噴氣燃料餾分進(jìn)催化裂化LTAG噴嘴回?zé)挼墓I(yè)實(shí)踐

李 明，劉子龍，王 磊

(中國(guó)石化石家莊煉化分公司，石家莊 050099)

隨著煉油、化工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，煉化企業(yè)通常選擇不斷優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、增加高附加值產(chǎn)品收率的辦法來提高企業(yè)整體效益。2020年，成品油市場(chǎng)需求量銳減，汽油、柴油等成品油價(jià)格長(zhǎng)期處于低位。由于航空運(yùn)輸量的下降，噴氣燃料的需求量同步降低，其價(jià)格也從前期的5 000元/t左右下降到2 000元/t以下。隨著煉油企業(yè)噴氣燃料配置計(jì)劃逐漸減少，其去向問題成了企業(yè)亟待解決的問題。

為壓減噴氣燃料產(chǎn)量，同時(shí)提高全廠效益，煉油企業(yè)通常在滿足配置計(jì)劃的前提下，通過調(diào)整常減壓蒸餾裝置的常壓塔操作，將噴氣燃料餾分壓入柴油餾分，將部分噴氣燃料調(diào)合進(jìn)車用柴油外銷，或?qū)⑵浠責(zé)捴链呋鸦⒓託淞鸦榷渭庸ぱb置，使其轉(zhuǎn)化成汽油、液化氣等高附加值產(chǎn)品。

催化裂化LTAG技術(shù)[1]由中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院研發(fā)，設(shè)計(jì)將加氫后的催化裂化柴油(Light Cycle Oil，簡(jiǎn)稱LCO)送入催化裂化裝置的提升管反應(yīng)器回?zé)挘a(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)合組分。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，加氫LCO的轉(zhuǎn)化率接近70%，汽油選擇性接近80%，液化氣選擇性大于10%[2]。近幾年，LTAG技術(shù)得到推廣應(yīng)用，除了加工加氫LCO，部分裝置也將汽油、石腦油、直餾柴油等作為回?zé)捨锪希愿纳飘a(chǎn)品結(jié)構(gòu)，均取得了較好的產(chǎn)品分布及經(jīng)濟(jì)效益。

基于以上情況，中國(guó)石化石家莊煉化分公司(簡(jiǎn)稱石家莊煉化公司)將2號(hào)常減壓蒸餾裝置的噴氣燃料餾分引入3號(hào)催化裂化裝置提升管反應(yīng)器的LTAG噴嘴，使其發(fā)生裂化反應(yīng)，從而壓減噴氣燃料產(chǎn)量，增產(chǎn)汽油、液化氣等高附加值產(chǎn)品。以下對(duì)此工業(yè)實(shí)踐情況進(jìn)行總結(jié)。

1 裝置簡(jiǎn)介

石家莊煉化公司3號(hào)催化裂化裝置于2014年8月首次開工，設(shè)計(jì)加工能力為2.2 Mt/a，年開工時(shí)數(shù)為8 400 h，操作彈性為70%～110%。裝置反應(yīng)部分采用MIP工藝技術(shù)，提升管反應(yīng)器底部采用新型預(yù)提升加速段，頂部采用密閉旋流式快速分離系統(tǒng)(VQS)；再生部分采用單段床層的完全再生技術(shù)，能量回收機(jī)組采用三機(jī)組(煙機(jī)-主風(fēng)機(jī)-電動(dòng)/發(fā)電機(jī))形式；再生煙氣配套使用氨法脫硫和低溫氧化脫硝技術(shù)。2017年大檢修期間，裝置增加了LTAG技術(shù)流程，可根據(jù)生產(chǎn)需要回?zé)捈託銵CO、噴氣燃料餾分和石腦油等。

為考察噴氣燃料進(jìn)入催化裂化裝置LTAG噴嘴回?zé)拰?duì)產(chǎn)品分布、產(chǎn)品性質(zhì)等情況的影響，在保證裝置重油進(jìn)料、操作條件穩(wěn)定的前提下，對(duì)3號(hào)催化裂化裝置進(jìn)行了噴氣燃料回?zé)捔坎煌膬煞N工況的標(biāo)定，并與空白標(biāo)定(沒有回?zé)?結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

2 標(biāo)定過程

2.1 標(biāo)定工況

空白標(biāo)定及回?zé)拠姎馊剂橡s分標(biāo)定時(shí)選擇相同的重油進(jìn)料量及進(jìn)料組成，其中重油進(jìn)料量維持在210 t/h左右，重油組成包括加氫渣油、加氫蠟油及未加氫的減壓渣油，標(biāo)定期間各重油原料進(jìn)料比例維持不變。為了不影響加工流程，標(biāo)定期間保留液化氣脫硫醇裝置反抽提汽油、聚丙烯裝置放空氣等進(jìn)裝置流程，且保持外來物料流量穩(wěn)定。噴氣燃料餾分回?zé)捔窟x擇10 t/h(定義為工況1)及20 t/h(定義為工況2)兩種工況，每組工況標(biāo)定48 h，共標(biāo)定96 h。

2.2 原料性質(zhì)

標(biāo)定期間2號(hào)常減壓蒸餾裝置噴氣燃料餾分的性質(zhì)如表1所示。由表1可見：回?zé)捁r下，噴氣燃料餾分的10%餾出溫度較空白標(biāo)定期間均略有下降，表明其輕組分含量有所增加；但兩組回?zé)捁r下噴氣燃料餾分的10%餾出溫度接近，不影響兩組回?zé)捁r間的對(duì)比；噴氣燃料餾分的其他性質(zhì)較為穩(wěn)定；噴氣燃料餾分的180 ℃餾出率為44%～52%，原因?yàn)樵推贩N的變化導(dǎo)致常壓蒸餾塔操作壓力高于設(shè)計(jì)壓力，部分石腦油被壓入噴氣燃料餾分中。

表1 2號(hào)常減壓蒸餾裝置噴氣燃料餾分的性質(zhì)

標(biāo)定期間3號(hào)催化裂化裝置重油原料的主要性質(zhì)如表2所示。由表2可見：重油原料的性質(zhì)基本穩(wěn)定，其中密度(20 ℃)為915 kg/m3左右、殘?zhí)繛?.1%左右；由于摻煉未加氫的減壓渣油，重油原料硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～0.7%、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.16%以上；在噴氣燃料餾分回?zé)捔繛?0 t/h的工況2下原料中的金屬含量增加明顯，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到14.4 μg/g，(鎳+釩)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20.0 μg/g。

表2 3號(hào)催化裂化裝置重油原料的主要性質(zhì)

2.3 主要操作條件

標(biāo)定期間3號(hào)催化裂化裝置的主要運(yùn)行參數(shù)如表3所示。由表3可見，標(biāo)定期間除噴氣燃料餾分回?zé)捔坎煌猓渌\(yùn)行參數(shù)基本維持穩(wěn)定，其中重油進(jìn)料量為210 t/h左右，平衡劑活性為62%左右，反應(yīng)、再生系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。因噴氣燃料餾分回?zé)捔坑?號(hào)常減壓蒸餾裝置控制，故實(shí)際回?zé)捔颗c計(jì)劃值略有偏差。

表3 3號(hào)催化裂化裝置的主要運(yùn)行參數(shù)

3 結(jié)果與討論

3.1 物料平衡

標(biāo)定期間3號(hào)催化裂化裝置的物料平衡數(shù)據(jù)如表4所示。其中：物料平衡核算過程不考慮損失，對(duì)產(chǎn)品收率進(jìn)行歸一化處理；噴氣燃料餾分進(jìn)入提升管反應(yīng)器后，按裝置的原料進(jìn)行物料衡算；液化氣脫硫醇反抽提汽油及聚丙烯裝置放空氣回收至3號(hào)催化裂化裝置分餾塔，核算時(shí)將其從產(chǎn)品液化氣中扣除。

表4 3號(hào)催化裂化裝置的物料平衡數(shù)據(jù) w，%

由表4可見，與空白工況相比，兩種回?zé)捁r的干氣、液化氣、汽油收率均上升，LCO、油漿、焦炭產(chǎn)率均下降，且隨著回?zé)捔康脑黾樱a(chǎn)品收率的變化趨勢(shì)加劇。其中，工況1和工況2的干氣產(chǎn)率分別增加0.12百分點(diǎn)和0.26百分點(diǎn)，液化氣收率分別增加0.21百分點(diǎn)和0.20百分點(diǎn)，汽油收率分別增加0.73百分點(diǎn)和1.79百分點(diǎn)，LCO收率分別下降0.35百分點(diǎn)和1.23百分點(diǎn)，油漿產(chǎn)率分別下降0.56百分點(diǎn)和0.82百分點(diǎn)，焦炭產(chǎn)率分別下降0.15百分點(diǎn)和0.20百分點(diǎn)，(液化氣+汽油+LCO)總液體產(chǎn)品收率分別增加0.59百分點(diǎn)和0.76百分點(diǎn)。

上述結(jié)果表明，噴氣燃料餾分進(jìn)入LTAG噴嘴回?zé)捄螅瑢?duì)汽油及更輕組分的產(chǎn)率產(chǎn)生正貢獻(xiàn)，對(duì)LCO及更重組分的產(chǎn)率產(chǎn)生負(fù)貢獻(xiàn)。分析原因可知，噴氣燃料餾分是較容易裂化的直餾餾分，進(jìn)入提升管原料噴嘴后，在較高的劑油比下發(fā)生劇烈的裂化反應(yīng)，生成汽油和氣體等輕組分。由于噴氣燃料餾分進(jìn)入提升管的溫度為120～130 ℃，低于正常重油進(jìn)料溫度，為滿足進(jìn)料汽化熱及裂化反應(yīng)熱的增加，再生滑閥開度增大，使劑油比增加。高劑油比下，重油裂化的轉(zhuǎn)化率增大，干氣、液化氣、汽油產(chǎn)率上升[3]，LCO、油漿產(chǎn)率下降。理論上焦炭產(chǎn)率隨劑油比的增加而增大，但由于直餾的噴氣燃料餾分裂化后的焦炭產(chǎn)率較低，作為原料與重油共同核算后，焦炭總產(chǎn)率略有下降。

假設(shè)在噴氣燃料餾分回?zé)捁r下原重油裂化的產(chǎn)品分布不變，從表4的產(chǎn)品產(chǎn)率中減去原重油裂化產(chǎn)品的產(chǎn)率作為噴氣燃料餾分裂化的產(chǎn)品產(chǎn)率，再將工況1、工況2的產(chǎn)品產(chǎn)率扣除損失項(xiàng)作歸一化處理后取平均值，由此核算噴氣燃料餾分發(fā)生裂化反應(yīng)后的產(chǎn)品分布情況，結(jié)果如表5所示。

表5 噴氣燃料餾分催化裂化反應(yīng)的產(chǎn)品分布回歸計(jì)算結(jié)果

由表5中的歸一化處理結(jié)果可見：噴氣燃料餾分經(jīng)催化裂化反應(yīng)后，大部分轉(zhuǎn)化為汽油、液化氣產(chǎn)品，少部分轉(zhuǎn)化為干氣、LCO和焦炭；汽油收率達(dá)到56.67%，液化氣收率達(dá)到27.38%，干氣、LCO和焦炭的產(chǎn)率均低于10%。由此可見，噴氣燃料餾分回?zé)捄螅饕鸦a(chǎn)物為汽油和液化氣，其收率之和達(dá)到80%以上，這是噴氣燃料餾分回?zé)捪Ｍ玫降慕Y(jié)果，即低附加值的噴氣燃料餾分經(jīng)過裂化反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為高附加值的汽油和液化氣，有利于全廠效益的提升。干氣產(chǎn)率為6.76%，大于重油催化裂化的干氣收率(4.12%，見表4空白標(biāo)定)，原因?yàn)閲姎馊剂橡s分回?zé)挼教嵘艿撞浚诟邷亍⒋髣┯捅鹊姆磻?yīng)條件下，熱裂化、催化裂化反應(yīng)程度都很劇烈，干氣收率較高。油漿產(chǎn)率計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，原因在于：①從噴氣燃料餾分的餾程可知其90%以上為汽油組分，當(dāng)發(fā)生裂化反應(yīng)時(shí)，除少部分縮合成焦炭外，基本不生產(chǎn)油漿組分；②噴氣燃料餾分回?zé)捠狗磻?yīng)劑油比增大，減緩了重油生成油漿的趨勢(shì)，使油漿總產(chǎn)率呈下降趨勢(shì)，故噴氣燃料生成的油漿產(chǎn)率為負(fù)值。

3.2 產(chǎn)品性質(zhì)

標(biāo)定期間液化氣產(chǎn)品的組成如表6所示，汽油產(chǎn)品的主要性質(zhì)如表7所示。

表6 標(biāo)定期間液化氣產(chǎn)品的組成 φ，%

由表6可見，與空白工況相比，回?zé)拠姎馊剂橡s分工況下，產(chǎn)品液化氣的組成未發(fā)生明顯變化。隨著回?zé)捔康脑黾樱?C3+C4)烷烴含量呈上升趨勢(shì)，(C3+C4)烯烴含量呈下降趨勢(shì)，但變化幅度均不大。原因可能是噴氣燃料餾分在高溫催化劑的熱作用下發(fā)生較多熱裂化反應(yīng)，生成了烷烴組分。

表7 標(biāo)定期間汽油產(chǎn)品的主要性質(zhì)

由表7可見：與空白工況相比，噴氣燃料餾分回?zé)挼膬煞N工況下，汽油產(chǎn)品的餾程及蒸氣壓均無明顯變化；工況1和工況2的汽油芳烴體積分?jǐn)?shù)分別下降0.2百分點(diǎn)和0.5百分點(diǎn)，這是因?yàn)閲姎馊剂橡s分主要為直鏈組分，其裂化后生成的芳烴含量低于重油裂化生成的芳烴含量，且隨著回?zé)捔吭黾樱a(chǎn)品芳烴含量降低幅度增大；汽油烯烴含量無明顯變化；汽油苯體積分?jǐn)?shù)分別上升0.05百分點(diǎn)和0.07百分點(diǎn)，這是因?yàn)閲姎馊剂橡s分回?zé)拰?dǎo)致劑油比增加，裂化反應(yīng)和氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)程度均上升[4-5]，加劇了原料重油中的大分子芳烴裂化成小分子芳烴的趨勢(shì)；汽油RON分別下降0.2和0.6。

對(duì)于成品汽油池中催化裂化汽油占比較高的企業(yè)，需將催化裂化汽油苯含量及RON作為噴氣燃料餾分回?zé)挼南拗茥l件。

4 結(jié) 論

在催化裂化裝置重油進(jìn)料量(約210 t/h)、進(jìn)料組成及主要操作條件維持穩(wěn)定的前提下，與空白工況相比，噴氣燃料餾分回?zé)捔糠謩e為11.2 t/h和21.1 t/h的兩種工況下：

(1)干氣產(chǎn)率分別增加0.12百分點(diǎn)和0.26百分點(diǎn)，液化氣收率均增加0.2百分點(diǎn)左右，汽油收率分別增加0.73百分點(diǎn)和1.79百分點(diǎn)；LCO收率分別下降0.35百分點(diǎn)和1.23百分點(diǎn)，油漿產(chǎn)率分別下降0.56百分點(diǎn)和0.82百分點(diǎn)，焦炭產(chǎn)率分別下降0.15百分點(diǎn)和0.20百分點(diǎn)，(液化氣+汽油+LCO)總液體產(chǎn)品收率分別增加0.59百分點(diǎn)和0.76百分點(diǎn)。隨著噴氣燃料餾分回?zé)捔康脑黾樱a(chǎn)品收率變化幅度增大。

(2)噴氣燃料餾分經(jīng)催化裂化反應(yīng)后，回歸計(jì)算得出的汽油收率達(dá)到56.67%，液化氣收率達(dá)到27.38%，干氣、LCO、焦炭產(chǎn)率均低于10%。

(3)產(chǎn)品液化氣的(C3+C4)烷烴含量呈上升趨勢(shì)，(C3+C4)烯烴含量呈下降趨勢(shì)，但變化幅度均不大。

(4)產(chǎn)品汽油的芳烴體積分?jǐn)?shù)分別下降0.2百分點(diǎn)和0.5百分點(diǎn)，苯體積分?jǐn)?shù)分別上升0.05百分點(diǎn)和0.07百分點(diǎn)，RON分別下降0.2和0.6。對(duì)于成品汽油池中催化裂化汽油占比較高的企業(yè)，需將催化裂化汽油苯含量及RON作為噴氣燃料餾分回?zé)挼南拗茥l件。