高比例摻煉催化裂化油漿對延遲焦化裝置的影響

鄧遵安，蔡國晏，李 陽

(1.中石油云南石化有限公司，昆明 650300；2.中國石油大學(北京)重質油國家重點實驗室)

催化裂化作為我國重油裂化及石油二次加工最重要的手段，其低附加值副產物催化裂化油漿(催化油漿)的年產量超過了10 Mt[1]，催化油漿品質也隨原油重質化、劣質化程度的加深而日益變差[2]。在國內，催化油漿常作為燃料油調合油外賣，但隨著燃料油消費稅的提高，油漿作為燃料油的市場需求逐漸萎縮[3]。延遲焦化是一種典型的重質油熱轉化工藝，能夠將劣質渣油轉化為高價值的輕質產品及石油焦[4-5]，有效解決了劣質渣油輕質化的問題。延遲焦化工藝對原料適應性較強，可加工高硫、高金屬含量及高殘炭的劣質渣油[6]，因此，將催化油漿摻入延遲焦化反應原料已經成為近年來煉油廠關注的熱點。

當前，國內煉油廠延遲焦化裝置摻煉催化油漿的比例(w,下同)一般不超過25%，基本維持在4%～10%以內[7-11]。中石油云南石化有限公司(以下簡稱云南石化)延遲焦化裝置加工能力為1.2 Mt/a，采用“一爐兩塔”工藝，主要原料為減壓渣油和催化油漿，設計二者混合比例為75∶25，循環比為0.05，循環比可調范圍為0.05～0.2，主要產品有干氣、液化氣、汽油、柴油、蠟油及石油焦，其中干氣作為加熱爐燃料或并入燃料氣管網，液化氣并入管網，汽油、柴油、蠟油為下游裝置提供原料，石油焦是延遲焦化裝置唯一作為成品出廠的產品。在最大設計摻煉比下，云南石化延遲焦化裝置運行穩定，經濟效益明顯。

為進一步解決催化油漿出路問題，云南石化進行了將催化油漿摻煉比例由25%逐步提升至29%的工業試驗，摻煉周期為24個月，在優化摻煉方案下，通過考察高比例摻煉對焦化裝置的產品分布、產品質量及生產裝置操作的影響，驗證高比例摻煉催化油漿的可行性，以保證延遲焦化裝置長周期、穩定運行。

1 焦化原料性質

減壓渣油與催化油漿的主要性質見表1。由表1可以看出，與減壓渣油的性質相比，催化油漿具有密度高、黏度低、殘炭低、硫含量低及固含量較高的特點，其中催化油漿的硫質量分數僅為0.38%，固含量高達0.64%。從餾程上看，催化油漿的初餾點為262.2 ℃，538 ℃餾出體積分數為88.0%，而減壓渣油初餾點為394.7 ℃，538 ℃餾出體積分數僅為10.9%，即催化油漿的初餾點更低、餾程更窄。從族組成來看，催化油漿中芳香分質量分數高達72.6%，明顯高于減壓渣油，飽和分含量略高于減壓渣油，而膠質、瀝青質含量均較減壓渣油低。催化油漿的主要成分是三環至五環的多環芳烴，具有稠環結構的多環芳烴裂化性能較差，通常是生焦的前軀體，而油漿中小分子單環芳烴、雙環芳烴及飽和烴則是良好的裂化原料；但同時油漿中固含量較高，摻煉后不僅會造成換熱器堵塞、加熱爐爐管結焦，還會影響石油焦品質[12]。因此，需要根據裝置連續運行情況綜合考察催化油漿的摻煉比例。

表1 減壓渣油與催化油漿的主要性質

2 催化油漿摻煉方案優化

為延長摻煉催化油漿后延遲焦化裝置的運行周期，云南石化主要采取如下方案進行優化：

(1)為防止直接高比例摻煉油漿可能造成的換熱器堵塞、加熱爐爐管結焦問題，催化油漿先經過燒結金屬粉末過濾(過濾器濾芯為0.5 μm)預處理至油漿灰分小于0.05%后，再注入延遲焦化裝置進料線，與減壓渣油按一定比例進行混合。

(2)原料換熱系統采用螺旋折流板式換熱器，通過螺旋折流板的導流作用使原料油在殼程內呈螺旋流動，折流板附近幾乎不存在流動死區，提高了換熱系數的同時，也減少了污垢沉積，熱阻穩定，從而保證換熱器一直處于高效運行狀態。

(3)加熱爐采用“四對流對四輻射”雙面輻射附墻燃燒梯形爐型，爐管壁厚由常規的8～10 mm提高至14 mm，使得爐管保持更加均勻、高效的表面熱強度，而且單對流對單輻射獨立設置，同時加熱爐能夠實現在線機械清焦等。

(4)焦化塔采用溢流加浸泡冷焦工藝，防止反應不徹底，冷焦時，前期溢流的含油、含硫化物水排至冷焦水除油罐除油及脫臭處理后，排入沉淀迷宮降溫后回用；后期冷焦及切焦水水質較好，直接排入焦池，匯流至沉淀迷宮，通過自然蒸發降溫和沉淀除焦粉后循環使用。

(5)分餾塔脫過熱段采用蠟油外循環取熱兩級洗滌流程，采用較為清潔的蠟油作為脫過熱段介質回流洗滌油，加強對高溫油氣洗滌，減少焦粉攜帶及脫過熱段結焦，實現循環比定值調節。

3 摻煉催化油漿對延遲焦化裝置的影響

3.1 對產品分布的影響

延遲焦化裝置摻煉不同比例催化油漿后，產物分布見表2。由表2可知：催化油漿摻煉比例由25%增加至29%時，柴油收率明顯升高，升高3.13百分點，石油焦收率降低2.05百分點，蠟油收率升高0.89百分點；同時干氣、液化氣和汽油收率有所降低。研究表明[13-14]，摻煉催化油漿會導致總液體收率下降，石油焦、蠟油收率升高；而本試驗高比例摻煉催化油漿后，石油焦收率明顯下降，蠟油收率有所提高，輕油收率、總液體收率均有所升高。這可能是因為：云南石化的催化油漿中單環、雙環芳烴占比較多，導致高比例摻煉油漿后發生裂化反應的比例大于縮合反應；同時油漿中部分多環芳烴未發生縮合反應就進入分餾塔中直接汽化為柴油、蠟油組分被餾出，這與趙衛東等[15]摻煉催化油漿時結論一致。

表2 摻煉不同比例催化油漿時的焦化產物分布

3.2 對產品質量的影響

減壓渣油中高比例摻煉催化油漿不僅會影響延遲焦化裝置各產物的收率，還會影響到產品的質量。石油焦作為延遲焦化裝置唯一出廠的成品，其品質隨催化油漿摻煉比例的變化情況見表3。由表3可知，催化油漿的摻煉比例由25%增加至29%時，延遲焦化所得石油焦的揮發分提高1.90百分點，灰分提高0.04百分點，硫質量分數降低0.10百分點。石油焦中揮發分的增加是由于催化油漿中的芳烴部分裂解，導致殘留在石油焦中的輕組分增多。催化油漿經過濾處理后，油漿中固含量明顯下降，再進行高比例摻煉后，少量固體顆粒隨油漿進入焦炭塔，沉積在石油焦中，致使石油焦灰分有所增加，但灰分對石油焦品質影響不大。石油焦中硫質量分數的降低則是因為油漿中硫質量分數僅為0.38%，遠低于減壓渣油中的硫含量，在高比例摻煉下，一定程度上降低了延遲焦化原料的硫含量，進而改善了石油焦品質。但無論是否高比例摻煉催化油漿，最終得到的焦炭均為高硫石油焦(硫質量分數超過3%)，達到企業4A級標準(Q/SH PRD 392—2015)，一般只能作為水泥廠和發電廠的燃料使用[4，16]。

表3 摻煉不同高比例催化油漿時的石油焦品質對比

3.3 對裝置運行的影響

減壓渣油中高比例摻煉催化油漿后對延遲焦化的影響不僅僅表現在產物上，還會對延遲焦化裝置運行造成一定影響。高比例摻煉催化油漿時，延遲焦化裝置的關鍵操作參數見表4。加熱爐結焦主要通過爐管溫度及進出口壓差判斷，由表4可知，摻煉催化油漿時，加熱爐出口溫度始終維持在495 ℃左右，進出口壓差維持在1.00 MPa左右，這說明在優化方案下，高比例摻煉催化油漿時，加熱爐爐管無明顯結焦趨勢。同時，焦炭塔塔底入口溫度、塔頂出口溫度以及焦炭塔操作壓力基本無變化，這表明在優化方案下，高比例摻煉催化油漿對焦炭塔的操作影響不大。然而，在除焦過程中發現石油焦明顯變硬，除焦用時明顯增多，通過降低下鉆速度和切距可以保證除焦過程的安全性。換熱器效率通過入分餾塔中混合原料溫度變化間接說明，高比例摻煉過程中，入分餾塔混合原料溫度由298 ℃降至296 ℃，下降并不明顯，表明摻煉期間換熱器效率并無明顯變化，換熱器是否結垢需要在檢修時驗證。催化油漿的摻煉比例由25%增加至29%時，循環比提高了0.085，這主要是因為增大循環比可以改善加熱爐的進料性質，減緩加熱爐爐管結焦。

表4 不同摻煉比下裝置的關鍵操作參數

油漿高比例摻煉前12個月及摻煉后24個月，加熱爐進料泵各處管線厚度變化見表5。由表5可知，高比例摻煉油漿后，加熱爐進料泵各處管線腐蝕速率有所加大，但腐蝕速率均未超過0.30 mm/a，這表明高比例摻煉油漿時，加熱爐進料泵各處管線在進行正常檢修前，不會出現腐蝕停工問題。

表5 高比例摻煉催化油漿前后焦化裝置加熱爐進料泵管線厚度變化

4 經濟效益分析

采用公司內部價格體系對焦化原料及主要產物進行定價，結果見表6。

根據表6中價格，按照表2中各產物收率計算出催化油漿在不同摻煉比下加工每噸原料產生的經濟效益。結果表明，在未計入人工成本的情況下，催化油漿摻煉比由25%升高至29%時，延遲焦化裝置加工每噸原料產生的經濟效益由168.0元提高至235.0元，提高了67.0元，提升明顯。因此，在保證生產裝置運行穩定的情況下，進行高比例摻煉催化油漿不僅可以進一步解決催化油漿出路問題，還能顯著提升企業經濟效益。

表6 原料及主要產物價格 元/t

5 結 論

(1)與減壓渣油相比，催化油漿具有密度高、黏度低、殘炭低、硫含量低及固含量較高的特點，而且油漿初餾點更低、餾程更窄，芳烴含量更高。

(2)焦化裝置高比例摻煉催化油漿，摻煉比例由25%提高至29%時，柴油、蠟油收率分別升高3.13百分點和0.89百分點，干氣、液化氣和汽油收率分別降低0.15百分點、0.65百分點和1.19百分點；石油焦收率降低2.05百分點，同時石油焦的揮發分、灰分分別提高1.90百分點和0.04百分點，硫質量分數降低0.10百分點，摻煉前后石油焦均滿足企業4A級標準。

(3)催化油漿摻煉比例由25%提高到29%時，延遲焦化裝置中加熱爐進料泵管線腐蝕速率雖有所加大，但不會影響裝置正常運行，加熱爐爐管結焦趨勢不明顯，換熱器影響程度可控，針對焦炭塔除焦時間延遲的問題也可以得到有效解決，同時加工每噸原料產生的經濟效益提高67.0元，表明在優化方案下，高比例摻煉催化油漿具有可行性，可以進一步解決企業催化油漿出路問題，顯著提升企業經濟效益。