溶劑脫瀝青裝置工藝條件研究及工業應用

夏 偉 健

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

某煉化企業以加工海洋原油生產減壓渣油、瀝青、燃料油為主。所加工的8.0 Mt/a原油全部為中國海洋石油集團有限公司自產的海洋原油,每年約生產減壓渣油(簡稱減渣)2.25 Mt/a。為優化全廠加工總流程,進一步提高企業的整體經濟效益,對減渣的利用方案進行了深入研究,決定增設一套1.6 Mt/a溶劑脫瀝青(簡稱溶脫)裝置。1.6 Mt/a溶脫裝置采用中石化石油化工科學研究院有限公司(簡稱石科院)提供的減渣丁烷溶脫技術,以2號常減壓蒸餾裝置生產的減渣為原料,以混合C4為溶劑,采用兩段抽提工藝,以各種烴類在溶劑中的溶解度不同為基礎,將膠質和瀝青質自減渣中脫除出來,生產輕脫瀝青油(簡稱輕脫油)、重脫瀝青油(簡稱重脫油)和脫油瀝青3種產品[1-3]。

裝置所產的輕脫油及重脫油具有黏度小、殘炭低、金屬含量低、硫含量低及飽和分含量高等特點,均可作為催化裂解(DCC)原料,代替1號常減壓蒸餾裝置的常壓渣油(簡稱常渣),有助于改善DCC裝置產品性質。在以殘炭和重金屬含量較低的環烷基渣油為原料時,得到的輕脫油除可作為 DCC 原料外,部分還可作為加氫裂化原料和BS光亮油基礎油的原料;得到的脫油瀝青可以作為調合組分用于生產道路瀝青,并可根據市場行情靈活調合不同牌號的瀝青產品,實現靈活操作,最大限度地提升企業效益[4-5]。

考慮到溶脫裝置目前加工原油的性質相對裝置原始設計時已發生了較大變化,為了保證裝置安全平穩生產,同時保證溶脫裝置能夠順利地產出符合標準要求的瀝青產品,與石科院合作開展了相關研究和中型試驗,摸索出了適合目前油種的工藝操作條件和較為合理的生產方案,并應用于工業裝置,成功生產出質量較好的輕脫油、重脫油產品和合格的瀝青產品。

1 中試研究路線和試驗方案

2號常減壓蒸餾裝置主要以曹妃甸、渤中25-1、秦皇島32-6和旅大10-1等幾種原油為原料,所產減渣部分熱供至溶脫裝置作為原料,剩余部分直接外送至罐區,作為瀝青調合組分。

本研究針對曹妃甸、渤中25-1、秦皇島32-6和旅大10-1 4種原油所產減渣分別開展相關試驗,限于篇幅限制,在此只介紹秦皇島32-6所產減渣的試驗和工業生產過程。本次試驗的目的是為了探索出溶脫裝置適宜的工藝操作條件,并對中試樣品進行分析,為裝置生產提供較為合理的生產方案。

1.1 試驗方案

試驗前對2號常減壓蒸餾裝置所產的秦皇島32-6減渣進行性質分析。

溶脫裝置設計加工負荷操作彈性為60%～110%,根據企業實際生產情況,目前裝置加工負荷為75%,溶脫裝置進料量為120～140 t/h。參考溶脫裝置設計參數,以秦皇島32-6減渣為原料,采用正丁烷為溶劑,在操作壓力4.2 MPa、溶劑/原料質量比4、抽提塔塔頂/塔底溫差10 ℃的條件下,以不同的抽提溫度(130～145 ℃)進行溶脫試驗,考察不同抽提溫度下的產品質量和收率分布情況。

試驗結束后,分析輕脫油、重脫油和脫油瀝青產品性質,并根據產品性質和產量情況提出輕脫油、重脫油利用途徑的可行性路線建議。

1.2 技術路線

根據試驗方案,制定了中試研究的技術路線,具體如圖1所示。

圖1 技術路線

2 中型試驗

2.1 減渣性質

對秦皇島32-6減渣進行性質分析,結果見表1。由表1可以看出,減渣的氫碳比較高,殘炭較低,氮含量較高,硫含量較低,說明減渣中輕組分含量較高,通過溶劑脫瀝青手段可以得到收率較高、質量較好的脫瀝青油,為脫瀝青油的高價值利用創造了較好的條件。

2.2 試驗結果

以秦皇島32-6減渣為原料,采用正丁烷為溶劑,在操作壓力4.2 MPa、溶劑/原料質量比4、抽提塔塔頂/塔底溫差10 ℃的條件下,考察抽提塔操作溫度對各產品性質的影響。具體操作條件及產品收率見表2,輕脫油產品性質見表3,重脫油產品性質見表4。

表2 秦皇島32-6減渣溶劑脫瀝青試驗操作條件及產品收率

表3 輕脫油產品性質

表4 重脫油產品性質

由表2可以看出:當抽提塔塔頂溫度為137 ℃時,脫油瀝青收率為54.7%,脫瀝青油收率為45.3%,其中輕脫油收率為41.1%;當抽提塔塔頂溫度為145 ℃時,脫油瀝青收率為72.2%,脫瀝青油收率為27.8%,其中輕脫油收率為19.8%;當抽提塔塔頂溫度為148 ℃時,脫油瀝青收率為78.9%,脫瀝青油收率為21.1%,其中輕脫油收率為11.4%。說明秦皇島32-6減渣符合隨著抽提塔抽提溫度的升高,溶劑對可溶質的溶解度降低,進而導致脫油瀝青收率逐漸增加,脫瀝青油收率逐漸降低,且輕脫油收率逐漸降低的規律。

由表3可以看出:隨著抽提塔抽提溫度的升高,所得輕脫油的品質逐漸變好,當抽提塔塔頂溫度不低于145 ℃時,所得輕脫油殘炭小于1.0%,氫質量分數大于13.4%,金屬Ni質量分數小于1.5 μg/g,金屬V質量分數小于0.2 μg/g,符合DCC裝置進料要求,但其密度較大,餾分偏重,且硫、氮含量較高,需要綜合考慮及評估其對DCC催化劑選擇性及生焦傾向性的影響;抽提塔塔頂溫度不低于145 ℃時,所得輕脫油的運動黏度(100 ℃)不低于36.58 mm2/s,且殘炭較低,是較為優質的高黏度潤滑油基礎油原料。

由表4可以看出,隨著抽提溫度的升高,重脫油殘炭逐漸降低,同時酸值、硫含量和金屬含量也有所降低,但金屬總含量仍較高,不符合作為加氫裂化和DCC原料的要求,但是可以考慮適當摻煉。

另外,隨著抽提塔抽提溫度的升高,所得脫油瀝青的針入度逐漸升高[條件1～條件3下分別為10,42,62(0.1 mm)],需考慮其作為瀝青調合組分的要求。

2.3 生產方案建議

由中型試驗結果可以看出,通過控制工藝條件可以得到不同質量的各種產品。對比DCC和加氫裂化原料需求,得到以下生產方案:

(1)溶脫裝置以秦皇島32-6減渣為原料時,可以通過提高抽提溫度來提高輕脫油質量,以滿足為DCC裝置供料要求。但從中試結果來看,輕脫油密度較大,硫、氮含量也較高,應與其他較優質油品按一定比例摻煉作為DCC裝置原料。

(2)當溶脫裝置的抽提塔塔頂溫度不低于145 ℃時,以秦皇島32-6減渣為原料所得輕脫油黏度較高,且殘炭較低,是較為優質的高黏度潤滑油基礎油原料。生產中可以考慮用輕脫油生產潤滑油基礎油,以提高全廠經濟效益。

(3)溶脫裝置所產重脫油殘炭較低,同時酸值、硫含量也較低,但金屬總含量較高,不適合單獨作為加氫裂化和DCC原料,但是可以考慮適當摻煉,以增加重脫油的利用價值。

(4)秦皇島32-6減渣抽提所得脫油瀝青,可以通過改變工藝條件控制脫油瀝青的軟硬,以作為調合組分生產道路瀝青產品。

(5)建議根據裝置實際產品情況,結合企業加工路線,研究各產品的高價值利用方案,以期為企業創造更好的經濟效益。

3 工業生產應用

根據以上試驗結果,結合石科院的生產方案建議,決定在1.6 Mt/a溶脫裝置上采用條件2的工藝數據(抽提塔塔底和塔頂溫度分別135 ℃和145 ℃)進行工業生產。

3.1 工藝操作參數

在生產過程中根據產品質量要求,經過優化調整,最終形成了表5的工藝操作條件,在此條件下裝置運行平穩,生產出殘炭較低的脫瀝青油和合格的脫油瀝青產品,且產品質量穩定。

表5 溶脫裝置工藝操作參數

表5中采用的抽提溫度較中型試驗條件2有所降低,主要是因為中型試驗時采用純丁烷為溶劑,而裝置工業生產中采用的是混合C4溶劑,其中正丁烷占比為89%,異丁烷占比為7%,剩余為少量C3和C5組分;而且工業生產裝置與中型試驗裝置抽提塔塔內結構和物料停留時間差異較大。因此,在工業生產時裝置操作條件和各產品收率以及產品質量與中型試驗略有差距[6]。

3.2 各產品收率和外觀

采用表5中的工藝條件,裝置工業生產各產品收率見表6,產品外觀見圖2。

表6 工業溶脫裝置各產品收率

圖2 產品外觀

表6中輕脫油收率明顯高于試驗條件2中輕脫油收率,工業生產輕脫油與中型試驗所得輕脫油相比殘炭較高,其他指標也有較大差距,主要原因是原料組成差別、溶劑差異和抽提溫度降低所致;重脫油收率基本與中型試驗條件2下相同;脫油瀝青收率則較中型試驗條件2下有所降低。

3.3 輕脫油質量和利用

工業裝置生產時,輕脫油產量為49.0 t/h,收率為35.0%,此時輕脫油質量較好,與DCC裝置原有原料性質進行對比,具體見表7。

表7 輕脫油產品性質與DCC裝置原料性質對比

從表7可以看出,輕脫油總體性質與常渣相近,但也存在差異。輕脫油密度和餾程高于常渣,但殘炭為2.87%,低于常渣,以此推斷輕脫油中密度較小的直鏈烷烴和殘炭較高的膠質、瀝青質含量低于常渣,主要成分是環烷烴和芳烴,加工過程中要重點監控產品分布情況。輕脫油硫質量分數為0.257%,稍高于常渣;氮質量分數為0.260%,高于常渣,要注意低溫煙囪外排煙氣SO2、NOx濃度,及時提高煙氣除塵塔堿液注入量,避免煙氣超環保指標外排。輕脫油的重金屬含量明顯低于常渣,質量較好,碳、氫含量與常渣較接近。綜上所述,輕脫油可以作為DCC原料進行利用[7]。

3.4 重脫油質量和利用

工業裝置生產時,重脫油產量為10.5 t/h,收率為7.5%,此時重脫油質量較好,通過與加氫裂化裝置原有原料進行對比可以發現,重脫油可以適當摻煉(重脫油與蠟油加氫原料摻煉質量比為1∶9)。重脫油作為加氫裂化裝置的原料加以利用,具體性質及其調合油性質見表8。

表8 重脫油產品及其調合油性質

從表8可以看出,單獨的重脫油產品不能滿足加氫裂化原料限值要求,但重脫油與蠟油加氫原料調合后(質量比1∶9),調合油性質完全能夠滿足加氫裂化裝置原料限值要求,說明重脫油可以適量摻煉利用。

3.5 效 益

以上產品方案應用于裝置生產后,裝置運行平穩,生產出質量較好的脫瀝青油,可作為二次加工裝置的原料,替代了價格較高的常渣等原料,目前裝置所產的輕脫油全部熱供至DCC裝置,效益增加約500元/t,在優化企業生產流程的同時為企業創造了較好的經濟效益。

4 結論及建議

根據溶脫裝置中型試驗研究結果,結合工業裝置實際情況,探索出適合目前油種的工藝操作條件和較為合理的產品利用方案。采用合適的工藝條件后,裝置運行平穩,生產出質量較好的脫瀝青油。

為了做好裝置的操作優化和產品的高效益利用,建議從以下幾點出發做好相關工作:

(1)由于2號常減壓蒸餾裝置原油復雜多變,建議定期做好原油評價,關注各種原油的評價數據,并根據原料變化情況及時調整工藝參數,在保證裝置安全生產的前提下,確保產品質量合格,為產品的高價值利用創造條件。

(2)根據中型試驗和裝置實際生產情況,抽提塔抽提溫度越高,所得產品與減渣調合時更有利于實現全部減渣的有效利用,同時所得輕脫油性質越好。結合溶脫裝置設計情況、加工負荷及常減壓蒸餾裝置減渣產出量,建議抽提塔抽提溫度取設計的最高值。

(3)輕脫油作為DCC裝置原料時其密度偏大,硫、氮含量也偏高,需要關注輕脫油對DCC裝置操作及產品收率分布的影響。同時可以研究利用輕脫油作為高黏度潤滑油基礎油原料或橡膠增塑劑原料的可行性,增加企業效益。

(4)建議研究輕脫油和重脫油的高價值利用,例如可以作為低硫船用燃料油調合組分或生產光亮油加以利用,以提高企業整體經濟效益。

(5)工業生產中所得輕脫油殘炭高于中型試驗所得輕脫油的殘炭,不利于輕脫油的高價值利用。建議企業進一步聯合石科院開展輕脫油降碳等相關研究,通過優化操作和技術改造等手段,在保證輕脫油收率的情況下優化產品質量指標,以達到輕脫油高價值利用的目的。