【化工】世界首套300万吨/年RTC工艺重油催化裂解装置开车成功

全球首套

300万吨/年RTC工艺重油催化裂解装置

6月29日，采用中国石化石油化工科学研究院自主研发的重油高效催化裂解（RTC，别名DCC Pro）技术的全球首套300万吨/年催化裂解装置在安庆石化顺利投产，标志着我国重油高效催化裂解生成化工原料的关键核心技术正式投入使用。作为世界范围内丙烯产率最高的工业化催化裂化技术，RTC技术有效填补了我国利用劣质重油生产丙烯、乙烯的空白。

什么是催化裂解工艺？

随着我国能源领域电动化和新能源业务快速发展，成品油消费量渐近达峰，市场需求逐渐放缓，生产燃料油的经济效益大幅下降，同时，化工品市场持续增长，基础化工原料需求旺盛，市场对丙烯、乙烯的需求持续增长，石化行业面临着炼油产品结构调整的重大挑战。

催化裂解是化工行业的核心工艺之一，该工艺通过将重质油进行高温催化裂解来生产丙烯、乙烯等低碳烯烃，同时兼顾高辛烷值汽油的生产。由于该工艺还可以与蒸汽裂解、乙苯等化工装置深度集成形成极具竞争力的炼化一体化技术，因此催化裂解技术已成为了炼油企业向化工转型升级的“龙头”技术。

石科院RTC技术团队调试催化裂解装置。魏晓丽 摄

目前的技术痛点是什么？

目前我国催化裂解技术的最大痛点就是国内外已有的技术都不同程度地存在“啃不动”劣质重油的问题。

我国原油资源普遍偏重、轻烃含量低，且进口的原油也以重质原油为主，劣质重油目前已经占据了我国石油化工行业加工原料的最大份额，采用劣质重油高效生产低碳烯烃对于保障我国石油化工行业产业链安全具有重要战略意义。同时，由于劣质重油存量大、成本低，炼化企业通过催化裂解技术加工劣质重油生产丙烯、乙烯还可以产生巨大的经济效益。

石科院RTC技术如何破解痛点？

石科院研发团队基于对催化裂解过程反应化学、过程强化以及加氢渣油分子水平的新认识，以反应器为突破口，自主研发形成了国际首创的新型高效快速流化床反应器，解决了现有劣质重油催化裂解技术传质传热效率差、催化反应选择性低等难题，使得以往难加工的劣质重油得以从容加工。

除此之外，具有独特结构的反应器还使得生产的反应过程选择性大大提高，不仅提高了乙烯和丙烯产率，同时降低了焦炭产率，有效提升了汽油产品的品质，经济效益显著。

在新型高效快速流化床反应器取得突破后，石科院科研团队乘胜追击，在工艺与工程技术大型化等方面接连取得突破，最终整合形成了重油高效催化裂解（RTC）技术，在核心期刊发表论文5篇，其中SCI论文3篇；申请中国发明专利13项，授权13项；通过PCT申请涉外发明专利2项20件，其中授权1件，项目荣获中国石化2021年度科技进步一等奖。

石科院RTC技术团队主要成员。张润强 摄

产品增产提质，效益大幅提升

2019年11月，石科院利用RTC技术对中国石化安庆分公司原有65万吨/年催化裂解装置进行改造，开展工业试验。

安庆石化65万吨/年催化裂解装置。凤程 摄

2020年1月14日，装置一次开车成功。工业试验数据显示，在使用掺50％劣质重油的原料时，产物中的乙烯和丙烯产率比现有工艺分别提高0.5个百分点和2个百分点以上，丙烯产量增幅高达18%。同时，焦炭产率则下降0.5百分点，且汽油产品的烯烃含量明显降低、辛烷值有所提高，碳排放更低，生产过程可碳减排1.5万吨/年。

同时，由于RTC技术在原料方面开源引流，产物方面提效增质，可以立竿见影地为炼化企业带来巨大的经济收益。相较于现有工艺，RTC技术在采用掺混不同比例的劣质重油为原料时，加工每吨原料可增加效益65至105元。工业试验数据表明，RTC技术在使用更差品质原料的情况下实现了产物的增产提质，显示出了良好的“粗粮细吃”工业应用能力。

石科院RTC技术团队在安庆分公司工业实验现场。

凤程 摄

2020年9月27日， RTC技术顺利通过了中国石化集团公司组织的技术鉴定。 “与国内外重油催化裂解技术相比，RTC技术具有更好乙烯、丙烯选择性和更低焦炭选择性，达到国际领先水平。”技术鉴定会上，包括数名院士和业内权威人士在内的鉴定专家组对RTC技术给出这样的评价，标志着我国石油化工领域又一项核心技术诞生。

中国石化集团公司RTC技术鉴定会现场。魏晓丽 摄

作为原料适应性更为广泛和灵活的催化裂解技术，RTC技术一经推出便成为了国内外同类技术中的“领头羊”，迅速成为炼化企业转型升级的不二之选，在短短两年时间里已技术许可6套工业装置，总加工能力高达1740万吨/年。

2023年6月29日，全球首套300万吨/年RTC装置在安庆石化顺利投产，标志着中国石化完全掌握大型化快速流化床催化裂解工程技术，实现了我国催化裂解技术的跨越式进步，带动我国催化裂解技术持续领跑全球，为炼化企业由传统燃料型炼厂向化工型炼厂转变提供了坚实的科技支撑。

专家视点| 催化裂化装置绿色平稳高效运行数字化转型实践与展望

专家简介

凌逸群，教授级高级工程师，从事石油炼制管理工作。

催化裂化装置绿色平稳高效运行数字化转型实践与展望

凌逸群

（中石化石油化工科学研究院有限公司，北京 100083）

摘 要：数字化转型逐渐成为推进石化行业绿色低碳高质量发展的重要引擎。总结了数字化转型的时代背景，以催化裂化装置为切入点，分析了装置生产运行存在的主要问题，并阐述了“催化裂化装置级”数字化转型的具体实践。然后，以中国石油化工集团有限公司某催化裂化装置为例，介绍了绿色平稳高效运行数字化转型的实施过程，研发了智能管控平台并开展现场应用，从工况调整、节能减排、沉降器结焦防控等方面分析了应用效果。最后，展望了石化行业数字化转型的重点发展方向。

关键词：催化裂化装置 数字化转型 绿色低碳 智能管控

催化裂化装置是石油炼制过程中最重要的二次加工装置之一，可将低价值重质原料转化为高价值轻质目标产品，在当前及未来相当长的时间内都是我国炼油工业的核心装置，也是今后“油转化”的主要装置。据统计，催化裂化装置生产了我国65%的商用汽油以及超过25%的商用柴油。由于工艺机理复杂、生产条件苛刻，加之装置规模庞大，导致长期以来催化裂化装置绿色平稳运行压力较大。

催化裂化装置的非计划停工事件时有发生，究其原因，主要分为以下几方面：①沉降器结焦机理尚未明确，器顶出口处易堆积焦层，影响油气流通效率；器壁结焦脱落会堵塞汽提器栅格、待生斜管，轻则循环不稳，催化剂跑损，重则循环中断，造成非计划停工。②装置运行状态受原料油、催化剂、反应条件等诸多因素影响，缺少针对催化剂跑损、油浆系统结焦堵塞等异常工况的智能预警手段，仅能依赖于人工经验判断和处置。③腐蚀机理复杂，包括分馏塔塔顶及塔顶循环系统的铵盐结晶和低温腐蚀、吸收稳定及富气压缩系统的湿H2S腐蚀、余热锅炉的烟气露点腐蚀等多种腐蚀形式，防腐蚀处置缺少相关理论指导。④再生器出口烟气污染物浓度随工况调整波动范围较大，脱硫脱硝助剂添加量主要依据经验，造成参数调节响应滞后，废气存在超标风险；新鲜催化剂补充量和平衡剂卸出量的调节缺少理论指导，催化剂单耗和平衡剂活性难以保持相对优化、稳定。⑤装置大量的监测数据未能实现综合应用，工艺、设备等监测数据存放在不同的系统，系统间的数据交互不足。

近年来，随着大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代数字技术的飞速发展，引入数字技术开展催化裂化装置的绿色平稳高效运行数字化转型，全面提升风险感知、综合分析、智能决策的能力，对保障催化裂化装置的绿色平稳运行、实现装置的提质增效具有十分重要的意义。

1 数字化转型的时代背景

数字化转型的关键和基础是数据，通过不同的数字技术全面挖掘数据蕴含的信息，是推动业务的高效化、便捷化和智能化，实现企业可持续高质量发展的有效手段。目前，数字经济已成为推动产业结构调整、经济社会转型、培育竞争优势的重要抓手

“十三五”以来，我国高度重视数字经济的发展，先后出台了一系列政策文件推进数字化转型。“十四五”规划纲要中专门提出要打造数字经济新优势，加快数字化发展，建设数字中国。2022年1月，国务院发布了我国首部数字经济领域的国家级专项规划——《“十四五”数字经济发展规划》，特别指出，要加快推进能源领域基础设施的数字化改造，推动智慧能源建设应用，促进能源生产、运输等各环节的智能化升级，推动能源行业低碳转型。在国外，壳牌、埃克森美孚、陶氏化学等国际知名公司已经开始进行数字化转型建设的试点，利用云计算、物联网、人工智能等数字化技术进行全产业链业务转型。

中国石油化工集团有限公司（简称中国石化）历来重视数字化建设，逐步形成了“统一规划、统一标准、统一设计、统一投资、统一建设、统一管理”的信息化建设六统一原则。在数字化建设过程中，陆续开展了智能工厂、智能油田、智能物流系统等７大建设工程。通过引入人工智能、物联网、大数据等技术，极大地提升了业务效率，并取得了良好的成效。针对数据的互联互通与综合分析应用，中国石化提出了“数据＋平台＋应用”的建设模式，自主建设了“石化智云”工业互联网平台，用以打破不同平台和系统间的壁垒。数据方面，杜绝孤立，形成完整的数据湖；平台方面，依托“石化智云”，实现开发上平台；应用方面，采用应用程序（APP）化开发，坚持轻量化和定制化。

2 催化裂化装置数字化实践

基于中国石化在企业层级数字化转型积累的经验，以催化裂化装置为切入点，研发了绿色平稳高效运行智能管控平台，推动数字化转型由“企业级”到“装置级”的下沉，助力装置的安全绿色平稳高效运行。

2.1 总体设计

在技术研发方面，以装置绿色平稳高效运行为目标，建立过程机理、生产数据和三维模型深度融合的催化裂化装置数字孪生技术体系架构，覆盖工艺、设备、安全、环保、操作全领域，形成以沉降器结焦监测与管控、典型工艺异常监测与操作优化、关键动静设备异常识别与早期预警、基于风险的智能操作与应急处置、清洁生产与环保智能管控为核心的一体化智能运维技术；在平台开发方面，按照“数据＋平台＋应用”的架构开发智能管控平台，并以平台为载体开展现场应用。

催化裂化装置绿色平稳高效运行智能管控平台架构如图１所示。其中，数据层（DaaS）面向平台管理者，为平台上部署的各类顶层模型和应用提供计算 资 源、存 储 资 源、网 络 资 源 和 虚 拟 化 资源；模型层（PaaS）面向顶层应用开发者，为顶层应用提供数 据 基 础、开 发 环 境 和 展 示 平 台；应 用 层（SaaS）面向用户，用于各项功能的使用和结果展示。

2.2 业务功能

催化裂化装置绿色平稳高效运行智能管控平台设置工艺平稳、设备完整、环保管控、风险预警、操作处置５大核心功能模块，并开发了预警中心模块，对预警信息进行集中展示与综合处置，以提升对各类异常的快速感知与及时关联处理能力，实现从报警管理、异常工况监测、风险预警到应急处置的一体化管控。图２为平台的功能结构。

（１）工艺平稳模块。主要包括沉降器结焦预警和工艺数字孪生两部分功能。在沉降器结焦预警功能中，确定了沉降器内器壁、粗旋风分离器等关键部位，并参照上一生产周期的结焦量和计算流体动力学（CFD）模拟结果确定每一位置的结焦报警阈值，通过接入实时数据计算各位置的结焦速率。当 某 一 位 置 结 焦 速 率 超 过 阈 值 时 提 示 报警，然后触 发 防 结 焦 指 导 功 能，在 安 全 操 作 范 围内，给出结焦关联变量的优化值。工艺数字孪生功能包括工艺软仪表、关键参数预测、工艺异常监测和工况演变４个子功能。工艺软仪表功能可实时计算装置能耗、催化剂循环量等不可测中间变量；关键参数预测可实现对两器（反应器、再生器）压差、沉降器器顶压力等监测参数未来30min变化趋势的预测；工艺异常监测可计算反应-再生（简称反再）、分馏、吸收稳定３个单元的工艺实时运行状态值，当运行状态值超过报警限时提示发生工艺异常，随即触发异常溯源功能，给出异常可能的发生路径；工况演变功能中，由用户输入拟操作参数的调整值，显示操作后关键参数的变化趋势。

（２）设备完整模块。反再内构件状态监测功能通过声音信号监测翼阀开闭情况，计算得到反应器、再生器内翼阀的开闭周期和流量占比；静设备腐蚀风险监测功能根据装置实时数据计算氯化铵结晶温度、冲蚀腐蚀速率、烟气露点等关键腐蚀参量，提供分馏塔、油浆系统和再生烟气系统关键点位的腐蚀风险等级；动设备状态监测功能依托机组的在线监测数据，可实现关键机组转子不平衡、轴系不对中等典型故障的早期预警。

（３）环保管控模块。再生烟气产排智能控制功能可预测再生器出口烟气二氧化硫浓度、氮氧化物浓度未来15min的变化趋势，并根据装置实际运行情况动态推荐脱硫脱硝设施碱液添加量、臭氧添加量等关键操作参数；含硫污水产排优化功能可根据装置实时运行参数，推荐反应器汽提、提升、雾化等蒸汽用量的最优值；废催化剂智能减量化功能可预测未来5h的平衡催化剂活性，并根据产品生产方案推荐催化剂添加速率。

（４）风险预警模块。目前包括工艺风险与泄漏风险两个子模块。工艺风险功能可计算反再、分馏、吸收稳定３个单元和装置整体实时的工艺风险，并预测未来一周的风险变化趋势；泄漏风险功能可显示反再、分馏、吸收稳定和气体分离４个单元可燃气、硫化氢等气体的实时泄漏风险。

（５）操作处置模块。事故预警功能可对装置的哨兵事件进行预警，提供历史哨兵事件的查询；操作导航功能可显示装置典型操作的标准作业程序，通过接入实时数据提示当前操作与理想操作的偏差；经验传承功能可提供关键操作规范、典型操作视频等文本或视频类培训材料；三维演练功能基于装置三维模型、VR眼镜、移动训练舱等工具，实现油浆泵泄漏着火等典型事故场景的沉浸式培训与应急演练。

（６）预警中心模块。将工艺平稳、设备完整、环保管控、风险预警、操作处置５个功能模块的预警信息进行汇总展示，并提供装置历史预警记录及对应数据的查询。

3 应用案例

选取中国石化某2.6Mt/a催化裂化装置，开展催化裂化装置绿色平稳高效运行智能管控平台的现场应用。该装置反应部分采用MIP工艺，再生采用烧焦罐＋床层的形式，加工原料主要为加氢蜡油和经过加氢处理（VRDS）的常压渣油。

面向管理人员和操作人员的不同需求，分别开发了驾驶舱和专业工作台。在数据层，研发了基于Kafka消息队列的工业时序数据实时消费技术，利用分段式数据批量预处理优化数据处理效率，解决了多节点、大通量数据写入并发冲击网络的问题，平台每分钟处理数据１万条以上，支撑工艺、设备、安全、环保等多结构数据的动态耦合分析，实现跨领域数据的融合实时计算；在模型层，研发了面向装置的多并发、高可靠算法集成与调度技术，设计定时调用、事件触发、模型优化等多种调度方式，为业务应用提供了高效、可靠的调度和计算服务；在应用层，应用GIS服务和WebGL技术，实现基础设备及装置数字化，形成驾驶舱、专业工作台与移动APP的多终端融合应用。下面列出部分功能的应用效果。

图３为驾驶舱首页，图４为专业工作台首页。

3.1 低负荷工况预警处置

受市场及外部环境影响，2022年装置加工量达到历史最低水平，各项参数较正常工况偏离较多。在装置低负荷运行过程中，反再内构件状态监测功能提示沉降器５、６号翼阀流量占比异常（如图５所示），同时工艺软仪表功能显示旋风分离器入口线速接近下限值。操作人员根据平台提示信息，结合实际运行参数，调整装置负荷最低控制点和部分预提升干气，保证了装置低负荷工况下的正常运行。

3.2 助力节能减排

2022年5月，根据平台再生烟气产排智能控制功能和含硫污水产排优化功能的操作建议，装置操作人员对碱液添加量、臭氧注入速率、汽提蒸汽和雾化蒸汽流量进行调整。经统计，5月碱液投加量减少约25.2t，臭氧添加量减少约6t，含硫污水排放量减少约360t。

4 总结与展望

在催化裂化装置绿色平稳高效运行数字化转型实践中，本课题围绕工艺、设备、安全、环保和操作等方面开展技术攻关，共形成业务模型220个，并依托研发的智能管控平台开展了示范应用。通过建立统一的数据标准，有效贯通了工艺、设备、图5所示），同时工艺软仪表功能显示旋风分离器入口线速接近下限值。操作人员根据平台提示信息，结合实际运行参数，调整装置负荷最低控制点和部分预提升干气，保证了装置低负荷工况下的正常运行。

报警、安全、环保等多类型数据；形成业务模型的全过程信息共享机制，各业务模型的初始参数设置、过程数据及最终结果均可被其他模型复用，提升了模型的计算效率和延续性；基于不同用户角色与场景，分别开发了用于管理人员的驾驶舱和用于操作人员的专业工作台，重点搭建了预警中心，以异常事件为核心，实现从报警管理、异常工况、风险预警、事故预警到应急处置的一体化管控应用。

在数字经济和“双碳”战略的时代背景下，数字化转型必将成为企业实现高质量发展的重要引擎。作为传统制造业，石化企业应把握数字经济发展机遇，积极推动数字化转型建设，充分运用数字技术优化产业结构、促进绿色低碳发展。根据本实践体会，下一步石化行业数字化转型的重点研究和建设内容可以考虑如下两点：

（１）打造一体化的数据资产系统。数据是数字化转型中的关键要素，也是企业的重要战略资产，要充分重视数据的存储、流转、分析和开发应用工作。依托先进的监测系统，企业一般积累有海量的数据信息，但存储于不同的监测、生产、控制等系统中，存在系统孤岛、数据碎片化的问题。随着工业互联网技术的发展，可逐步融合传感器、仪表和监测系统等，实现全要素生产数据采集和装置运行参数准确感知，为数据的高效流转、深度分析奠定基础。

（２）加快推进“装置级”的数字化转型。数字孪生是数字化转型的重要工具，在虚拟空间构建物理装置的映射，具备状态感知、超前预测和优化控制等功能。“装置级”的数字化转型可以数字孪生技术为主要抓手，促进装置机理知识与人工智能等数字技术的深度融合，构建装置的全参数数字孪生体，并引入实时数据交互动态更新数字孪生体，实现装置运行状态的全息感知、智能分析、超前预警和动态模拟，为装置的绿色平稳高效运行提供指导。

来源：中国石化石科院、《石油炼制与化工》