MIP装置回炼轻汽油馏分增产丙烯的实施方案及效果

王 慧，朱金泉，徐振领，胡 博，花 飞

(1.中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086；2.中国石化石油化工科学研究院)

丙烯是重要的基础化工原料，其产能是衡量一个国家石化工业发展水平的重要标志之一。丙烯生产的主要工艺有蒸汽裂解和催化裂化等传统工艺和丙烷脱氢(PHD)、甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制丙烯(MTP)等新工艺。随着经济发展和技术进步，新工艺技术蓬勃发展，工业应用装置越来越多。然而，目前我国丙烯的主要来源仍是蒸汽裂解和催化裂化传统工艺。这是因为催化裂化装置的操作条件较为灵活，可以在一定范围内调整产品分布，以适应市场需求。例如，当市场丙烯等化工原料价格高、汽油价格低时，利用催化裂化装置可将部分汽油馏分裂化为丙烯等产品，提升经济效益。

目前，国内典型的催化裂化技术是MIP工艺，在其开发成功后的短短十几年内，MIP工艺已成功地应用到国内109套装置上[1]。在催化裂化装置上，丙烯的生成是原料裂化和裂化产物汽油馏分二次裂化的共同结果。当原料转化深度较低时，原料一次裂化生成大量丙烯；随着原料转化深度的增大，汽油馏分二次裂化生成丙烯的占比逐渐提高。一般情况下，催化裂化反应深度较大，因而普遍认为汽油馏分的二次裂化是催化裂化丙烯的主要来源，汽油馏分中的烯烃是丙烯的主要前身物。基于上述认识，强化汽油馏分的裂解反应成为增产丙烯的主要手段。

强化汽油馏分裂解的主要方法包括：①提高反应温度、增大剂油比、提高蒸汽分压，以提高裂化反应深度和丙烯选择性；②由于汽油馏分裂化更易在ZSM-5分子筛上进行[2]，因而采用高ZSM-5分子筛含量的催化剂或助剂，以选择性地裂解汽油馏分；③设立单独汽油馏分回炼区，为汽油馏分的裂解提供反应场所和反应时间，如增设汽油回炼提升管或增设汽油回炼喷嘴等[3]。本课题主要研究轻汽油馏分在MIP装置上的回炼方案及其实施效果。

1 适合MIP装置回炼以增产丙烯的馏分性质

通过分析丙烯生成机理可知，对催化裂化装置增产丙烯的回炼馏分有如下要求：一是要求汽油馏分，尤其是轻汽油馏分，这是因为汽油馏分中的烯烃主要集中在较轻的小分子组分中[4]；二是要求烯烃含量高，这是因为汽油馏分中的烯烃是丙烯主要前身物，烯烃含量越高，增产丙烯效果越好。若回炼所有汽油馏分，将带入大量的低效汽油馏分，导致能耗和成本大幅增加；而若将柴油及更重的馏分回炼，因其富含多环芳烃或环烷烃馏分，增产丙烯效果不明显。

某炼油厂参照上述回炼汽油馏分性质要求筛选适合于回炼的原料，发现催化裂化轻汽油、S Zorb稳定塔塔顶轻烃、催化裂化装置气压机中间分液罐凝缩液为适宜回炼原料，其组成见表1。

表1 某炼油厂适合催化裂化装置回炼以增产丙烯的馏分组成

2 轻汽油回炼方式

根据MIP装置的特点，为增产丙烯，轻汽油进提升管回炼的方式共有4种：①单独增设一根轻汽油回炼提升管回炼；②轻汽油走急冷油线进MIP反应器变径提升管回炼；③轻汽油进MIP提升管预提升段底部回炼；④在重油喷嘴下方单独增设轻汽油喷嘴回炼。不同回炼方式如图1所示。4种回炼方式各有特点，适用于不同环境。

图1 MIP装置反应系统中轻汽油的不同回炼方式示意

以某4.8 Mt/a催化裂化装置(MIP工艺)为例，在催化裂化轻汽油回炼流量为45 t/h(与重油进料流量之比约为0.08)时，考察4种回炼方式的操作条件、产品分布和产品性质，并对4种回炼方式进行对比分析。

2.1 单独增设一根轻汽油回炼提升管回炼

采用单独增设一根轻汽油回炼提升管回炼时，两根提升管均可在各自最优反应条件下单独加工不同的原料油，获得最佳产品分布，且轻汽油加工比例不受限制，操作灵活性高。采用这种轻汽油回炼方式的典型工艺技术有：KBR最大化提高FCC装置丙烯收率的技术(Maxofin)、UOP最大化生产丙烯技术(PetroFCC)、Axens多产丙烯的渣油流化催化裂化技术(PetroRiser)、灵活多效催化裂化技术(FDFCC)、两段提升管催化裂解多产丙烯技术(TMP)等[5-9]。采用此回炼方式的主要问题有：一是装置改造工程量较大，正常生产期间无法进行改造；二是轻汽油大量回炼，加工流程变长，能耗大幅增加[10]。

2.2 轻汽油走急冷油线进提升管回炼

采用轻汽油走急冷油线进MIP反应器变径提升管回炼的方法，可以充分利用现有装置流程，实施简便。急冷油线进提升管的位置位于MIP反应器第一反应区出口(即第二反应区底部)，轻汽油馏分进入第二反应区进行回炼。轻汽油走急冷油线进提升管回炼的主要操作参数如表2所示，其产物分布和性质见表3。从表3可见，轻汽油裂化产物中液化气的质量分数为13.0%，其中包括质量分数为4.7%的丙烯。

表2 轻汽油走急冷油线进提升管回炼的操作参数

轻汽油走急冷油线进提升管回炼有两个缺点：一是占用现有的轻污油回炼流程。MIP装置是炼油厂轻污油回炼的主力装置，而轻污油回炼的主要方式是通过急冷油线进提升管。将轻污油回炼流程改为轻汽油回炼流程后，会造成全厂轻污油消化困难，尤其是当炼油厂内有生产装置出现波动或有开停工操作时，轻污油的库存压力会加大；二是此回炼方式增产丙烯效果一般，这是因为该回炼位置位于第一反应区出口，此位置的催化剂上已有大量积炭，反应活性大为降低，且入口反应温度不高，为500～530 ℃。

表3 轻汽油走急冷油线进提升管回炼的产物分布及稳定汽油性质

2.3 轻汽油进提升管预提升段底部回炼

采用轻汽油进MIP提升管预提升段底部回炼方式，可以充分利用提升管预提升段底部的反应条件(催化剂活性高、反应温度高达680 ℃)将轻汽油馏分裂化为丙烯等气体产品。轻汽油进提升管预提升段底部回炼的操作条件如表4所示。

表4 轻汽油进预提升段回炼的操作参数

从表4可见，当回炼轻汽油与新鲜原料质量比为1∶10时，轻汽油馏分在预提升段处回炼，反应深度过深，反应气体产物过多，造成预提升段线速升高，达6.5 m/s(回炼工况1)，影响正常操作，因此需要降低轻汽油的回炼流量，调整回炼轻汽油与新鲜原料质量比为1∶20(回炼工况2)。在回炼工况2条件下，轻汽油回炼的产物分布及性质如表5所示。

表5 轻汽油进预提升段回炼的产物分布及稳定汽油性质

从表5可见，采用轻汽油进MIP提升管预提升段底部回炼，产物中液化气的质量分数为24.1%，包括质量分数10.1%的丙烯，增产丙烯的效果明显好于轻汽油走急冷油线回炼。但采用此回炼方式时，催化剂与轻汽油的剂油质量比约为129，产品稳定汽油中苯含量大幅增加，体积分数高达2.0%。原因在于采用此回炼方式反应条件较苛刻，烯烃裂解反应加剧，生成的小分子烯烃更易发生脱氢环化、氢转移等反应转化为苯[11]。稳定汽油中苯含量大幅增加，给调合生产国Ⅵ标准汽油带来很大困难，不仅会大幅增加调合成本，还可能会因为缺少低苯含量汽油馏分而无法得到合格产品。

2.4 在重油喷嘴下方单独增设轻汽油喷嘴回炼

采用在MIP反应器重油原料喷嘴下方单独增设轻汽油回炼喷嘴回炼方式，既可以利用预提升段较苛刻的反应条件来增产丙烯，还可以严格控制汽油馏分在高苛刻反应条件下的反应时间，调控得到适宜的反应深度，建立相对独立的、适宜的轻汽油反应区。轻汽油通过重油喷嘴下方单独增设轻汽油喷嘴回炼的操作参数如表6所示，其产物分布及性质见表7。

表6 在重油喷嘴下方单独增设轻汽油喷嘴回炼的操作参数

从表7可见：采用在MIP反应器重油原料喷嘴下方单独增设轻汽油喷嘴回炼方式，轻汽油回炼产物中液化气质量分数为18.0%，包含质量分数8.3%的丙烯；稳定汽油中苯含量略有提高。与采用轻汽油进急冷油线回炼方式相比，采用轻汽油进重油喷嘴下单设轻汽油喷嘴回炼方式的液化气和丙烯收率明显提高，回炼效果更好；与采用轻汽油进预提升段回炼方式相比，虽然其液化气和丙烯收率均略低，但回炼量可以提高一倍多(从22 t/h提高至45 t/h)，而且焦炭产率可从8.5%降至1.7%，干气产率可从19.7%降至7.5%，产物分布更加合理。

表7 在重油喷嘴下方单独增设轻汽油喷嘴回炼的产物分布及稳定汽油性质

此外，采用单独增设轻汽油回炼喷嘴方式，保证轻汽油回炼效果的关键在于控制轻汽油馏分进提升管的流量、轻汽油喷嘴位置及其与重质油喷嘴的距离、进料喷嘴形式等。若控制不好这些工况参数，轻汽油回炼反应时间过长或过短，会造成回炼产物分布不合理，还可能导致预提升段催化剂密度以及流化状态都发生变化，进而影响重油的催化裂化反应效果，得不偿失。

2.5 轻汽油回炼方式比较

综上所述，采用4种轻汽油回炼方式的效果比较如表8所示。由于单独增设一根轻汽油回炼提升管的装置改造工作量大且会大幅增加装置能耗和操作成本，现有MIP装置上暂无采用此方式的先例，考虑轻汽油回炼方式的可行性和经济性时，首先排除了这种回炼方式。

表8 采用4种轻汽油回炼方式效果比较

从表8可见，采用轻汽油进提升管预提升段底部回炼方式的经济性差，而采用轻汽油走急冷油线进提升管回炼和在重油喷嘴下方单独增设轻汽油喷嘴回炼方式的经济性较好。同时，在重油喷嘴下方单独增设轻汽油喷嘴回炼的操作灵活性较好，不存在其他流程占用问题，而且经济效益增加值最高。因此，采由轻汽油进在重油喷嘴下方单独增设轻汽油回炼喷嘴方式是优选的轻汽油回炼方式。

3 其他参考因素

在轻汽油回炼过程中，轻汽油馏分来源稳定性是重要的影响因素。若回炼的轻汽油馏分来源不稳定或流量不稳定，会造成提升管进料流化状态紊乱，影响催化裂化主反应效果，特别是选择轻汽油进预提升段回炼方式时(不管是底部还是中上部位置进入)，更应着重考虑轻汽油馏分来源稳定性的影响。如单独回炼催化裂化装置气压机中间分液罐凝缩液时，如何控制气压机中间分液罐液位稳定和回炼轻汽油流量稳定，是实际生产中要关注的问题。

4 结 论

汽油馏分中的烯烃是丙烯的主要前身物，也是催化裂化丙烯的主要来源。适合MIP装置回炼以增产丙烯的原料为轻汽油馏分，且要求其烯烃含量高。

为增产丙烯，轻汽油馏分去MIP装置提升管反应器回炼的优选方式为在重油喷嘴下方单独增设轻汽油喷嘴回炼。与该优选方式相比，单独增设一根轻汽油回炼提升管的装置改造工作量过大，会大幅增加能耗和操作成本；轻汽油走急冷油线进提升管回炼的装置改造工作量小，但回炼反应区催化剂活性低，反应温度低，增产丙烯效果差且会占用轻污油回炼流程；轻汽油进提升管预提升段底部回炼的反应时间过长，反应深度过大，生焦量过大，稳定汽油中苯含量大幅提高。采用单独增设轻汽油喷嘴回炼方式，可以调控反应时间和反应深度，在尽可能多产丙烯的情况下，轻汽油回炼产物分布合理、对稳定汽油产品性质的负面影响小、经济效益好。

回炼轻汽油馏分需保证回炼量的稳定性，否则会造成提升管物流流化状态紊乱，不利于重油催化裂化主反应，得不偿失。