重油淺度熱裂化反應深度對延遲焦化過程的影響

黃新龍，王洪彬，張瑞風，李和杰

（中國石化洛陽工程有限公司，河南洛陽471003）

重油淺度熱裂化反應深度對延遲焦化過程的影響

黃新龍，王洪彬，張瑞風，李和杰

（中國石化洛陽工程有限公司，河南洛陽471003）

為了提高延遲焦化的液體產品收率，中國石化洛陽工程有限公司對現有工藝進行改進，把淺度熱裂化反應和深度熱裂化反應有機地結合在一起，開發出了ADCP新工藝。在新研制的減黏-焦化-連續蒸餾聯合試驗裝置上考察了劣質重油淺度熱裂化深度對焦化產品分布的影響。結果表明，當重油的減黏率分別為33.03%，52.43%，78.21%時，與常規工藝相比，液體產品收率分別提高了0.48，0.97，1.71百分點，其中輕質油收率分別提高了1.04，1.11，2.19百分點，輕質油收率的提高主要體現在柴油餾分收率提高上，而焦化汽油、柴油和蠟油等產品的性質與常規工藝的產品無明顯區別，不會影響各產品的后續加工過程。

焦化 淺度熱裂化 減黏 加熱爐 液體收率

隨著煉油企業加工原油的重質化以及減壓深拔技術的應用，我國延遲焦化工藝技術不斷進步，其加工能力也不斷提高。2000年我國延遲焦化裝置的加工能力僅為20.65 Mt/a［1］，2006年增加到53.50 Mt/a［2］，到了2010年快速提高到110 Mt/a［3］，成為加工劣質重油的主要手段。

目前，我國延遲焦化技術面臨諸多挑戰：①液體產品收率較低，導致經濟效益較差；②原料劣質化后，導致加熱爐管易結焦、焦粉夾帶嚴重以及生成彈丸焦引起的焦炭塔震動等，使開工周期縮短以及出現安全生產隱患［4-6］；③開放式除焦過程帶來的環境保護壓力；④進一步擴大現有裝置的加工能力等［7］。

為了改善延遲焦化裝置加熱爐輻射段進料性質、延長開工周期、提高液體產品的收率，中國石化洛陽工程有限公司（LPEC）對現有工藝進行改進，把淺度熱裂化反應和深度熱裂化反應有機地結合在一起，開發出了一種重油加工新工藝，簡稱ADCP工藝［8-9］。本文主要介紹劣質重油淺度熱裂化后作為焦化加熱爐輻射段進料時，其裂化深度對產品分布和產品性質的影響。

1 工藝流程及原料性質

1.1 工藝流程

重油的淺度熱裂化和深度熱裂化聯合試驗以及常規的延遲焦化試驗在LPEC開發的減黏-焦化-連續蒸餾一體化中型試驗裝置上進行，其模擬工藝流程示意見圖1和圖2。

裝置進料量為1.0～13 kg/h；減黏反應器空塔體積為3.2 L，外帶絕熱層，內置FG高效填料；重油加熱爐合理設計，減緩了爐管結焦；從重油加熱爐出口到減黏反應器（或焦化塔）入口的距離縮短到0.5～0.75 m，有效降低了熱損失；焦化塔的空塔體積為35 L，可充焦約20 kg，內置快速除焦設備，清焦快捷、方便；焦化生成油氣進入分餾塔后進行高效分餾，實現了循環油的在線循環操作。

進行ADCP工藝試驗時（見圖1），將重油預熱到120℃左右，與一定比例的高溫水蒸氣混合后進入重油加熱爐Ⅰ，加熱到目標溫度后進入反應器進行淺度熱裂化反應；反應生成的油氣再與一定量的高溫水蒸氣以及來自分餾塔塔底的循環油混合后去重油加熱爐Ⅱ，加熱到495℃左右后進入焦化塔進行深度熱裂化反應（控制塔頂壓力）；反應生成的油氣在分餾塔進行連續蒸餾切割，塔底重油（即循環油）經計量后直接返回到重油加熱爐Ⅱ，從而實現循環油的在線循環操作；來自分餾塔塔頂的油氣經冷凝冷卻后進入氣液分離罐，氣體經計量（分析）后去火炬系統，回收的液體產品在實沸點蒸餾裝置上經分餾得到汽油餾分、柴油餾分和焦化蠟油；試驗結束后對焦化塔進行冷卻、稱重、除焦。

進行常規延遲焦化工藝試驗時（見圖2），將重油預熱到120℃左右，與一定量的高溫水蒸氣以及來自分餾塔塔底的循環油在線混合后直接進入焦化塔進料加熱爐加熱，其它試驗過程同上。

圖1 ADCP工藝中試裝置流程示意

圖2 常規延遲焦化工藝中試裝置流程示意

1.2 原料性質

試驗所用減壓渣油及其經淺度熱裂化后重油的性質見表1。從表1可看出，與減壓渣油相比，淺度熱裂化重油的殘炭、瀝青質以及重金屬含量較高，但其傾點較低，黏度較小，流動性明顯變好。

表1 減壓渣油及其淺度熱裂化后重油的性質

2 結果與討論

2.1 操作條件和產品分布對比

以減壓渣油為原料，ADCP工藝與常規延遲焦化工藝的操作條件和產品分布對比見表2。從表2可以看出：與常規焦化工藝相比，ADCP工藝顯著改善了焦化的產品分布，低附加值的干氣和焦炭產率降低，液體收率增加；當重油的減黏率分別為33.03%，52.43%，78.21%時，氣體產率分別降低了0.20，0.36，0.57百分點，焦炭產率分別降低了0.41，0.70，1.09百分點，液體收率則分別提高了0.48，0.97，1.71百分點，輕油收率分別提高了1.04，1.11，2.19百分點，而輕油收率的增加主要體現在柴油收率的增加上，分別提高了1.18，1.23，2.44百分點。

盡管提高重油的減黏率可提高液體產品的收率，但重油的減黏率過高時，淺度熱裂化反應器易結焦，導致開工周期縮短，因此應選擇適宜的淺度熱裂化反應工藝條件。

2.2 液體產品的性質

典型操作條件下（即減黏率為78.21%時，下同）的ADCP工藝與常規焦化工藝的液體產品性質對比見表3。從表3可以看出，兩種工藝加工劣質重油生產的汽油餾分、柴油餾分和焦化蠟油性質無明顯差異。

兩種工藝生產的焦化蠟油殘炭較低，但硫含量、氮含量較高，經加氫脫硫后可直接作為催化裂化裝置的進料。

表2 兩種工藝的操作條件和產品分布對比

表3 兩種工藝的液體產品性質對比

2.3 硫平衡和氫分布

典型操作條件下的ADCP工藝與常規焦化工藝的焦化產品硫平衡和氫分布數據分別見表4和表5。從表4可以看出：焦化產品中的硫與原料中的硫基本平衡；兩種工藝生產的汽油餾分、柴油餾分、焦化蠟油中的硫分別占新鮮進料硫的3%，16%，11%左右；而氣體和焦炭中的硫則占新鮮進料硫的2/3，分別約為24%和42%。從表5可以看出，ADCP工藝充分利用了原料中的氫資源，與常規延遲焦化工藝相比，氫的利用率提高2.14百分點。

表4 焦化產品的硫平衡

表5 焦化產品的氫分布

2.4 加熱爐輻射段進料的餾程分析

兩種工藝的加熱爐輻射段進料的餾程數據對比見表6。從表6可以看出，ADCP工藝的輻射段進料中小于350℃餾分的質量分數為11.51%，小于500℃餾分的質量分數為29.87%，分別是常規延遲焦化工藝的104倍和2.35倍。重油在淺度熱裂化過程中表現為吸熱反應，有10℃左右的溫降，在輻射段加熱到常規工藝的爐出口溫度時，部分輕組分吸熱汽化，相當于為焦化塔內重油的熱反應提供了更多的熱量，經核算，ADCP工藝比常規工藝的能耗增加7%。據文獻［10］報道，加熱爐出口溫度提高5.6℃時，粗柴油收率（體積分數）可增加1.1%，這表明如果為重油的熱反應提供更多的熱量則可提高液體產品的收率。

表6 輻射段進料的餾程數據

3 結 論

（1）在適宜的工藝條件下重油先經淺度的熱裂化反應后再進入加熱爐的輻射室加熱的ADCP工藝，改善了輻射段進料的性質（黏度降低，輕餾分含量提高），同時因輕組分吸熱汽化又帶給焦化塔更多的熱量，提供給重油熱反應，有利于提高液體收率。

（2）ADCP工藝中，隨著重油減黏率的提高，液體產品的收率以及輕質油的收率提高。與常規焦化工藝相比，采用典型操作條件下的ADCP工藝時，原料氫的利用率提高了2.14百分點，干氣和焦炭產率分別降低了0.57和1.09百分點，液體收率提高了1.71百分點，其中柴油收率提高了2.44百分點。

（3）采用ADCP工藝加工重油時，其產品性質與常規焦化工藝相比無明顯不同，不會對產品的后續加工產生影響。

［1］晁可繩.延遲焦化工藝技術及其進展（2）［J］.煉油設計，2001，31（11）：34-38

［2］劉方濤.延遲焦化技術的現狀及展望［J］.廣州化工，2010，38（1）：27-352

［3］李出和，李蕾，李卓.國內現有延遲焦化技術狀況及優化的探討［J］.石油化工設計，2012，29（1）：10-352

［4］余桁，沈海軍.延遲焦化裝置加工劣質油出現的問題及對策［J］.化學工業與工程技術，2009，30（1）：42-44

［5］張力，張政偉.延遲焦化加熱爐管結焦原因分析及對策［J］.石油煉制與化工，2010，41（1）：21-25

［6］宋太安.塔河常壓渣油結焦特性及焦化加工對策［J］.煉油技術與工程，2004，34（7）：6-9

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EFFECT OF CRACKING DEPTH OF HEAVY OIL MILD THERMAL-CRACKING ON DELAYED COKING PROCESS

Huang Xinlong，Wang Hongbin，Zhang Ruifeng，Li Hejie
（Luoyang Petrochemical Engineering Corporation，SINOPEC，Luoyang，Henan 471003）

As the feedstocks of delayed coker become heavier and inferior，there are more challenges for coker unit，such as higher liquid product yield，long-term and safe operation，environmental protection and capacity of the unit.A new process named ADCP which integrates a mild thermal cracking stage with a deep thermal cracking stage with one furnace in a coking unit is realized by LPEC for higher liquid product yield.Studies were conducted in LPEC pilot plant with visbreaking，delayed coking and continuous distillation to investigate the effect of heavy oil mild thermal cracking depth on the properties and compositions of coking products.The results show that the yields of liquid products are improved by 0.48，0.97 and 1.71 percentage points，respectively when visbreaking ratios of heavy oil are 33.03%，52.43%and 78.21%.The yields of light liquid products are increased by 1.04，1.11 and 2.19 percentage points，respectively，compared with that of the traditional process.The improvement in light oil yields is mainly manifested in yield increase of the diesel fraction.However，the properties of ADCP products are almost the same as the ones of traditional process products，so the new process has no negative effects on down-stream processes.

coking；mild thermal cracking；visbreaking；furnace；liquid y ield

2013-10-09；修改稿收到日期：2013-11-06。

黃新龍（1962—），男，學士，教授級高級工程師，1986年畢業于武漢化工學院，一直從事石油加工技術開發工作，獲部級一、二、三等科學進步獎各1項，申請專利56項，授權31項，發表論文19篇。

黃新龍，E-mail：huangxinl.lpec＠sinopec.com。