原料油性质对催化裂化装置效益优化的影响

２０ｌ４年第１９期　第４１卷总第２８５期　广　东　化　工　

ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｔｏｍ　Ｉ８３　

原料油性质对催化裂化装置效益优化的影响　杨海华，朱小顺，包建国，文彬　（湖南长岭，ｆ　化科技歼发有限公ｒ　，湖南岳阳４１４０１２）　

［摘要　１　催化裂化而临原料汕劣质化和重质化Ｈ益＿』Ｊ【ｌ剧的趋势，严晕影响着催化裂化装置的效益。重质原料油的综合性　质如反应指数、牛焦指数、特性因数、氧转移指数、热裂化指数和蘑金属含鞋等反映出其可裂化能力和生焦倾向，可用于指导　调　催化裂化［艺参数、选择合适的裂化催化剂，以实现对原料油的最大转化并提高有价值产品收率，优化催化裂化装置的效　益。　【关键酬】催化裂化；原料油；重质化；可裂化能力；生焦倾向　

一图分类Ｕ］ＴＨ　［文献标识码】Ａ　［文章编￣＇］１００７—１８６５（２０１４）１９—０１８３—０２　

Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｒａｗ　Ｏｉｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｎ　Ｂｅｎｅｆｉｔｓ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＦＣＣ　Ｕｎｉｔ　Ｙａｎｇ　Ｈａｉｈｕａ，Ｚｈｕ　Ｘｉａｏｓｈｕｎ，Ｂａｏ　Ｊｉａｎｇｕｏ，Ｗｅｎ　Ｂｉｎ　（Ｈｕｎａｎ　Ｃｈａｎｇｌｉｎｇ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓ＆Ｔ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｕｅｙａｎｇ　４１４０１２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｈｅａｖｙ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｒａｗ　ｏｉｌ　ｓｈｏｗｓ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｏｆ　ｆｌｕｉｄ　ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｃｒａｃｋｉｎｇ（ＦＣＣ）ｕｎｉｔ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｏｋｉｎｇ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ，ｔｈｅ　ｈｅａｖｙ　ｏｉｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ａｓ　ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ　ｉｎｄｅｘ，ｃｏｋｅ　ｆａｃｔｏｒ，Ｋ　ｆａｃｔｏｒ，ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｉｎｄｅｘ，ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｉｎｄｅｘ，ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ，　ａｎｄ　ｅｔｃ．Ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗｉｌｌ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ　ｔｏ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ＦＣＣ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ，ａｎｄ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ＦＣＣ　ｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｏｆ　ＦＣＣ　ｕｎｉｔ　ｂｙ　ｍａｘｉｍａｌ　ｔｒａｎｓｆｉ）ｍｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｗ　ｏｉｌ　ｔｏ　ｖａｌｕａｂｌｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｉｄ　ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｃｒａｃｋｉｎｇ；ｒａｗ　ｏｉｌ：ｈｅａｖｙ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ；ｃｒａｃｋｉｎｇ　ａｂｉｌｉｔｙ；：ｃｏｋｉｎｇ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ　

＂ｑ，ｉｌｌ催化裂化面临肴『』Ｉ１下新的形势：原料重质劣质化、产品　清洁化、多产轻质油等。原料油足催化裂化装置的基础，催化裂　化装置１Ｌ岂参数的确定及裂化催化剂的选取与催化裂化原料油性　质密切棚关＿ｌ　。为了允分发挥催化裂化装黄的效能，必须全面分　析综合原料油的性质特点，　此　础上选择合适的催化裂化工　艺参数平ｌＪ裂化催化剂，实现对原料油的最大转化与有效利用牢，　改善产。　分柑，优化催化裂化装置的效益。　１原料油性质分析　原料油的物　和化学性质包括密度、馏程、分子量、残炭、　烃组成及氧和硫、氮、重金属含萤等，这些性质互相联系，对催　化裂化的转化率、产物分布和产品性质都有重要影响【１０Ｊ。　１．１原料油的丰婴性质　１．１．１密度　原料油密度　一定程度上表征ｒ原料油分子的结构型式、组　成特点和分子罱的高低。在同一沸点范围内、密度越大反映了其　组成【｝１烷烃越少，在裂化性能上越趋向于环烷烃或芳烃的性质。　陶此，原料油密度对ｆ正确选择催化裂化反应条件是有重要指导　意义的。然而，原料油并非越重越好，越重则残炭过高，将带来　高的焦炭Ｊ　率，增加再生器烧焦负荷。　１．１．２　５３８℃馏出　分数　重油中含彳丁较多的重馏分（＞５００℃），分子直径大，并且在ｌＥ　常催化裂化条件ｌ卜难于气化。原料油分子只＿仃在成为气体分了时，　才易于接近催化剂表面，并在催化剂活性中心的作朋下发生催化　反应，　成所希望的产品，否则会有相当多的热裂化反应发生，　拦成更多的十　和焦炭。５３８℃馏｝ｉＪ百分数衡量了原料油住‘定　条件下的呵气化程度。　１．１＿３残炭　康氏残炭对焦炭产率影响较人，是用来衡量催化裂化原料的　｛Ｅ催化焦生成倾向的一种特性指标。残炭主要来源于沥青质、胶　质和部分芳烃，　催化裂化过程中可以全部或部分转化为焦炭。　环烷基原油减压渣油的残炭值较人，石蜡基原油减压渣油的则低　得多，残炭值的火小与油样的化学组成和结构有着密切的内在联　系。　１．１．４四族组成　对　：莺油催化裂化原料油，阴族组成常指饱和烃、芳烃、胶　质和沥青质。ｐ＝【Ｉ族组成表征了原料油分子结构的特点和同类结构　分子干Ｈ对量的多少。在催化裂化过程中，四族组成所表现的规律　相差较人，只仃饱和烃的催化转化结果才符合我们的愿望。　１．１．５仑属含量　原料油中禽有多种金属，如镍、钒、铁、铜、钙、钠等。金　属中毒的危害＝主要有二：一是降低酸催化活性中心的可利用性使　催化剂失活；二是作为催化组分促使副反应如催化脱氢的发生，　使裂化反应选择性变差，增加氢和催化炭的产率。催化剂污染指　数可表示为：　污染指数：Ｏ．１（Ｆｅ＋Ｃｕ＋１４Ｎｉ＋４Ｖ）　（１）　其中Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ分别为催化剂上重金属含量，单位为　

１．２原料油性质的综合表征　重油催化裂化原料油的密度、５３８℃馏¨ｊ　分数、残炭年¨叫　族组成足常规的分析项目，ｉ玎以用某种方式将它们综合，把综合　结果视为确定加工条件的依据。　１．２．１反应指数和生焦指数　就催化裂化而青，可以用町裂化能力和生焦倾向表征原料油　的性质和特点，分别用反应指数和生焦指数农示　】。　反应指数（Ｒ，）可用式（２１讨‘算：　Ｒｌ＝ＤＩ’Ｐｌ幢、　生焦指数（ｃｈ　ｒ￣用式（３）计算：　

Ｃ　＝ＲＩ．Ｆ／．ＣＲＣＩ　（３）　式（２）和式（３）　的Ｄ，、Ｊｐ，、　和ＣＲＣ１分别代表密度指数、饱　和烃指数、５３８℃馏出百分数和康氏残炭指数，均为无量纲，用　式（４）计算：　

ＭＩ＝　（４）　（１　

式（４）中Ｍ１分别代表Ｄ１、Ｐ１、Ｆ１和ＣＲＣＩ，Ｍ为原料油性质，　分别代表密度（ｋｇ／Ｌ）、饱和烃含量（ｗ％）、５３８℃馏出　分数（ｗ％）　和康氏戏炭（ｗ％）。ＭＳＬ为轻标准样ｔ仙的性质，△　为　标准样品　性质（ＭＳＨ）与轻标准样品性质（ＭＳＬ）之差。　广州　油化　总厂的郑长波等发现　ｌ，ｎ　合适的催化裂化反　应深度时，反应温度与反应指数、剂油比与生焦指数柯良好的对　应关系，用之预测了反应条件，并将预测值作为操作工调整反应　条件的参考值，结果证明了其简捷、较准确，节省大量探索条件　的时间等优越性。呵用上述综合表　方法和对应关系为及时确定　生产条件提供良好的参考依据。　１．２．２特性因数　特性闪数Ｋ亦常用于划分石油和石油馏分的化学组成，评价　催化裂化原料的质量［１　Ｊ。它是由密度和平均沸点计算得到，也可　以从计‘算特性因素的诺谟图求出。　值有ＵＯＰ　Ｋ值和Ｗａｔｓｏｎ　Ｋ　值两种：　

℃、　㈣　式中，Ｔｃ为立方平均沸点（Ｋ）；“Ｉ　５＿６为相对密度（１５．６￣Ｃ／Ｉ５．６　Ｊ｝）ｏ　

［收稿日期】２０１４－０８—２２　［作者简介］杨海华（１９８３一）．男，湖南降回县人，博士，　Ｉ：程师，主要从事裂化催化剂研究。　１８４　广东化工　Ⅵｒｗｗ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ　２０１４年第１９期　

第４１卷总第２８５期　

ｗａｌｓ０　值　㈣　

７＇一　式中，　２　：ＴＭ为分子平均沸点（Ｋ）：　为立方平均　

沸点（Ｋ）；　为中平均沸点（Ｋ）。　原料油特性因数　值的高低，最能说明该原料的生焦倾向和　裂化性能。原料油的　值越高，就越易于进行裂化反应，而且生　焦倾向也越小；反之，原料油的　值越低，它就越难于进行裂化　反应，而且生焦倾向也越大。　１．２－３氢转移指数和热裂化指数　催化裂化过程中主要发生热裂化和催化裂化反应，催化反应　主要有裂化、氢转移、异构化、芳构化等。裂化和芳构化反应是　吸热反应，裂化反应生成烯烃，芳构化反应消耗烯烃；氢转移和　异构化反应是放热反应，消耗烯烃。氢转移指数【　和热裂化指　数【Ⅳ　可用于表征催化裂化反应程度：【５｜６　７’Ｇ，＝∞（Ｃｌ＋Ｃ２）／∞（ｉＣ４Ｈ１０）　（７）　ＨＴＩ＝ｗ（ｉＣ４Ｈｌｏ）　（ｉＣ４Ｈｓ）　（８）　式中，ｃｏ指裂化气中各组分组成。　

提高反应温度，有利于裂化反应和芳构化反应，小利于氢转　移反应和异构化反应。随着反应温度的提高，氢转移指数下降，　呈剪刀差的发展趋势。此外，随反应温度的提高，热裂化反应速　度提高的幅度大于催化裂化反应速度提高的幅度，不利于汽油烯　烃含量的降低。因此，可以计算并根据氢转移指数和热裂化指数　来调节催化裂化装置的反应温度。　２原料油性质与催化裂化工艺参数的匹配　２．１反应温度　对于不同性质的原料油，由于分子结构的差异，在进行催化　裂化反应时。分子表观反应活化能是不一样的，若要求反应进行　到相同的深度，就需要不同的反应温度来补偿因活化能不同引起　的反应速率常数的变化。　此，可以说在相同转化率下，反应温　度与原料油性质有对应关系。郑长波等发现，在合适的转化率下，　反应温度（提升管出口温度）与原料油反应指数　的对应关系如式　（９）所示【２ｊ：　Ｔ＝７６７　ＲＩ。　（９）　反应温度的提高，对重油转化是有利的，但对降低汽油烯烃　的氢转移反应是不利的。提高反应温度对热裂化反应的影响大于　催化裂化反应，在提高原料转化率的同时也加剧了热裂化反应，　导致非目的产物产率增加。　２．２剂油比　当剂油比变化时，不仅会影响两器热平衡，还会影响反应深　度，甚至可以改变催化剂的宏观性能　】。剂油比在催化裂化过程　中对原料油转化率和产品选择性影响很大。特别是在重油催化裂　化装置上，小同的原料油宜用不同的剂油比。剂油比（　Ｄ）与原料　油生焦指数　的对应关系如式（１０）所示Ｌ２】。　Ｃ／Ｏ＝０．２４　Ｃ　５．００　（１０）　２．３停留时间　目前，常规提升管有效反应长度一般为３０－４０　ｍ，油气停留　时间通常为３－－４　ｓ。馏分油催化裂化的催化剂在油气停留１　ｓ处的　

活性约初始值的５０％，在提升管出口处催化剂的活性仅为入ｕ处　的ｌ／３，催化剂主要在提升管前半段能很好地发挥作用，而在后半　段由于催化剂活性大幅度降低，将导致热裂化及不利的二次反应　著增加，进而影响产品的选择性和质量。因此，对于沸石催化　裂化反应而言，短反应时间可抑制干气和焦炭的产生，保留轻质　油收率