降低焦炭塔操作壓力對焦化過程的影響

黃新龍，王寶石，李晉樓，王洪彬，李出和

(1.中石化煉化工程(集團)股份有限公司洛陽技術研發中心，河南 洛陽 471003；2.中國石化工程建設有限公司)

延遲焦化因工藝成熟、原料適應性強、裝置投資低等特點[1]，備受煉油企業重視。近年來，我國延遲焦化加工能力增長快，技術進步也較快。近十幾年的快速發展，盡管在提高加熱爐出口溫度、降低焦炭塔操作壓力、降低循環比、縮短生焦周期、安全與聯鎖控制、保護環境等方面與國外技術相比還有一定差距[2-3]，但這種差距正在縮小或超越。

據文獻[4]報道，焦炭塔的壓力每降低0.05 MPa，液體產品的收率平均增加1.3百分點，焦炭產率降低1.0百分點。因此國外公司開發的延遲焦化技術基本采用了低壓操作，以Conoco Phillips公司的技術為代表的操作壓力最低僅為0.105 MPa，而國內設計的焦化裝置操作壓力較高，一般為0.17 MPa左右，但有的焦化裝置操作壓力已降到了0.145 MPa左右，目前降低焦炭塔的操作壓力主要受到工程技術的限制。本研究以劣質重油為原料，重點考察焦炭塔操作壓力對延遲焦化過程的影響。

1 實 驗

1.1 試驗裝置

中型試驗是在中石化煉化工程(集團)股份有限公司洛陽技術研發中心(簡稱SEGR)開發的LYDC-Ⅴ型減黏裂化-延遲焦化-連續蒸餾一體化試驗裝置上進行的，其焦化工藝的原則流程見圖1。

圖1 延遲焦化中試裝置工藝流程示意

1.2 原料性質

表1為試驗所用劣質重油的性質。由表1可知，焦化進料的性質較差，密度(20 ℃)超過1 000 kgm3，運動黏度(100 ℃)高達2 848 mm2s，殘炭和C7不溶物質量分數分別為18.72%和7.49%，但硫和重金屬(Ni+V)質量分數較低，分別為1.63%和72.5 μgg。

表1 原料油性質

2 結果及討論

2.1 操作條件和產品分布

在重油加熱爐出口溫度為500 ℃、循環比為0.19、爐管注汽量為4.0%、充焦時間為13 h的條件下，考察焦炭塔不同操作壓力下的產品分布，結果見表2。由表2可知：隨著焦炭塔操作壓力的降低，氣體和焦炭的產率降低，液體產品的收率增加，主要由焦化蠟油的收率增加所致，而焦化汽油餾分和焦化柴油餾分的收率則有所降低；當焦炭塔塔頂的壓力由0.195 MPa降低到0.115 MPa時，氣體和焦炭的產率分別降低0.94和1.02百分點，液體產品的收率增加2.03百分點，而焦化蠟油的收率則增加4.64百分點。

表2 操作壓力對產品分布的影響

2.2 產品性質

2.2.1操作壓力對汽油餾分和柴油餾分性質的影響表3和表4分別為不同操作壓力下汽油餾分和柴油餾分的性質。由表3和表4可知，不同操作壓力下產出的汽油餾分、柴油餾分的性質基本不變，說明改變焦炭塔頂的操作壓力不會對焦化汽油和焦化柴油的性質產生影響。

表3 操作壓力對汽油餾分性質的影響

表4 操作壓力對柴油餾分性質的影響

2.2.2操作壓力對焦化蠟油性質的影響表5為不同操作壓力下焦化蠟油的主要性質。由表5可知，在其他工藝條件相同的情況下，隨著焦炭塔操作壓力的降低，焦化蠟油的性質逐漸變差，主要表現在因餾程變重帶來的密度增加、殘炭和瀝青質含量升高、重金屬含量增加以及氮含量提高上。當操作壓力由0.195 MPa降低到0.115 MPa時，50%餾出溫度提高了12 ℃，95%餾出溫度提高了14 ℃。主要是因為采取降壓操作后使塔內反應生成的重餾分油更易逸出焦炭塔。由于焦化蠟油性質的變差，會增加后續加氫處理裝置操作的苛刻度，但不會產生較大影響。

表5 操作壓力對焦化蠟油性質的影響

2.2.3操作壓力對焦炭性質的影響表6為不同操作壓力下焦炭的性質。由表6可知：隨著操作壓力的降低，焦炭的揮發分降低，當操作壓力由0.195 MPa降低到0.115 MPa時，焦炭的揮發分由7.34%降低到5.29%，這主要是因為操作壓力降低后，使得焦炭塔內反應焦層中原來不易揮發的較重餾分油逸出的結果；但降低壓力操作后，對焦炭的硫含量影響不大，焦炭的硫質量分數為2.3%左右，符合國家規定的低硫焦標準，可作為3B石油焦出廠。

表6 操作壓力對焦炭性質的影響

3 低壓操作提高液體收率的原因分析

表7為焦炭塔頂操作壓力對油氣分壓和高溫油氣初始停留時間的影響。從表7可知，隨著操作壓力的降低，油氣分壓由0.144 MPa降低到0.083 MPa，反應產生的高溫油氣在焦炭塔內的初始停留時間由150 s減少到了116 s。

表7 操作壓力對油氣分壓和初始停留時間的影響

當焦炭塔內的油氣分壓降低后，一方面可使泡沫層(即反應層)中重質油汽化，離開泡沫層進入油氣段，然后離開焦炭塔，另一方面可降低焦炭的揮發分，以減少焦炭的產率；而高溫油氣在焦炭塔內停留時間的縮短，又可減緩高溫油氣的二次反應，從而降低了氣體和焦炭的產率，提高了液體產品尤其是焦化蠟油的收率[7-8]。

從反應動力學看，焦化反應過程是體積增大的過程，因此采用低壓操作對裂解反應有促進作用，而對縮合反應有一定的抑制作用。裂解反應為吸熱反應，縮合反應為放熱反應，從出塔油氣溫度看，隨著焦炭塔操作壓力的降低，油氣出塔溫度也降低。

4 結 論

(1)在其他操作條件相同的情況下，隨著焦炭塔操作壓力的降低，氣體和焦炭的產率降低，液體產品的收率提高。當操作壓力由0.195 MPa降低到0.115 MPa時，液體產品的收率提高2.03百分點，其中汽油和柴油的收率有所降低，但焦化蠟油的收率明顯提高，提高了4.64百分點。

(2)降低焦炭塔的操作壓力后，焦化汽、柴油的性質基本不變，而焦化蠟油的性質稍變差一些，主要表現在密度、殘炭、瀝青質、氮含量以及金屬含量等均有所升高，餾程變重，50%和95%餾出溫度分別升高12 ℃和14 ℃，這些性質的變化會提高后續加工裝置操作的苛刻度，但不會產生較大影響。

(3)降低焦炭塔操作壓力，可降低焦炭的揮發分，但對硫含量的影響較小。對于原料硫質量分數為1.63%的減壓渣油，焦炭硫質量分數為2.3%左右，符合國家規定的低硫焦標準，可作為3B石油焦出廠。