁燃料 的发展方向。 丙烯产率比常规 FCC 工艺高。 采用 MIP-CGP 工艺可更好地总流程各装置之间配合， 满足我们对丙烯和高 辛烷值汽油的需要。同时只有选用此工艺，汽油脱硫工艺选用汽油吸附脱硫工 艺进行深度脱硫时，才不会损失过多的辛烷值组分。基于 MIP-CGP 工艺特点、 我厂对丙烯的需求、及后续汽油深度脱硫的工艺的特点，我们选择此工艺作为 催化裂化装置的工艺方案。 2.1.22.1.2 反应器旋分器反应器旋分器 VQS 与粗旋的方案与粗旋的方案比选比选 确定催化裂工艺方案后，我们对反再
15、系统中核心设备反应器旋分系统进行 深入分析与对比性研究。 反应器旋分系统主要作用为分离经过提升管反应器反应后油气和催化剂， 使油气与催化剂分离，一是最大程度使油气与催化剂分离，油气中催化剂颗粒 降至最低。二是快速终止二次反应，减少副产品。目前比较常用的反应旋分系 统有粗旋+单旋方案，另一种是国内外新设计的快速分离系统。其中中国石化 工程建设公司首推 VQS（全名为 Vortex QuickSeparation 旋流式快分系统） 系统。 2.1.2.12.1.2.1 反应器旋分反应器旋分系统系统初步设计初步设计方案方案 中国石化工程建设公司 （SEI） 在 200 万吨/年重油催化裂化装置拟采用
16、 VQS （全名为 Vortex QuickSeparation 旋流式快分系统）技术，因安庆石化现有 两套催化装置均未设此类快分系统，无此类系统实际生产和开停车方面的经 验，经过查阅相关文献资料发现九江石化 VQS 系统较早开始使用且经验较 多，兰州石化使用较为成熟，在项目基础设计提交正式审查前，我们对 VQS 使用情况进行深入地分析研究。 2.1.2.2VQS 系统结构 VQS 旋流式快分系统主要结构特点如图 3 所示，在提升管出口采用具有多 个（35）个旋臂的旋流头，旋流头外部设封闭罩，旋流头下部设 35 层高效 挡板预汽提段，封闭罩上部采用承插式导流管和顶旋连接。VQS 系统是一种紧 凑型的提升管末端快分系统，最初是针对内提升管催化裂化装置开发的。 合肥工业大学工程硕士学位论文
