常渣摻煉VGO催化裂化反應性能的研究

張美瓊，朱靜，何軍，張靜，馬蕊燕

（中石油克拉瑪依石化有限責任公司煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

原油越來越重質化，而市場對輕質油品的需求在不斷增長。催化裂化是1項重要的重油輕質化技術，其原料主要是直餾減壓餾分油（VGO），由于對輕質油品的需求增長及技術進步，在催化裂化原料中摻煉或全煉渣油已被廣泛采用［1，2］。

此項目是在小型固定流化床上對某油區摻常壓渣油的減壓餾分油進行催化裂化性能考察，從3個方面進行研究。

（1）劑油比、空速、壓力等條件都一定，改變反應溫度，找出輕油收率最高的溫度點；

（2）空速、溫度、壓力等條件都一定，改變劑油比，找出輕油收率最高的劑油比點；

（3）在以上2種情況下，分別找出干氣、液化氣、焦炭收率的變化規律。

1 反應裝置系統

研究主要使用小型固定流化床實驗裝置。小型固定流化床在進料及油劑混合狀態等方面與工業提升管還存在著一定的差距，但是，實驗流程簡單，操作方便快捷，調控靈活，可以用來進行催化劑評價、工藝條件考察及動力學研究，并能夠得到較為準確可靠的數據［3］。

小型固定流化床的結構包括5個系統［4］。

1.1 進油系統

進油系統置于1個溫度保持在120℃的恒溫箱中，使原料油具有流動性。通過柱塞計量泵輸送原料油，采用電熱加熱使輸油管線保溫，用電子天平稱量來讀取反應的進油量。

1.2 反應系統

反應器的材質為薄壁不銹鋼，水蒸氣和夾帶的原料油從進油口進入反應器后從底部噴出，保持一定的水蒸氣線速度來維持流化床操作。

1.3 進水系統

使用微量高壓平流泵來輸送蒸餾水，蒸餾水必須經過預熱段加熱到300～320℃成過熱蒸汽，與原料油混合后進入恒溫在350℃的預熱段，再進入反應器中。

1.4 收集系統

產品分3段收集：氣體產品、液體產品和焦炭收集。采用排飽和食鹽水收集不凝氣，用真空泵抽出反應后的結焦催化劑，進行定碳。

1.5 溫控系統

采用儀表溫控，控溫點有：恒溫箱，水蒸氣加熱爐，預熱段，反應器的上部和下部。溫顯點設置在反應器上。

2 主要分析方法

2.1 氣體產品分析

采用氣相色譜儀對催化裂化反應氣體進行分析，得到氣體中各個組分的體積含量，利用公式（1）計算各個組分的質量。

式中mi—氣體中i組分的質量，g；Mi—氣體中i組分的分子量，g/mol；yi—氣體中i組分的體積含量；P—氣體的壓力，Pa；V—氣體的體積，m3；R—熱力學常數，8.314 Pa·m3/（mol·K）；T—氣體的溫度，K。

將H2、CO、CO2、C1、C2歸為干氣，C3、C4組分歸為液化氣，C5、C6組分歸為汽油。

2.2 液體產品餾分分析

液體產品包括輕油和重油，其中輕油包括汽油、柴油。利用氣相色譜儀對液體產品進行模擬蒸餾分析，得到汽、柴油的收率。

2.3 待生劑生焦量分析

利用紅外碳測定儀，測定反應后催化劑上存有的焦炭。

3 結果分析與討論

3.1 反應溫度對產品產率的影響

劑油比為5，空速為27.5 h-1，常壓操作時，考察反應溫度對反應性能的影響，不同溫度下液體、氣體、焦炭產率的分布情況見表1。

表1 反應溫度對產物產率的影響

從表1可以看出，隨著溫度升高，液體和焦炭產率減小，氣體產率增大。

干氣產率、液化氣產率和焦炭產率隨溫度變化的結果見圖1。

圖1 溫度對干氣、液化氣、焦炭產率的影響

由圖1可知：（1）隨著反應溫度的升高，干氣和液化氣產率增加，原因是反應溫度升高，反應速率加快，必然導致裂化深度增加，同時伴隨的熱裂化反應速度也加快，使得原料在催化劑上的裂化反應加劇，導致干氣和液化氣產率增加；（2）焦炭產率隨溫度的升高呈現下降的趨勢。從熱力學角度看，生成焦炭的反應是放熱反應，溫度升高對反應不利，生焦量減少；從動力學角度看，反應溫度升高會導致裂化反應加劇，使生成焦炭的反應加快；熱力學因素和動力學因素之間關系較為復雜，2者共同作用，使得焦炭產率隨溫度的升高呈現下降的趨勢［5］。

輕油產率隨溫度的變化情況見圖2。

圖2 溫度對輕油產率的影響

從圖2可以看出，在510℃前，汽油、輕油產率均隨溫度的升高而增大；在510℃后，2種產率均隨溫度的升高而降低，510℃成為輕油收率最高的溫度點。原因是：510℃前，原料→輕油的反應速度大于輕油→氣體等最終產物的反應速度；510℃后，原料→輕油的反應速度小于輕油→氣體等最終產物的反應速度，從而510℃成為1個轉折點。

3.2 劑油比對產品產率的影響

干氣、液化氣、焦炭產率的變化情況見圖3。

圖3 劑油比對干氣、液化氣、焦炭產率的影響

從圖3可以看出，干氣、液化氣、焦炭產率均隨劑油比的增大而升高。原料油裂化反應和焦炭生成反應在催化劑上進行，催化劑越多，反應場所越多，隨著劑油比升高，裂化速度和焦炭生成速度加快［6］，導致干氣、液化氣和焦炭產率增大。

輕油產率隨劑油比的變化情況見圖4。

圖4 劑油比對輕油產率的影響

從圖4可以看出，輕油產率隨劑油比的增大先升高后降低，在劑油比為5時輕油產率最大（68.3%）。原因是催化劑既能催化原料油→輕油，也能催化輕油2次裂化，當劑油比＜5時，前者速度大于后者，輕油產率升高，當劑油比＞5時，后者速度大于前者，輕油產率降低。

保持反應溫度在510℃，空速在27.5 h-1，常壓操作，改變劑油比，考察劑油比對反應性能的影響，不同劑油比下液體、氣體和焦炭產率的分布情況見表2。

表2 劑油比對產物產率的影響

從表2可以看出，隨劑油比增大，液體產率減小，氣體和焦炭產率增大。

4 結論

將某油區減壓餾分油和常壓渣油質量比為7：3的混合油作為催化裂化的原料油，在小型固定流化床上考察反應溫度和劑油比對催化裂化性能的影響，結果如下：

（1）其他反應條件一定的情況下，隨反應溫度的升高：干氣、液化氣產率均升高，焦炭產率降低；汽油、柴油、輕油的產率先增大后降低，在510℃處有最大輕油產率；

（2）其他反應條件一定的情況下，隨劑油比的增大：干氣、液化氣和焦炭產率均升高；汽油、柴油、輕油的產率先增大后降低，當劑油比為5時出現最大值；

（3）當溫度為510℃、劑油比為5時，輕油收率最高，為68.3%。