渣油摻煉加氫柴油降低焦炭產(chǎn)率研究

田　娟，彭偉才，黃　華，朱國榮，佘喜春

(湖南長嶺石化科技開發(fā)有限公司，湖南　岳陽　414012)

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渣油摻煉加氫柴油降低焦炭產(chǎn)率研究

田娟，彭偉才，黃華，朱國榮，佘喜春

(湖南長嶺石化科技開發(fā)有限公司，湖南岳陽414012)

針對目前延遲焦化裝置普遍存在的焦炭產(chǎn)率偏高和加熱爐管易結(jié)焦的問題，研究了渣油摻煉加氫柴油的協(xié)同效應(yīng)，并考察了以渣油摻煉加氫柴油為原料時焦炭塔頂壓力、加熱爐出口溫度、循環(huán)比以及加氫柴油摻煉比對焦化產(chǎn)品分布的影響，結(jié)果表明，渣油摻煉加氫柴油能提高焦化液體收率降低焦炭產(chǎn)率。焦炭塔頂壓力越低焦炭產(chǎn)率越低，加熱爐出口溫度越高焦炭產(chǎn)率越低，焦化循環(huán)比越高焦炭產(chǎn)率越高，在一定范圍內(nèi)，加氫柴油摻煉比越高，降低焦炭協(xié)同效應(yīng)越好。

延遲焦化；焦炭產(chǎn)率；加氫柴油

隨著原油的劣質(zhì)化以及環(huán)境保護對油品要求的日益嚴格，如何將渣油高效優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品已成為煉油行業(yè)亟待解決的問題。延遲焦化因具有投資少、操作費用低和轉(zhuǎn)化深度高等優(yōu)點，已成為重油輕質(zhì)化的主要途徑[1]。

延遲焦化裝置的經(jīng)濟性直接取決于其液體收率的高低。因此，在渣油進行焦化的過程中，其技術(shù)關(guān)鍵和難點就是最大限度地提高焦化液收，降低焦炭和氣體產(chǎn)率。目前，煉廠在保證延遲焦化裝置運行周期的前提下，提高液收、降低焦炭產(chǎn)率常采取的主要措施有工藝優(yōu)化、焦化助劑的使用和技術(shù)創(chuàng)新[2-4]。

本試驗采用加氫柴油為供氫劑，與渣油共焦化，通過改善原料的性質(zhì)和焦化反應(yīng)過程的干預(yù)，從而改善焦化反應(yīng)的產(chǎn)品分布，提高焦化液收，降低焦炭產(chǎn)率。

1　焦化機理

延遲焦化原料經(jīng)加熱爐快速加熱后進入焦炭塔內(nèi)，在焦炭塔內(nèi)發(fā)生焦化反應(yīng)，生成氣體、汽油、柴油、蠟油和焦炭。焦化反應(yīng)主要分為兩類，一類是利于生成輕餾分的裂解反應(yīng)，另一類是烯烴、芳烴聚合生成焦炭的縮聚反應(yīng)，前者是吸熱反應(yīng)，加快其速度，利于輕收和液收提高，后者是放熱反應(yīng)，降低焦炭塔壓力，降低其速度，可降低焦炭生成[5-7]。

2　結(jié)果與討論

鑒于焦化反應(yīng)過程的復(fù)雜多樣性，影響延遲焦化裝置產(chǎn)品分布的因素很多。為了更好地了解渣油-加氫柴油共焦化產(chǎn)物分布，首先對焦化原料性質(zhì)進行分析，在相同條件下分別以純渣油為原料和渣油摻煉加氫柴油為原料進行對比焦化試驗，并考察了渣油摻煉加氫柴油為原料時焦炭塔頂壓力、加熱爐出口溫度、循環(huán)比以及加氫柴油摻煉比對焦化產(chǎn)品分布的影響。

2.1技術(shù)指標定義與計算

首先對焦化協(xié)同效應(yīng)進行了定義：

i產(chǎn)率(%)=收集到的i質(zhì)量/總進料量

(1)

i理論產(chǎn)率(%)=純渣油進料時i產(chǎn)率×(1-摻煉比)+純加氫柴油進料時i產(chǎn)率×摻煉比

(2)

△i(%)=實際產(chǎn)率-理論產(chǎn)率

(3)

△表示加氫柴油與渣油共焦化的協(xié)同效應(yīng)。

2.2試驗過程

在小型焦化試驗裝置上進行試驗，裝置處理量為0.5～1.5 kg/h，工藝流程如圖1所示。

圖1　延遲焦化工藝流程圖

原料油加熱到 120～160 ℃左右，由原料泵抽出，經(jīng)計量與一定質(zhì)量比例的高溫水蒸汽混合后進入加熱爐加熱，控制加熱爐的出口溫度為 330～500 ℃之間，然后高溫原料混合物從焦炭塔的底部進入具有加熱恒溫設(shè)備的焦炭塔中進行焦化反應(yīng)，該過程控制焦炭塔的反應(yīng)溫度為480～510 ℃；其生成油氣經(jīng)一級冷凝器和二級冷卻器冷卻后不凝氣體通過濕式流量計計量，然后再進入堿液桶吸收氣體中的硫化氫。回收的C5及以上餾分到液收罐，計量輕烴和混合油量。試驗結(jié)束時，裝置停電、停水。待焦炭塔自然冷卻到 200 ℃左右后再完全打開焦炭塔的保溫爐，待焦炭塔的溫度降低到 45 ℃以下時，對焦炭塔進行稱重并除焦。分別計算出焦化液體產(chǎn)率、氣體產(chǎn)率和焦炭產(chǎn)率。

2.3原料性質(zhì)

試驗所用渣油和加氫柴油均來自中石化長嶺煉化分公司，性質(zhì)列于表1。

表1　原料性質(zhì)Table 1　The properties of feedstock

從表1中可看出，隨著加氫柴油摻煉比的增加，混合焦化原料的性質(zhì)變好，特別是影響焦炭產(chǎn)率的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量逐漸減少。這說明加氫柴油的加入有利于抑制加熱爐管結(jié)焦。

2.4對比試驗

在加熱爐出口溫度500 ℃、焦炭塔頂壓力0.12 MPa以及進料注水量為2%的試驗條件下，分別考察了純渣油為原料與渣油摻煉加氫柴油為原料時的焦化產(chǎn)品分布，試驗結(jié)果如表2所示。

表2對比試驗焦化產(chǎn)品分布

Table 2　The coking products distribution of contrast test(%)

從表2可看出，摻煉加氫柴油能提高焦化液體收率0.91個百分點，這是因為加氫柴油加入到焦化原料中，高溫下釋放活性氫原子，減慢縮聚反應(yīng)速度，抑制焦炭生成。同時，加氫柴油自身裂解較少，所以能帶入焦化反應(yīng)所需熱量，加快裂解反應(yīng)速度，有利提高焦化液體產(chǎn)率。

2.5焦炭塔頂壓力對焦化產(chǎn)品分布的影響

焦炭塔頂壓力直接影響焦化油氣在焦炭塔內(nèi)的停留時間。在加熱爐出口溫度500 ℃、進料注水量為2%的試驗條件下，考察了焦炭塔頂壓力對焦化產(chǎn)品分布的影響。如表3所示。

表3　焦炭塔頂壓力對焦化產(chǎn)品分布的影響Table 3　The influence of coke tower pressure on coking products distribution　 (%)

從表3可看出，在其它條件相同的情況下，隨著焦炭塔頂壓力的越低，焦炭產(chǎn)率越低。這是因為降低焦炭塔頂壓力可縮短高溫油氣在焦炭塔內(nèi)的停留時間，抑制二次裂化反應(yīng)的機會，從而降低了焦化氣體和焦炭產(chǎn)率，提高了焦化液體產(chǎn)率。

2.6加熱爐出口溫度對焦化產(chǎn)品分布的影響

加熱爐出口溫度直接影響焦化反應(yīng)的裂解深度，是影響延遲焦化裝置焦炭產(chǎn)率的重要操作指標。在焦炭塔頂壓力0.12 MPa、進料注水量為2%的試驗條件下，考察了加熱爐出口溫度對焦化產(chǎn)品分布的影響，試驗結(jié)果如表4所示。

表4　加熱爐出口溫度對焦化產(chǎn)品分布的影響Table 4　The influence of outlet temperature on coking products distribution　(%)

從表4可以看出，隨著加熱爐出口溫度的提高焦炭產(chǎn)率逐漸減少，焦化液體產(chǎn)率逐漸增加。對于同一原料，加熱爐出口溫度升高，裂解深度加深，焦炭產(chǎn)率降低，但是加熱爐溫度過高，會引起加熱爐結(jié)焦嚴重，影響裝置穩(wěn)定性。

2.7循環(huán)比對焦化產(chǎn)品分布的影響

焦化循環(huán)油的加入主要是為了改善焦化原料的性質(zhì)，減緩加熱爐結(jié)焦。由于焦化循環(huán)油的焦炭產(chǎn)率比焦化原料的高，降低焦化循環(huán)比能降低焦炭產(chǎn)率，但循環(huán)比的降低加速了加熱爐管結(jié)焦。加氫柴油的加入能改善焦化原料性質(zhì)，在不影響焦化裝置穩(wěn)定運行周期的同時降低焦化循環(huán)比。在加熱爐出口溫度500 ℃、焦炭塔頂壓力0.12 MPa以及進料注水量為2%的試驗條件下，考察了循環(huán)比對焦化產(chǎn)品分布的影響，試驗結(jié)果如表5所示。

表5　循環(huán)比對焦化產(chǎn)品分布的影響Table 5　The influence of recycle ratio on coking products distribution　(%)

從表5中可看出，降低循環(huán)比能明顯降低焦炭產(chǎn)率，這是因為循環(huán)油中含有大量的膠質(zhì)瀝青質(zhì)，具有較高的生焦率。

2.8加氫柴油摻煉比對焦化產(chǎn)品分布的影響

在加熱爐出口溫度500 ℃、焦炭塔頂壓力0.12 MPa以及進料注水量為2%的試驗條件下，考察了加氫柴油摻煉比對焦化產(chǎn)品分布的影響，試驗結(jié)果如表6所示。

表6　加氫柴油摻煉比對焦化產(chǎn)品分布的影響Table 6　The influence of blending ratio on coking products distribution　(%)

從表6看出，在焦化條件相同的情況下，隨著加氫柴油摻煉比增加，焦炭產(chǎn)率逐漸減少，這是因為加氫柴油本身不生焦，同時加氫柴油有效抑制了焦化原料的大分子自由基縮合，降低了焦炭產(chǎn)率。當加氫柴油的摻煉比為9%時，降低焦炭協(xié)同效應(yīng)為0.84%，增加加氫柴油的摻煉比到12%時，降低焦炭協(xié)同效應(yīng)為0.91%，考慮到焦化裝置的處理量以及綜合效應(yīng)，加氫柴油的最佳摻煉比為9%。

3　結(jié)　論

在小型延遲焦評價裝置上，焦炭塔頂壓力越低焦炭產(chǎn)率越低，加熱爐出口溫度越高焦炭產(chǎn)率越低，焦化循環(huán)比越高焦炭產(chǎn)率越高，在一定范圍內(nèi)，加氫柴油摻煉比越高，降低焦炭協(xié)同效應(yīng)越好。在加熱爐出口溫度為500 ℃、焦炭塔頂壓力0.12 MPa以及進料注水量為2%的試驗條件下，摻煉9%的加氫柴油，焦炭產(chǎn)率降低0.84%，液體收率增加0.91%。同時，加入加氫柴油能改善焦化進料的性質(zhì)，減緩加熱爐結(jié)焦。

[1]瞿國華.延遲焦化工藝與工程[M].北京:中國石化出版社,2008:10-15,127-159.

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Study on Reducing the Coke Yield While Residual Oil Blending Hydrogenated Diesel

TIAN Juan， PENG Wei-cai， HUANG Hua， ZHU Guo-rong， SHE Xi-chun

(Hunan Changling Petrochemical S&T Developing Co., Ltd., Hunan Yueyang 414012, China)

In view of the problem that the coke yield was high and the heating furnace tube coke easily in the delayed coking unit at the present, the synergies of resid blending hydrogenated diesel was researched，and the impact of coke tower pressure，heating furnace outlet temperature，recycle ratio and blending ratio on the coking product distribution was studied．The results showed that the residual oil blending hydrogenated diesel can increase the yield of coking liquid and reduce the yield of coke，with in a certain range，the lower the coke tower pressure and heating furnace outlet temperature，the lower the coke yield，the higher recycle ratio, the higher the yield of coke. And blending ratio was higher，the synergies was better．

delay coking; coke yield; hydrogenated diesel

田娟(1986-)，女，助理工程師，主要從事煉油工藝研究。

TE624.3+2

A

1001-9677(2016)014-0106-03