周一至周五 | 9:00—22:00

MCP工艺对降低柴汽比的贡献分析

作者:未知

  摘 要: MCP工艺以多产低碳烯烃为工艺目标,为燃料型炼厂向化工型转变而开发,而MCP为强化裂解反应,采用了高的反应苛刻度、短反应时间,加之富含Z型分子催化剂的使用,为降低催化柴油的产率提供了合理的反应条件,MCP既降低了柴油的产率,也改善了柴油质量。
  关键词: FCC;柴汽比;反应时间;剂油比;转化深度;Z型分子筛
  1 前言
  中国自2000年以来,汽柴油消费呈快速增长态势,其中柴油消费以年均8.3%的速度增长,汽油以8.76%的速度增长,消费柴汽比2005年达到最高点2.26,预计2030年回落到1.0左右,柴汽比的下降,会导致柴油产能过剩。[1]随着中国炼油产能的进一步扩张,于2014年柴油产能已超出消费峰值,柴油呈过剩姿态,如何经济、高效的处理催化柴油、降低柴汽比已成为炼化企业“十三五”期间面临的主要问题。MCP装置是由中国石油化工开的新型流化催化裂解技术,以多产化工原料为目的,改善产品分布,于2011年在扬州石化首次应用,开工后低碳烯烃产率在22%以上,其中丙烯收率达16.5%,MCP工艺荣获了中石化科技进步奖。MCP装置在增产低碳烯烃的同时,大幅降低了柴油产率,扬州石化柴汽比在行业内领先,也为行业内降低柴汽比作了启示。
  MCP以最大限度生产化工原料、减少燃料油产率为目的,工艺集成了多项新技术:提升管与床层组合反应器技术,分级进料技术;C4馏分和裂解汽油轻组分循环裂化技术;抑制丙烯再转化的快速分离技术;烃分压梯度递减的逐级注汽技术;采用OMT专用催化剂,目前MCP装置柴汽比、液化气产率、丙烯收率均在行业内名列前茅,走在了炼厂由炼油型向化工型转变的前列。
  2不同FCC工艺产品分布
  流化催化裂化(FCC)工艺在炼化企业中一直占着重要的地位,为国民经济发展提供燃料动力和基础化工原料,随着市场需求变化和产品质量的升级,FCC工艺也在不断发展,国内目前有FCC、RFCC、FDFCC、MIP、MIP-CGP、DCC、MCP,随着柴油市场的饱和,到2020年汽油市场也将趋于饱和,各炼厂正由燃料型向化工型转变,MCP技术应运而生,以下将中石化运行质态相对较高,具有一定代表性的工艺类型的装置生产数据进行比较,由于数据受限,未列举FDFCC和DCC运行数据。
  从表2中可以看出,在原料性质上,原料 H含量均在12%以上,具有较好的裂化性能,其中YZ的H含量偏高,结合密度看,YZ的原料特性参数K值要高于其它三套装置,但由于YZ的催化进料为全常渣,残碳相对较高,综合以上,几套装置的原料裂化性质相近,以上装置的不同工艺柴油产率具有可比性。从表1中可以看出,YZ的MCP工艺催化柴油产率最低,相同原料的情况下,MCP工艺较ARGG工艺柴油产率仍下降明显。
  3 柴油组分分析
  FCC柴油馏分(LCO)馏程范围为200―350℃,其中烃类能成包括烷烃、环烷烃和芳香烃。烷烃主要类型有正构烷烃和异构烷烃。柴油中除了含有较长侧链的单环环烷烃和单环芳烃,还有双环以及三环的多环环烷烃和多环芳烃。[2]轻循环油(LCO)在我国一直作为商品轻柴油的混兑组分,一般与直馏柴油混合使用。轻循环油是商品轻柴油中质量最差的组分,其芳烃含量达到50%以上,甚至高达80%;十六烷值很低,甚至低于20;硫和氮含量随原料而异,但均偏高。[3]以下是不同FCC工艺在表1的运行工况下的柴油分析数据。
  从表3中可以MCP工艺的柴油密度最低,氢含量高,凝固点相对最高,从上性质可以得出MCP柴油饱和烃、长支链的环烷烃和芳烃含量较高,计算十六烷值高于其它工艺。MCP工艺的柴油密度低、终馏点低,反映出组分中多环芳烃含量低。综合以上,MCP工艺不仅柴油产率最低,柴油的质量也是最优。
  4 柴油的生成机理
  在各类FCC工艺中,经常用转化深度来评价原料的裂化程度,转化率是柴油�樵�料进行催化裂化反应,在转化率计算时认为柴油是未转化物质,但在催化裂化柴油与原料性质已发生本质变化,H含量、族组成均已变化,芳烃含量甚至高达80%以上,所以,FCC柴油是反应产物,根据正碳离子反应机理,柴油是经过大分子的单分子裂化反应,然后在经过多次的双分子氢转移反应,反应类型还包含异构化、环化、芳构化等。[4]
  5降低柴汽比因素
  5.1较高反应苛刻度
  从表1中的操作条件可以看出,MCP工艺的反应温度、剂油比都是最高的,反应温度高出MIP工艺近30℃,MCP工艺的剂耗在2.0Kg/常渣左右,平衡剂微反活性控制在75左右,高出常规FCC平衡剂活性10点以上。较高的苛刻度有利于渣油裂化,裂化反应占主导地位,干气产率在几种工艺中是最高的,MCP工艺的目标是多产低碳烯烃,反应产物烯烃含量高,单分子裂化反应有效降低了分子相对较高的柴油组分,表1中柴油产率与反应苛刻度对应关系相吻合。
  5.2短停留时间
  反应时间短是MCP工艺重要特点,主提升管反应时间仅为2.9s,远远低于MIP的反应时间,较短的反应时间避免了反应产物在低活性条件下氢转移、环化、芳构化反应,有效的抑制了柴油组分生成。Flying J炼油厂毫秒催化裂化工艺(MSCC)试验结果表明:由于油剂时间缩短,使得干气的选择性大大改善,且催化剂上焦碳含量下降,从而降低了再生温度和增加了剂油比,造成转化率得到提高(从60%~80%提高到70%~85%),特别是汽油选择性明显提高(汽油产率增加 13%),液体产品(包括液化气、汽油和LCO)收率增加;此外,其氢气和氢/甲烷比明显下降(约25%),对镍的耐受性增强,并减少了补剂量。而且汽油辛烷和LCO十六烷值均有所提高。[5]
  5.3ZSM-5分子筛的引入
  在表1中列举的几种FCC工艺中,ARGG、MCP、MIP-CGP均使用了含ZSM-5分子筛,其中ARGG、MIP-CGP以助催化使用,而MCP工艺的专用催化剂(OMT-1)Z型分子筛含量较高,引入Z型分子筛的目的是增加液化产率,型分子筛因其孔道、酸强度高密度低的特性,可以将C5~C10的大烯烃通过裂化、歧化反应,得到C3~C4烯烃,而大分子烯烃也是柴油组分的前身物,可以环化、氢转移生成芳烃,从表1中可以看出MIP-CGP较常规MIP柴油产率下降了3.92个百分点。
  6结论
  MCP工艺以多产低碳烯烃为工艺目标,为燃料型炼厂向化工型转变而开发,而MCP为强化裂解反应,采用了高的反应苛刻度、短反应时间,加之富含Z型分子催化剂的使用,为降低催化柴油的产率提供了合理的反应条件,MCP既降低了柴油的产率,也改善了柴油质量。
  7结束语
  目前国内市场柴油严重饱和,高的柴油产率直接影响装置的运行效益,LTAG、柴油回炼、FDFCC第二提升管加工加氢柴油等降低柴汽比的技术相应产生,劣质化催化柴油较低的氢含量和高芳烃含量给再加工也增加了难度,在不增加设备投资的情况下,优化反应条件来降低催化柴油产率,可明显提高装置运行效益。
  参考文献
  [1]卢红,李振宇,李雪静,朱庆云 中国石油化工研究院 我国汽柴油消费现状及中长期预测 中外能源 2014年第19卷.
  [2]王佳,焦国凤等 柴油烃类分子组成预测研究 计算机与应用化学 2015年第32卷第6期.
  [3]陈俊武,许友好 催化裂化工艺与工程 (第三版)P656.
  [4]许友好 催化裂化化学与工艺 第2章.
  [5]陈俊武,许友好 催化裂化工艺与工程 (第三版)P23.

常见问题解答