掺炼进口原油对催化裂化装置运行的影响及对策

　　

掺炼进口原油对催化裂化装置运行的影响及对策

刘爱利

（陕西延长石油（集团）有限责任公司永坪炼油厂，陕西延川717208）

摘要：为探究进口原油掺炼对催化裂化装置长周期运行的制约因素，选取永坪炼油厂120×10⁴ t/a催化裂化装置，对比2024年10月掺炼进口原油前后的生产数据。结果表明：掺炼后平衡剂铁、镍、钒质量分数由8 600 μg/g、2 800 μg/g、1 380 μg/g分别升至9 389 μg/g、3 413 μg/g、1 812 μg/g，催化剂重金属中毒加剧，单耗超过1.0 kg/t；洗涤塔入口SO₂质量浓度上升约40 %，脱硫碱液消耗增加约22 %；干气H₂S质量浓度为7 000~8 000 μg/g，液化气总硫显著升高，下游脱硫、硫磺回收、污水汽提装置负荷逼近设计极限。针对上述问题，提出加大平衡剂置换、动态调控钝化剂加注量、严控原油掺炼比例、开展下游装置扩容改造等措施。研究可为同类炼厂加工高硫高金属进口原油，保障催化装置长周期平稳运行提供工程参考。

关键词：催化裂化；进口原油；重金属中毒；硫转移；装置负荷

Influence and Countermeasures of Blending Imported Crude Oil on Operation of FCC Unit

Liu Aili

(Yongping Refinery, Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Yanchuan 717208, China)

Abstract: To explore the restricting factors of blending imported crude oil on longperiod operation of fluid catalytic cracking (FCC) unit, the 120×10⁴ t/a FCC unit in Yongping Refinery was selected, and production data before and after blending imported crude oil in October 2024 were compared. The results show that after blending imported crude oil, the mass fractions of iron, nickel and vanadium in equilibrium catalyst rise from 8 600 μg/g, 2 800 μg/g and 1 380 μg/g to 9 389 μg/g, 3 413 μg/g and 1 812 μg/g respectively. Heavymetal poisoning of catalyst is aggravated, and catalyst unit consumption exceeds 1.0 kg/t. The mass concentration of SO₂ at the inlet of washing tower increases by about 40 %, and the consumption of desulfurization alkali solution rises by about 22 %. The mass concentration of H₂S in dry gas reaches 7 0008 000 μg/g, and the total sulfur of liquefied petroleum gas increases significantly. The loads of downstream desulfurization, sulfur recovery and sourwater stripping units approach the design limit. Aiming at the abovementioned problems, measures including increasing equilibriumcatalyst replacement, dynamically regulating passivator injection rate, strictly controlling crudeoil blending ratio and carrying out expansion reconstruction of downstream units are put forward. This research can provide engineering reference for similar refineries processing highsulfur and highmetal imported crude oil to guarantee longperiod stable operation of FCC units.

Key words: fluid catalytic cracking; imported crude oil; heavymetal poisoning; sulfur transfer; unit load

引言

国内原油对外依存度长期居高不下，加工进口原油成为炼油企业优化原料结构、降低采购成本、提升市场竞争力的重要途径。进口原油硫、镍‑钒‑铁重金属含量高，部分原油酸值偏高，与国内陆相原油物性差异较大。常压装置掺炼该原油后，常压渣油杂质升高，作为催化裂化（FCC）进料，劣质渣油会给装置反应‑再生系统、催化剂、产品硫分布及下游配套单元带来多重运行风险。

催化裂化是重油轻质化核心工艺。原料中镍、钒、铁沉积在平衡催化剂表面，破坏分子筛与孔道结构，造成催化剂失活、消耗增加、产品分布变差[3]。原料硫化物发生硫转移反应，焦炭燃烧生成SO₂加重脱硫负担；气相硫化物进入下游装置，超设计负荷时易造成环保超标、设备腐蚀甚至非计划停工。

国内已有相关技术研究，但针对地方炼厂由间断转为稳定掺炼中东进口原油，研究重金属累积、硫迁移、下游连锁承压的工程案例较少。永坪炼油厂120×10⁴ t/a催化裂化装置自2024‑10掺炼该类原油，陆续出现催化剂污染跑损、硫含量上升、下游装置逼近处理上限等问题。本文结合运行台账、DCS及化验数据，剖析影响机理并提出管控改造对策，为同类炼厂提供实践参考。

1 掺炼背景与现状

永坪炼油厂120×10⁴t/a催化裂化装置为同轴式重油催化裂化装置，原料以本厂常压装置产出常压渣油为主，装置设计原料处理能力120×10⁴t/a，主要产品为汽油、液化气、轻柴油，副产干气、油浆、焦炭。为优化原油采购结构，降低原油综合采购成本，常压装置自2024‑10开始掺炼中东中质含硫进口原油，掺炼分为三个阶段：

2024‑10—2024‑11：间断掺炼阶段，进口原油掺炼质量分数5%~8%，掺炼频次低，原料性质波动幅度大，催化装置整体扰动有限；

2025‑02—2025‑03：低频掺炼阶段，受原油采购计划约束，掺炼频次下降，大部分时间加工国内本地原油，重金属、硫累积效应不明显；

2025‑04—2025‑05：稳定掺炼阶段，进口原油掺炼质量分数稳定控制在5%~7%，长期连续掺炼，常压渣油中硫、铁、镍、钒杂质持续累积，催化装置运行异常逐步显现。

本次掺炼的中东中质进口原油，与陕北本地原油对比，硫质量分数、重金属总含量显著升高。常压装置掺炼进口原油后，常压渣油密度、残炭、硫含量同步上升，渣油原料劣质化直接传递至催化裂化装置。

间断掺炼阶段，原料性质波动周期短，重金属在催化剂上尚未形成明显累积，装置各项运行参数变化幅度较小；进入稳定连续掺炼阶段之后，重金属不断沉积到催化剂颗粒表面，产生累积效应，平衡剂金属含量阶梯式抬升；原料硫含量上升，全装置硫物料流量增加，烟气、气相产品硫含量同步上涨，下游处理单元运行压力持续加大。

2 对催化裂化装置的影响分析

2.1催化剂重金属中毒

原料油中的镍、钒、铁金属卟啉、环烷酸盐类化合物，在催化裂化提升管高温反应条件下发生分解，金属组分不断沉积在催化剂颗粒表面，造成平衡剂重金属污染。掺炼进口原油之后，平衡剂铁、镍、钒质量分数均呈阶梯式上涨，铁质量分数自8600μg/g升高至9389μg/g，镍质量分数自2800μg/g升高至3413μg/g，钒质量分数自1380μg/g升高至1812μg/g。重金属不是简单独立发挥毒害作用，而是存在协同劣化效应，多种金属共存条件下催化剂失活速率明显加快。

2.1.1重金属毒害作用机理

镍的主要毒害体现为强脱氢活性。沉积于催化剂表面的镍，在提升管反应条件下会促进烃类脱氢反应，造成干气、焦炭产率升高，轻质油收率降低，损害装置经济效益。镍中毒可采用锑基、铋基金属钝化剂抑制，钝化剂组分与镍生成稳定合金，消除脱氢活性位点，减轻镍带来的毒害。

钒大多来自进口原油中的钒卟啉，在再生器高温与水蒸气共同作用下，钒物种发生迁移，直接破坏Y型分子筛晶体结构，造成催化剂活性发生不可逆永久损失。钝化剂可对钒毒害起到部分约束作用，但不能彻底阻止钒对分子筛骨架的破坏。

铁污染是本装置掺炼进口原油后最突出问题。铁一方面来自原油自带的环烷酸铁，另一方面高硫高酸原油会加剧设备腐蚀生成过程铁并迁移至催化剂系统。铁附着在催化剂颗粒外层，高温再生条件下和基质硅、铝、钠生成低熔点共熔物，形成致密包覆层堵塞孔道，阻碍原料油接触活性中心。铁污染还会降低催化剂表观密度，恶化流化沉降性能，加剧跑损，推高催化剂单耗。现有工业钝化剂基本无法抑制铁的危害，只能依靠加大催化剂置换，利用新鲜剂稀释平衡剂金属含量。

重金属之间还存在协同危害效应：镍脱氢使焦炭产率增加，拉高再生器烧焦温度；高温又会加剧钒对分子筛的破坏，同时促使铁生成低熔点共熔物，三者相互叠加，进一步加速催化剂性能劣化。

表1 催化剂单耗统计

Tab.1 Statistics of catalyst unit consumption

日期	新鲜剂消耗量（t）	单耗（kg/t）	卸剂量（t）	跑损量（t）	跑损单耗（kg/t）
2024.10	123	1.0241	43	80	0.6661
2024.11	129	1.1203	59	70	0.6079
2024.12	60	0.5008	50	10	0.0835
2025.1	76	0.6289	44	32	0.2648
2025.2	91	0.8288	40	51	0.4645
2025.3	94	0.7909	51	43	0.3618
2025.4	95	0.8520	32	63	0.5650
2025.5	115	1.0024	43	72	0.6276

从表1数据可以看出，202505稳定掺炼进口原油工况下，催化剂综合单耗达到1.0024kg/t，跑损单耗达到0.6276kg/t，对比低金属原料工况，催化剂消耗大幅增加。催化剂大量跑损一方面造成催化剂成本上涨；另一方面，细小催化剂颗粒进入烟气脱硫系统，造成洗涤塔填料、循环泵磨损堵塞，增加设备检修频次。

2.1.2运行成本增加分析

重金属污染带来直接运行成本上涨主要体现在三个方面：第一，新鲜催化剂消耗量增大，装置需要持续补充大量新鲜催化剂，同时卸出高金属含量平衡催化剂；第二，镍、钒钝化剂加注量提升，钝化剂属于高价化工助剂，持续加注增加助剂成本；第三，催化剂跑损带来烟气处理设备磨损，检修维护费用上升。铁污染缺少有效的钝化抑制手段，只能依靠物理置换，进一步推高催化剂消耗。

重金属污染同时带来产品分布变差，焦炭、干气产率上升，汽油、液化气等高价值产品收率下降，造成装置隐形经济损失。

2.2再生烟气硫含量升高

原料中的硫化物进入催化裂化装置，部分随焦炭进入再生器，焦炭燃烧时有机硫被氧化为SO₂以及少量SO₃，进入再生烟气。本装置采用湿法碱洗洗涤塔脱除烟气中的SO₂，保障烟气达标排放。掺炼进口原油后原料硫负荷升高，洗涤塔入口SO₂质量浓度较掺炼前上升约40 %，为维持排放合格，需提升碱液循环量与碱液浓度，碱液消耗量同比增加约22 %。

在湿法洗涤工艺里，碱液与SO₂反应生成亚硫酸盐，再经氧化后外排处理。烟气硫负荷上涨，除直接加大碱液消耗外，还会产生更多含盐废水，加重污水处理系统负担。若操作调整不及时，极易造成烟气SO₂超标，引发环保风险。

部分企业使用硫转移助剂，将烟气中的硫转移至反应系统，以H₂S形态进入干气、液化气，以此降低烟气SO₂排放。但该方式仅实现硫的转移，不能彻底脱除硫组分，还会加重下游脱硫装置负荷。本装置未大规模投用硫转移助剂，烟气硫化物主要依靠碱洗洗涤塔处理。

2.3产品硫分布恶化

催化裂化反应过程中，原料中的有机硫化物发生裂解、氢转移、缩合等复杂反应，硫组分重新分配到干气、液化气、汽油、柴油、油浆以及焦炭当中。原料硫含量升高之后，各个产物硫含量同步上升。

干气中H₂S质量分数长期维持7000~8000μg/g。本厂干气一部分作为加热炉燃料，一部分送至制氢装置作为原料。干气H₂S含量过高，一方面会造成加热炉烟气SO₂排放升高；另一方面H₂S会造成制氢装置原料预处理催化剂中毒，需要干气脱硫装置保持较高处理负荷。

液化气产品总硫含量自2025年4月开始明显抬升。液化气作为MTBE装置、烷基化装置原料以及民用液化气产品原料，硫是严格控制指标。液化气脱硫醇、胺洗脱硫单元操作裕度被压缩，操作参数需要频繁调整，一旦操作波动，极易造成液化气产品总硫超标，直接影响下游产品质量。油浆、汽油、柴油产品硫含量同步抬升，给后续产品加氢精制装置带来加工压力。

3 对下游装置的连锁影响

催化裂化装置是全厂硫分布的核心枢纽，原料硫升高带来的影响不会仅仅局限在催化装置内部，会沿着物料流向向下游传递，造成硫磺回收、污水汽提等装置负荷逼近设计瓶颈，形成全厂性硫平衡压力。

3.1脱硫及硫磺回收装置

干气、液化气脱硫单元脱除得到大量酸性气，酸性气输送至硫磺回收装置，采用克劳斯工艺将H₂S转化为单质硫磺。掺炼进口原油稳定运行阶段，酸性气流量持续走高，硫磺回收装置运行负荷接近设计上限。装置操作窗口大幅收窄，抗波动能力下降；遇到上游原料波动，酸性气流量短时超设计负荷，只能将部分酸性气放火炬，造成硫化氢燃烧排放，既形成资源浪费，同时存在环保超标风险。

装置长期高负荷运行，克劳斯转化器催化剂空速超出设计最优区间，催化剂老化、失活速度加快，催化剂更换周期缩短，设备维护成本上升。硫磺回收配套尾气处理系统同步承压，尾气排放控制难度加大。

3.2污水汽提装置

催化裂化装置分馏、吸收稳定系统产生大量含硫含氨酸性水。原料硫含量上升，酸性水产量、水中硫化物质量浓度同步升高，污水汽提装置处理压力显著增大。汽提塔塔盘负荷、蒸汽消耗随之上涨。装置处理能力达到上限之后，酸性水无法完全处理，会造成酸性水罐液位持续走高，被迫进行跨装置转输，打乱全厂水平衡；汽提不完全的污水回流上游装置，会造成设备腐蚀加剧，威胁装置安全运行。

4 应对措施与建议

针对掺炼进口原油带来催化剂重金属中毒、全流程硫负荷上升、下游装置瓶颈凸显等多重问题，结合永坪炼油厂装置实际条件，从催化剂管控、工艺操作优化、原料源头管控、下游装置改造、生产管理机制五个维度提出对策。

4.1催化剂系统管理

（1）提高催化剂置换强度。加大新鲜催化剂补充量，同步提高卸剂频次，依靠物理置换降低平衡剂铁、镍、钒累积含量，将金属总量控制在装置合理区间。建立平衡剂金属定期化验台账，依据化验数据动态调整补、卸剂操作，防范重金属持续富集。

（2）开展降铁助剂工业试验。针对本装置突出的铁污染问题，在尚无成熟铁钝化剂的条件下，试用表面活性分散助剂，优化铁物种在催化剂表面的沉积形态，缓解低熔点共熔物造成的孔道堵塞，减轻铁污染引发的催化剂跑损。

（3）选用抗重金属污染催化剂。联动催化剂供应商开展技术沟通，在维持产品分布基本稳定的前提下，遴选抗铁、镍、钒污染性能更优的催化剂，提升催化剂自身抗重金属侵害能力，从源头上削弱重金属带来的不利影响。

4.2工艺操作优化

（1）动态调整金属钝化剂加注量。建立钝化剂加注量与平衡剂镍、钒含量联动机制，依据每日化验数据调节锑‑铋类钝化剂加注速率，抑制镍、钒毒害作用，同时兼顾助剂成本，杜绝盲目加注造成药剂浪费。需明确钝化剂对铁污染无效，不能用于处理铁中毒问题。

（2）优化三效助剂（CO助燃‑脱硫脱硝助剂）, 投加。协同助剂厂家适配原料调整配方，综合考量烟气SOₓ与产品硫分布，平衡环保指标和下游装置负荷，合理把控助剂加注比例。

（3）优化装置操作条件。提高汽提蒸汽量以降低催化剂带焦，减轻再生器烧焦负荷；管控再生器温度，防止局部超温，减缓分子筛破坏与低熔点共熔物生成；优化旋风分离器工况，减少催化剂跑损。

4.3原料源头协调管控

原料性质是一切矛盾的根源，源头管控是最直接有效的手段。建议生产计划部门严格管控进口原油掺炼比例，将掺炼质量分数控制在≤5%；在原油采购环节，优先选择低硫、低重金属的进口原油，减少高硫高重金属劣质原油加工量。控制掺炼节奏，避免短时间内掺炼比例大幅度波动，防止原料性质剧烈波动对催化装置造成冲击。建立原油评价常态化机制，每批次进口原油进装置前完成原油全分析，提前预判渣油硫、重金属水平，提前做好装置操作预案。

4.4下游装置技术改造评估

现有硫磺回收装置、污水汽提装置已经逼近处理上限，仅依靠操作调整已经无法彻底化解瓶颈。建议组织工艺、设备专业开展技术评估，研究硫磺回收装置扩能改造、污水汽提单元扩容的可行性。通过设备改造提升下游装置处理能力，匹配劣质原料加工工况下的酸性气、酸性水产出规模。同时同步开展全厂硫平衡核算，建立全厂硫物料平衡台账，从全厂层面统筹硫的产出、回收、排放。

4.5生产管理机制完善

建立掺炼进口原油条件下的联动监控机制，把平衡剂金属含量、催化剂单耗、烟气SO₂浓度、干气液化气硫含量、硫磺回收装置负荷、酸性水罐液位列为关键监控指标，班组、车间两级定期开展数据分析，指标出现异常趋势时提前调整操作，等到问题明显爆发之后再被动处置。同时组织操作人员开展劣质原料加工工况专项培训，提升操作人员面对原料性质波动的处置能力。

5 结论

（1）掺炼进口原油后，常压渣油带入的硫、重金属造成催化装置平衡剂铁、镍、钒富集，产生重金属协同中毒，引发催化剂孔道堵塞、分子筛骨架不可逆破坏，催化剂跑损、单耗上升，产品分布恶化，其中铁污染危害最突出，现有钝化剂无法有效抑制，主要依靠加大催化剂置换管控。本文开展现场工况对比研究，采集永坪炼油厂120×10⁴ t/a催化装置三个掺炼阶段的DCS、化验及物料台账，量化多组关键运行数据，证实铁‑镍‑钒的协同劣化效应，明确铁污染为首要制约因素。

（2）原料硫升高抬升全厂硫负荷，烟气SO₂、脱硫碱液消耗同步增加，干气、液化气硫含量上涨，下游硫磺回收、污水汽提装置逼近设计负荷。论文跟踪硫组分全流程迁移路径，揭示硫负荷连锁传递规律，指出酸性气、酸性水增量会压缩装置操作裕度，增大环保超标与设备腐蚀风险。

（3）加工劣质原料需综合施策：短期强化催化剂置换、动态调节钝化剂加注、严控原油掺炼比例；长期评估下游装置扩能改造，破除硬件瓶颈。结合地方炼厂生产实际，从5个维度提出落地工程对策，厘清钝化剂适用边界，提出原油评价、金属台账、硫平衡核算及两级联动监控等管理措施。

（4）炼厂应建立原油评价‑装置‑下游配套全链条监控体系，提前规避原料劣质化风险，保障装置长周期安全经济运行。本研究可为同类地方炼厂稳定加工高硫高重金属进口原油提供实测数据与工程实践参考。

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