延遲焦化裝置回煉混合污油技術分析

葛 昕

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362000)

延遲焦化工藝是把重質油通過加熱爐升溫后進行的熱裂解-縮合反應“延遲”到焦炭塔內完成裂化、生焦反應的工藝過程。焦化加熱爐是延遲焦化工藝的關鍵設備，它是延遲焦化裝置在加工劣質原料時能否真正提高裝置經濟效益、保證裝置安全平穩運行的關鍵。行業內焦化工藝的回煉污油普遍為重污油、催化裂化油漿等組分[1-6]，回煉輕污油會在升溫過程中氣化，造成機泵抽空或者反應器氣速加大、沖塔、生成彈丸焦等?；責挿绞蕉鄶狄越固克浣褂托问阶⑷耄虼斯迏^儲存的含有原油、裂解汽油、化工污油的混合污油組分的回煉難度大大增加。本課題對某煉化企業罐區混存輕質、重質和化學性質活潑的混合污油情況進行分析，提出加工路線，以解決儲運原油罐區長期儲存混合污油、無法回煉的難題。

1 技術方案探索

1.1 混合污油性質分析

某煉化企業原油罐區3101-4號罐中暫存約30 kt混合污油，該污油的來源共計4種，分別是原油儲罐罐底油和混合污油、蒸汽裂解制乙烯裝置投料開車外甩的部分裂解粗汽油(含水)、蒸汽裂解制乙烯裝置設備檢修動改流程產生的部分粗裂解汽油(含水)、3號芳烴抽提裝置降量后原料外甩的部分加氫裂解汽油。

3101-4號罐混合污油成分復雜，主要為乙烯化工污油組分，其性質如表1所示。2020年10月26日對該污油進行檢驗分析，該混合污油組分輕、餾程寬，按餾程切割比例為：石腦油組分約占40%(w，下同)、煤柴油組分約占30%、蠟油組分約占10%、減壓渣油組分約占14%，其中小于375 ℃組分占76.7%。2020年11月23日檢驗分析該污油時將其切割成3個餾分，按每個餾分油的質量計算，初餾點～180 ℃餾分收率為46.92%，180～345 ℃餾分收率為27.39%，大于345 ℃餾分收率為20.59%；對切割的小于180 ℃餾分進行分析，切割后輕污油中苯質量分數為15.52%，二烯值為14.3 gI2/(100 g)，芳烴質量分數為48.04%，可以看出混合污油中烯烴、芳烴含量高，且污油中含有部分二烯烴等化學性質活潑且易自聚的有機物質。

表1 3101-4號罐混合污油的主要性質

1.2 技術方案探索

3101-4號罐混合污油組分中芳烴含量高且含有二烯烴，在回煉過程中可能產生聚合物，在催化裂化裝置回煉會增加產品汽油苯含量，增加成品汽油調合成本；在常減壓蒸餾裝置回煉會增加換熱器結垢，降低換熱效率的風險，全廠加工負荷受到影響。為進一步降低加工該類污油對相關裝置和產品帶來的波動和影響，對采用焦化回煉的技術路線具有的優勢和可行性進行探索。分析混合污油組成和主要性質，油品總體較輕；污油如進原料系統，在換熱升溫過程中會造成重油機泵抽空；直接進入分餾塔或焦炭塔作為急冷油回煉的方式，可能造成塔內氣速增加，污油中的重組分和二烯烴等活潑組分會造成塔盤或換熱器結焦結垢，另外塔內熱量不均也會制約單位時間回煉量。因此通過加熱爐爐管高溫反應的方式更符合實際油品性質，回煉時要注意爐管結焦情況和產生彈丸焦的可能。

新增一條儲運3101-4號罐至焦化裝置的回煉污油流程，焦化裝置內利用加熱爐在線清焦注水的流程及設備，通過改造增加混合污油至加熱爐各分支爐管內注入混合污油流程，圖1為改造流程示意。通過液控閥控制在線清焦注水罐液位，將注水罐當作污油緩沖罐使用，罐底抽出的污油通過在線清焦注水泵增壓后用控制閥控制并入加熱爐分支進料爐管內，進入加熱爐加熱升溫，使污油中的重油組分和易結焦組分經加熱爐快速升溫后在焦炭塔內進行充分焦化反應，焦炭塔塔頂油氣進入分餾塔及吸收-穩定等系統進行分離，其中污油的40%(w)組分會富集在焦化石腦油中，焦化石腦油經液相柴油高壓加氫裝置轉移至柴油加氫石腦油中，柴油加氫石腦油經1號連續催化重整、芳烴抽提、對二甲苯(PX)裝置的后續加工，將污油中的高附加值BTX(苯、甲苯、二甲苯)輕質芳烴進一步分離出來，實現效益的最大化。

圖1 焦化回煉3101-4號罐混合污油流程示意

2 運行效果分析

經過前期的“三查四定”、吹掃試壓、水聯運調試等，于2021年7月28日延遲焦化裝置污油回煉項目引油投用，試運行期間進加熱爐1號爐管進行回煉，回煉量由0.5 t/h逐步提至2 t/h，各參數運行平穩后逐漸提量至5 t/h。組織現場對加熱爐1號爐管及相關管線、焦炭塔及相關管線、分餾塔及各運行機泵設備等檢查確認，各設備和管線均正常，裝置安全生產。檢驗分析對比回煉前(2021-07-27)、后(2021-07-30)原料及產品性質變化情況，如表2～表7所示。

表2 回煉混合污油前后焦化原料性質對比

由表2～表7可見：回煉混合污油前后裝置原料殘炭、重金屬含量保持穩定；焦化石腦油、柴油、輕重蠟油各產品餾程無較大變化，干氣和液化氣組成性質基本穩定；液相產品和石油焦中硫含量下降，氣相產品和塔頂酸性水中的硫化物含量上升，與渣油焦化反應后硫化物在重油組分中富集作用正好相反，分析原因，可能為回煉混合污油在焦化反應過程中發生裂解縮合反應促進脫氫，氫氣又與餾分油中的硫化物反應生成H2S，并進入到氣相產物和溶于酸性水中；而液化氣中C3、C4和C4烯烴與干氣中C1、C2和C2烯烴的含量并未升高反而降低，說明石腦油在500 ℃下的熱裂化反應不明顯，焦化加熱爐分支流量約為50 t/h，混合原料在焦化爐管內的停留時間約為14.53 s，比石腦油裂解爐管內停留時間高60倍，延長停留時間會促進汽油組分的氫轉移、芳構化、裂解、縮合反應[7]，而入爐壓力的明顯升高會導致管內介質烴分壓的升高[8]，增加大分子油品的脫氫縮合反應進程，對產品收率會產生細微的影響。

表3 回煉混合污油前后焦化干氣組成對比 φ，%

表4 回煉混合污油前后焦化液化氣組成對比

表5 回煉混合污油前后焦化石腦油、柴油性質對比

表6 回煉混合污油前后焦化輕、重蠟油性質對比

表7 回煉混合污油前后石油焦和含硫污水性質對比

通過檢驗分析確認各項產品性質無較大變化后，焦化裝置于2021年8月3日投用加熱爐2號爐管進行回煉，1號、2號兩路爐管回煉量共10 t/h，持續觀察運行情況。之后通過優化調整入爐壓力、爐管注汽量、分支流量分配等措施，至9月8日逐步提量至14 t/h，加熱爐1號、2號分支摻煉比(w)分別為14.0%和13.7%，加熱爐各路爐管出口溫度、壓力、爐膛氧含量和負壓均平穩正常，1號、2號爐管，焦炭塔進料線和油氣線穩定無振動，焦炭塔和分餾塔無沖塔和攜帶焦粉量大的情況。污油回煉項目解決了原油儲罐內混合污油長期存放無法加工處理的難點，為年底大檢修前3101-4號罐清罐待用提供了有力支持，確保了停工退油和吹掃污油有處存放。

裝置自2021年7月28日投用污油回煉項目以來，截至11月26日共計回煉混合污油36.326 kt，其性質如表8所示。由表8可知，混合污油自開始回煉后總體性質較穩定，未出現分層情況。焦化裝置突破性將含有二烯烴等化學性質活潑組分的混合污油經加熱爐反應進料方式進行回煉加工，通過合理控制回煉配比，未出現爐管結焦加速和產生彈丸焦的情況，輕油組分的汽化也提高了重質油品流速，相比常規焦炭塔或分餾塔回煉污油方式，該污油回煉方式提高了產品的穩定性，避免了焦炭塔油氣線、分餾塔盤、側線抽出換熱器等加速結焦結垢，加熱爐爐管結焦可采用定期清焦的方式，有效延長了裝置長周期運行時間。經過4個月的運行，加熱爐1號、2號爐管的管壁溫度、爐膛溫度、爐管壓差、燃料氣耗量等管內結焦評價指標上升趨勢略低于3號、4號爐管，年底大檢修期間對1號～4號爐管進行了機械清焦，檢測4路爐管結焦均較均勻，管內結焦厚度為3 mm左右，屬于正常結焦速率范圍。

表8 投用污油回煉項目后3101-4號罐混合污油的主要性質

3 經濟效益分析

分別取焦化裝置2021年1—7月(回煉前)和8—11月(回煉后)的物料平衡數據以及能耗、物耗進行對比分析，結果見表9和表10。由表9和表10可見：污油回煉后，干氣、液化氣、重蠟油和石油焦產率分別降低0.50，0.18，0.45，1.69百分點，汽油收率基本持平，柴油收率升高2.59百分點；綜合能耗降低142.061 MJ/t。根據2021年10月中間物料和公用工程價格體系核算，平均每月增效228.07萬元，2021年8—11月回煉3101-4號混合污油共計增效約912.28萬元，污油回煉項目總體投資約103萬元，投資回收期約0.45個月。

表9 焦化裝置的物料平衡數據 w，%

表10 焦化裝置的能耗和物耗

4 結束語

焦化裝置污油回煉項目的順利投用和有效實施，解決了3101-4號原油儲罐長期混存性質復雜油品造成無合適裝置加工處理的難題，為儲運清罐待用開辟了新的路徑。焦化裝置選擇加熱爐反應進料方式進行回煉加工，混合污油中輕油組分在爐管高溫環境下大量氣化，對爐管內重質渣油起到有效推動作用，提高了管內介質流速。在控制加熱爐各分支摻煉比不大于14%的情況下，加熱爐爐管進出口管線及焦炭塔進料線和油氣線未出現管線振動增大情況；對加熱爐爐管進行機械清焦檢測，1號～4號爐管結焦速率均勻。項目整體取得了較好的經濟效益，主要取決于混合污油總體性質較好，效益主要來源于柴油收率的增加。本項目是延遲焦化裝置在處理輕油加工路線上一次工藝探索性創新，填補了國內空白，對于焦化裝置加工乙烯焦油回煉具有一定的借鑒意義。數據分析結果表明，回煉輕質污油存在加速大分子油品脫氫縮合反應的傾向性，后續會繼續深入開展相關方面的研究。