淺析摻煉石蠟基原油對(duì)煉廠生產(chǎn)的影響

丁書文

(中海石油煉化有限責(zé)任公司惠州煉化分公司，廣東惠州 516086)

煉油企業(yè)在確定原油加工方案的時(shí)候，需綜合考慮市場(chǎng)需求、經(jīng)濟(jì)效益、投資力度、原油的特性等諸多因素，其中原油的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果是選擇加工方案的基本依據(jù)[1]。確定了加工方案且已經(jīng)投入運(yùn)行的煉油廠在加工與設(shè)計(jì)原油性質(zhì)差異較大的原油時(shí)，其工藝條件、產(chǎn)品分布和性質(zhì)均會(huì)受到影響[2]。本文以中海石油煉化有限責(zé)任公司惠州煉化分公司(以下簡(jiǎn)稱惠州煉化)為例，淺析摻煉石蠟基原油對(duì)煉廠生產(chǎn)帶來的影響。

惠州煉化原油加工能力為12 Mt/a，原油加工方案選型為燃料-化工型，產(chǎn)品包括液化氣、汽油、航煤、柴油、苯、對(duì)二甲苯、鄰二甲苯、石油焦等，同時(shí)為下游乙烯項(xiàng)目提供優(yōu)質(zhì)裂解原料。

惠州煉化設(shè)計(jì)加工100%蓬萊原油，該原油產(chǎn)自蓬萊19-3油氣田，為低硫高酸重質(zhì)原油，按關(guān)鍵餾分特性分類為環(huán)烷中間基原油。但是受到原油資源限制，實(shí)際生產(chǎn)中摻煉原油品種較多，摻煉原油類別也基本為中間基和環(huán)烷基原油。

2013年惠州煉化根據(jù)原油資源開始分批摻煉陸豐、番禺、潿洲等石蠟基原油，且摻煉比例較高，部分裝置的工藝條件和產(chǎn)品收率、質(zhì)量受到影響。

1 石蠟基原油的特性

按照原油的關(guān)鍵餾分特性分類是被廣泛推薦使用的一種原油分類法。用原油在實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置蒸出的250～275 ℃和395～425 ℃餾分分別作為第一和第二關(guān)鍵餾分，測(cè)定密度，然后計(jì)算其相對(duì)密度和特性因數(shù)K值[3]，K值是油品平均沸點(diǎn)和相對(duì)密度的函數(shù)，其具體關(guān)系式如下：

式中：T——油品平均沸點(diǎn)的絕對(duì)溫度；

d——油品15.6 ℃時(shí)相對(duì)于15.6 ℃水的密度。

最后根據(jù)原油特性因數(shù)K值的大小確定其屬性。原油按照關(guān)鍵餾分特性分類法可分為石蠟基、石蠟-中間基、中間-石蠟基、中間基、中間-環(huán)烷基、環(huán)烷-中間基、環(huán)烷基7種類型。

石蠟基原油含有較多的鏈烷烴，芳烴和環(huán)烷烴則相對(duì)較少，其烴分子具有較長(zhǎng)的烷基側(cè)鏈，典型分子結(jié)構(gòu)如圖1[4]。

圖1 石蠟基原油典型分子結(jié)構(gòu)

惠州煉化加工的3種石蠟基原油性質(zhì)與蓬萊原油性質(zhì)對(duì)比見表1?？梢钥闯觯菏灮兔芏容^小，凝點(diǎn)高，蠟含量高；其直餾汽油餾分的辛烷值(RON)低；直餾煤油餾分的冰點(diǎn)高；直餾柴油餾分凝點(diǎn)高、十六烷值高。

表1 幾種原油性質(zhì)對(duì)比

2 摻煉石蠟基原油對(duì)生產(chǎn)的影響

受原油資源的影響，惠州煉化自2009年開工投產(chǎn)以來分別摻煉過達(dá)里亞、培恩斯、巴斯洛等進(jìn)口原油，所摻煉原油均屬于環(huán)烷基或中間基原油。2013年9月開始，惠州煉化陸續(xù)摻煉番禺、陸豐、潿洲3種石蠟基原油，摻煉比例最高時(shí)達(dá)到38%，部分裝置產(chǎn)品分布、產(chǎn)品性質(zhì)和裝置工況因此受到影響。

2.1 對(duì)產(chǎn)品分布的影響

2.1.1 常減壓裝置產(chǎn)品分布

石蠟基原油密度小，輕油收率高，屬于輕質(zhì)原油。摻煉后，常減壓裝置的側(cè)線產(chǎn)品收率會(huì)發(fā)生較大幅度變化。表2 為摻煉石蠟基原油前后常減壓裝置產(chǎn)品收率變化情況，可見摻煉石蠟基原油后，常頂石腦油收率上漲4.01個(gè)百分點(diǎn)，漲幅達(dá)115%；渣油收率下降6.78個(gè)百分點(diǎn)，降幅達(dá)20%。

表2 摻煉石蠟基原油前后常減壓側(cè)線收率變化 %

2.1.2 芳烴聯(lián)合裝置產(chǎn)品分布

惠州煉化芳烴聯(lián)合裝置以催化重整裝置反應(yīng)所得的重整生成油為原料，生產(chǎn)對(duì)二甲苯、苯、鄰二甲苯、非芳烴和重芳烴等產(chǎn)品，對(duì)二甲苯、苯、鄰二甲苯等芳烴產(chǎn)品直接出廠，非芳烴作為汽油組分送至汽油罐區(qū)調(diào)和生成汽油，重芳烴作為柴油組分送至柴油罐調(diào)和生成柴油。

摻煉石蠟基原油后，重整生成油的芳烴含量減少，烷烴含量上升，芳烴聯(lián)合裝置的產(chǎn)品分布也會(huì)發(fā)生較大變化。表3為摻煉石蠟基原油前后芳烴聯(lián)合裝置典型的單日產(chǎn)品分布情況。從中可以看出摻煉石蠟基原油后，非芳烴產(chǎn)量大幅上升，單日收率上漲6.64個(gè)百分點(diǎn)；重芳烴單日收率也上漲5.57個(gè)百分點(diǎn)；而芳烴產(chǎn)品中對(duì)二甲苯的收率降幅最大，下降7.04個(gè)百分點(diǎn)，其余芳烴產(chǎn)品收率也不同幅度下降。

表3 摻煉石蠟基原油前后芳烴裝置產(chǎn)品分布情況

注：表中未列出裝置的損失、污油和氣體產(chǎn)品。

2.2 對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

2.2.1 連續(xù)重整裝置

惠州煉化催化重整裝置的原料主要來自3部分：經(jīng)過預(yù)加氫精制后常減壓直餾石腦油、蠟油加氫裂化后生成的重石腦油、煤柴油加氫裂化后生成的重石腦油。

在催化重整的五大反應(yīng)中，烷烴脫氫環(huán)化的反應(yīng)是屬于速度慢、反應(yīng)難度大的一類反應(yīng)，碳原子數(shù)多于6個(gè)的烷烴在苛刻的條件下吸收大量熱先脫氫環(huán)化，然后再脫氫生成芳烴。

由于石蠟基原油中鏈烷烴較多，其直餾石腦油中鏈烷烴含量也較高，所以在進(jìn)行重整反應(yīng)時(shí)，環(huán)化再脫氫生成芳烴的難度就明顯增加。表4為摻煉石蠟基原油前后重整生成油的典型性質(zhì)。可以看出摻煉石蠟基原油后，重整生成油的芳烴含量大幅減少，而烷烴含量則明顯上升，其密度也因芳烴含量的減少而降低。

表4 摻煉石蠟基原油前后重整生成油性質(zhì)對(duì)比

2.2.2 煤柴油加氫裝置

由于石蠟基原油的直餾柴油凝點(diǎn)很高、十六烷值高，以直餾柴油為主要原料的煤柴油加氫裂化裝置產(chǎn)生的柴油產(chǎn)品性質(zhì)也會(huì)有相應(yīng)的變化。表5為摻煉石蠟基原油前后煤柴油加氫裂化裝置的柴油產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比，明顯可見，其凝點(diǎn)大幅提高至-8.4 ℃，十六烷值也提高明顯。

表5 煤柴油加氫裂化裝置柴油產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比

此外，對(duì)比烴分子組成，可見摻煉石蠟基原油后，煤柴油加氫裝置的柴油產(chǎn)品鏈烷烴含量大幅增加，而環(huán)烷烴含量則大幅減少，所以其密度也隨之降低、閃點(diǎn)則略有提高。

2.3 對(duì)裝置工況的影響

2.3.1 煤柴油加氫裝置

惠州煉化煤柴油加氫裂化裝置以常減壓的直餾煤油、柴油為原料進(jìn)行加氫、裂化反應(yīng)，主要生產(chǎn)石腦油、煤油、柴油。其加氫反應(yīng)主要是烯烴和芳香烴的加氫飽和反應(yīng)。由于石蠟基原油中鏈烷烴含量高，摻煉石蠟基原油時(shí)，直餾柴油組分中鏈烷烴含量增大，烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴含量減小，加氫飽和反應(yīng)所需的氫氣量下降。

由于烯烴、環(huán)烷烴、芳烴的加氫飽和反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)器各床層均需注入冷氫來控制溫度。當(dāng)原料中的烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴含量減小時(shí)，反應(yīng)器床層溫升減小，所注入冷氫量也將隨之降低，裝置總耗氫量進(jìn)一步下降。根據(jù)測(cè)算，未摻煉石蠟基原油時(shí)，煤柴油加氫裝置的噸油耗氫量為242 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，而摻煉石蠟基原油后的噸油耗氫量降低至212 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。

2.3.2 汽柴油加氫裝置

惠州煉化汽柴油加氫精制裝置以延遲焦化汽柴油為原料，主要發(fā)生脫氮、脫氧、脫金屬的精制反應(yīng)和部分烯烴、芳香烴加氫飽和反應(yīng)。在摻煉石蠟基原油后，常壓塔塔頂石腦油收率大幅上漲，以常壓塔塔頂石腦油為原料的重整預(yù)加氫裝置無法消耗全部石腦油，經(jīng)過流程改動(dòng)，部分常壓塔塔頂直餾石腦油改進(jìn)汽柴油加氫裝置。由于常壓塔塔頂石腦油中烯烴含量極少，導(dǎo)致汽柴油加氫反應(yīng)中的烯烴加氫放熱反應(yīng)大幅減少，反應(yīng)器床層溫度明顯下降，為保證反應(yīng)深度，需將反應(yīng)器入口溫度相應(yīng)提高，但加熱爐超負(fù)荷運(yùn)行的狀況下依然無法達(dá)到最佳的反應(yīng)溫度。同時(shí)，由于放熱反應(yīng)的減少，用于降低床層溫升的冷氫也全部停注，裝置耗氫量也明顯下降。據(jù)測(cè)算，摻煉石蠟基原油后，汽柴油加氫裝置的噸油耗氫量由摻煉石蠟基原油前的135 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))降低至120 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。

2.4 對(duì)油品調(diào)和的影響

惠州煉化主要生產(chǎn)國III、國IV兩種標(biāo)準(zhǔn)的0#號(hào)柴油，表6為摻煉石蠟基原油前一罐國III柴油調(diào)和的典型數(shù)據(jù)。摻煉石蠟基原油后，煤柴油加氫柴油的凝點(diǎn)將升高至-6 ℃，冷濾點(diǎn)則升高至0 ℃左右，由此調(diào)和后的柴油面臨著凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的難題。為降低調(diào)和后柴油的凝點(diǎn)，每罐柴油需調(diào)入2 kt航煤，以致航煤的產(chǎn)量大幅下降。

表6 國III 0#柴油調(diào)和的典型數(shù)據(jù)

注：重芳烴的凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)不分析，沒有數(shù)據(jù)，但是根據(jù)分子結(jié)構(gòu)可以推測(cè)：其凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)遠(yuǎn)低于0 ℃，所以調(diào)和后的柴油凝點(diǎn)會(huì)低于-7 ℃，冷濾點(diǎn)低于-3 ℃。

3 應(yīng)對(duì)措施

從原油資源和經(jīng)濟(jì)效益綜合考慮，惠州煉化在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都將摻煉一定比例的石蠟基原油。為此，惠州煉化已采取相應(yīng)措施來應(yīng)對(duì)摻煉石蠟基原油帶來的影響。

(1)通過流程改動(dòng)，將部分常壓塔塔頂直餾石腦油調(diào)和進(jìn)石腦油產(chǎn)品，作為下游乙烯裝置的裂解原料，解決了汽柴油加氫裝置加熱爐運(yùn)行的瓶頸問題。

(2)根據(jù)芳烴聯(lián)合裝置的產(chǎn)品分布情況，調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)方案，多產(chǎn)汽油和石腦油，保持整體經(jīng)濟(jì)效益不受影響。

(3)增設(shè)柴油降凝劑相關(guān)設(shè)施，盡快投用柴油降凝劑，確保柴油產(chǎn)品在不調(diào)和航煤的情況下依然能滿足質(zhì)量要求，同時(shí)還可保證航煤產(chǎn)量。

4 結(jié)束語

摻煉石蠟基原油后，煉廠生產(chǎn)受到比較明顯的影響：常減壓裝置直餾石腦油收率大幅上漲，渣油收率明顯下降；芳烴聯(lián)合裝置的芳烴產(chǎn)品收率大幅下降，非芳烴產(chǎn)量則上升；重整生成油的芳烴含量大幅下降，烷烴含量明顯上升；煤柴油加氫裂化裝置的柴油凝點(diǎn)大幅上升；煤柴油加氫裝置噸油耗氫量下降；汽柴油加氫裝置加熱爐超負(fù)荷運(yùn)行，成為生產(chǎn)瓶頸；柴油調(diào)和受到影響，需調(diào)入航煤來降低調(diào)和后柴油的凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)。

針對(duì)上述影響，調(diào)整中間物料走向和產(chǎn)品生產(chǎn)方案，投用柴油降凝劑是較好的應(yīng)對(duì)措施。

[1] 徐春明，楊朝合.石油煉制工程[M].4版.北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[2] 侯祥麟.中國煉油技術(shù)[M].2版.北京：中國石化出版社，2001.

[3] 何良知.石油化工工藝計(jì)算程序[M].北京：中國石化出版社，1993.

[4] 袁洪申，李雪卓.環(huán)烷基原油的資源特征和利用[J]，廣州化工，2009,37(5)：48-51.