減壓蠟油加氫裂化產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測

曹均豐，郝文月，劉 昶，杜艷澤（中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

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減壓蠟油加氫裂化產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測

曹均豐，郝文月，劉 昶，杜艷澤
（中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

摘要：通過改變靈活型催化劑床層的液時體積空速，同時采用提高靈活型催化劑床層反應(yīng)溫度的方法，保證了轉(zhuǎn)化率。以加氫裂化催化劑的產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型關(guān)聯(lián)式為基礎(chǔ)，對輕石正構(gòu)烷烴含量、輕石異構(gòu)烴加環(huán)烷烴含量、重石芳潛、噴氣燃料芳烴、噴氣燃料煙點、柴油凝點、柴油十六烷指數(shù)、柴油十六烷值、尾油BMCI（芳烴關(guān)聯(lián)指數(shù)）值、尾油凝點等加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測。通過試驗值和擬合值的對比，發(fā)現(xiàn)試驗值和擬合值間相互吻合得較好，預(yù)測誤差均在5%以內(nèi)，對加氫裂化催化劑實驗產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測結(jié)果較好，在工業(yè)應(yīng)用方面具有一定應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：減壓蠟油；加氫裂化；產(chǎn)品性質(zhì)；數(shù)學(xué)模型

在原油的二次加工技術(shù)中，餾分油加氫裂化技術(shù)具有生產(chǎn)操作和產(chǎn)品方案靈活性較大、原料適應(yīng)能力強(qiáng)、加氫裂化產(chǎn)品質(zhì)量好等特點，能夠?qū)⒏鞣N劣質(zhì)原料直接轉(zhuǎn)化為市場需要的柴油、噴氣燃料、潤滑油基礎(chǔ)料以及尾油蒸汽裂解制乙烯原料和化工石腦油等，在全廠生產(chǎn)流程中起到產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品分布調(diào)節(jié)器的作用，是“油-化-纖”結(jié)合的核心，已成為石油化學(xué)工業(yè)和現(xiàn)代煉油工業(yè)中最重要的重油和劣質(zhì)油加工工藝之一。加氫裂化產(chǎn)品性質(zhì)的特點有∶ 非烴化合物極少，飽和度高，正構(gòu)烴含量低，安定性好；低溫流動性好；液體產(chǎn)品收率較高，對添加劑的感受性敏感；氣體產(chǎn)率較低，特別是C1和C2分子烴產(chǎn)量少［1］。對加氫裂化工藝產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測具有重要的意義。本研究是在加氫試驗裝置上，以靈活型加氫裂化催化劑的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在保證轉(zhuǎn)化率不變的條件下，分別建立其產(chǎn)品性質(zhì)與裂解空速的關(guān)聯(lián)模型，實現(xiàn)對靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測［2］。

1　實驗部分

1.1原料油及實驗裝置

1.1.1原料油及催化劑

采用伊朗減壓蠟油（簡稱VGO）作為本次實驗所用原料油，原料油性質(zhì)見表 1。該原料油是一種初餾點、干點、密度、硫含量、氮含量及烴類組成等性質(zhì)均相對較為理想的加氫裂化原料［3］。

本實驗所選用的加氫催化劑均為中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院（FRIPP） 自主研發(fā)的靈活型加氫裂化催化劑。該靈活型加氫裂化催化劑以Y 型分子篩為催化劑的酸性組分，分子篩含量適中，活性組分為W-Ni，其加氫裂化性能適中。

1.1.2實驗裝置

本實驗選用FRIPP的單段串聯(lián)固定床中型加氫裂化試驗裝置進(jìn)行，其工藝流程見文獻(xiàn)［3］，由 DCS集散控制系統(tǒng)對各工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制。

表1　伊朗VGO 性質(zhì)Table 1　Properties of Iranian VGO

為防止催化劑在反應(yīng)過程中沖刷和磨損下來的小顆粒進(jìn)入管線而堵塞管道，為保證氣液物流分布均勻和支撐催化劑床層，將不同形狀和大小的惰性顆粒（如瓷環(huán)、瓷球等）分別按照形狀的大小自上而下分別裝入反應(yīng)器頂部和反應(yīng)器底部。試驗氫是純度大于 99.9%的氧體積分?jǐn)?shù)＜5 μL/L的經(jīng)過高壓加氫脫氧和硅膠-分子篩脫水凈化的電解氫。

1.2加氫裂化實驗產(chǎn)品性質(zhì)

加氫裂化過程受氫分壓、反應(yīng)溫度、反應(yīng)空速、氫油體積比、產(chǎn)品切割方案等因素影響。本實驗為在加氫裂化產(chǎn)品切割方案、氫分壓、氫油體積比均一致的情況下，采用改變反應(yīng)空速和反應(yīng)溫度的方法進(jìn)行試驗。

本實驗的試驗裝置工藝流程為原料油與氫氣在進(jìn)反應(yīng)前混合，然后依次進(jìn)入加氫精制反應(yīng)器和加氫裂化反應(yīng)器，最后經(jīng)分離得到加氫裂化產(chǎn)品。在反應(yīng)系統(tǒng)壓力為14.7 MPa，精制段氫油體積比為900和裂化段氫油體積比為1 200，控制原料油經(jīng)過加氫精制催化劑床層反應(yīng)后的精制油氮含量小于5 μg/g等條件下，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度的方法，使不同空速時達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率，以保證轉(zhuǎn)化率均維持在70%不變。本實驗為在0.6，0.9，1.2，1.5，1.8，1.2 h-1的空速下，得出靈活型加氫裂化催化劑的產(chǎn)品性質(zhì)，如表2所示。

表 2中輕石腦油正構(gòu)烷烴、輕石腦油異構(gòu)+環(huán)狀烴、噴氣燃料芳烴、柴油十六烷值、尾油凝點均由試驗測得，其它的重石腦油芳潛、噴氣燃料煙點、柴油凝點、柴油十六烷指數(shù)、柴油十六烷值、尾油BMCI值分［4］，分別由下式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）計算得到。

表2　不同空速下靈活型加氫裂化催化劑的加氫裂化產(chǎn)品性質(zhì)Table 2　Hydrocracking product properties of different LVSH flexible type catalyst

式中的苯潛含量、甲苯潛含量、C8芳烴潛含量、C9芳烴潛含量、C10芳烴潛含量均可以由試驗測得［5］。

式中T為柴油50%餾出溫度（℃），V為柴油在20 ℃時的體積。

式中的平均偏差為正負(fù)3。

式中Tv為體積平均沸點，可由式（7）計算得到，式（7）中的T10、T30、T50、T70和T90為恩氏蒸餾中10%、30%、50%、70%和90%的蒸出量。d15.6可查表獲得，也可以由公式計算得到。

由表2可見，隨著空速的增大，原料油經(jīng)過靈活型加氫裂化催化劑進(jìn)行加氫裂化反應(yīng)后的產(chǎn)品性質(zhì)為輕石腦油正構(gòu)烷烴含量增加，輕石腦油異構(gòu)+環(huán)烷烴含量減少，重石腦油芳潛顯著降低，噴氣燃料煙點下降，噴氣燃料芳烴顯著增加，柴油凝點、柴油十六烷指數(shù)和尾油凝點的改變不明顯，柴油十六烷值有所增加，尾油BMCI值略有增加。這與適宜的催化劑裂解活性和加氫裂化催化劑的加氫活性有關(guān)。

2　靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)預(yù)測

2.1產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測方法與討論

本文采用matlab軟件進(jìn)行編程后，采用表2中的空速數(shù)據(jù)進(jìn)行了對靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測，其預(yù)測后得出的數(shù)學(xué)計算關(guān)聯(lián)式見表 3所示，關(guān)聯(lián)計算公式的偏差由表3中的系數(shù)（R2）表示。

由表3可見，采用這些數(shù)學(xué)計算關(guān)聯(lián)式實現(xiàn)了對靈活型裂化劑在不同空速條件下產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測，如重石腦油芳潛、輕石腦油的異構(gòu)烴含量、柴油的十六烷指數(shù)、噴氣燃料的煙點和尾油的 BMCI值等。從本文建立的預(yù)測效果來看，對重石芳潛和航煤煙點的預(yù)測效果更好一些，關(guān)聯(lián)的偏差分別為0.999 7和0.998 5。而對于其他產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測效果相對較差，關(guān)聯(lián)的偏差介于0.934 2～0.992 5之間，但預(yù)測后的誤差均在 5%以內(nèi)，對靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測效果均較好。預(yù)測各數(shù)學(xué)模型關(guān)聯(lián)式的R2均在95% 以上，模型的關(guān)聯(lián)精度較高［6］。

2.2產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測結(jié)果與討論

本文采用表2中得到的不同空速下的靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)的數(shù)學(xué)計算關(guān)聯(lián)式與試驗得出的實際靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行了對比，對比結(jié)果如圖1—圖4所示。

表3　靈活型加氫裂化催化劑的加氫裂化產(chǎn)品與空速的關(guān)系Table 3　Relation of hydrocracking product properties to LVSH

圖1　輕石腦油正構(gòu)烷烴與空速的關(guān)系Fig.1 Relation of light naphthan-alkanes and LVSH

圖2　輕石腦油異構(gòu)+環(huán)狀烴與空速的關(guān)系Fig.2 Relation of light naphthaisomerism+annularity and LVSH

圖3　柴油十六烷值與空速的關(guān)系Fig.3 Relation of dieselcetane number and LVSH

圖4　尾油BMCI值與空速的關(guān)系Fig.4 Relation of tail oil BMCI and LVSH

從圖1—圖4中可以看出，圖1和圖2中的靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)的數(shù)學(xué)計算關(guān)聯(lián)式與試驗得出的實際靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)的趨勢曲線基本吻合，預(yù)測效果較好。圖3和圖4中的靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)的數(shù)學(xué)計算關(guān)聯(lián)式與試驗得出的實際靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)曲線吻合效果較差，這可能是由于試驗中的一些不定性因素，如分析過程、切割過程和試驗過程所引起的。但是預(yù)測曲線的總體趨勢與試驗實際趨勢的吻合效果相對較好，可以在本實驗范圍內(nèi)，為今后的產(chǎn)品性質(zhì)預(yù)測所使用。

3　結(jié) 論

（1）選用靈活型加氫裂化催化劑的實驗數(shù)據(jù)，建立了靈活型加氫裂化催化劑的加氫裂化空速與加氫裂化產(chǎn)品性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型關(guān)聯(lián)式。在本文中的實驗條件范圍內(nèi)，各數(shù)學(xué)模型關(guān)聯(lián)式的 R2均在 95%以上，模型的關(guān)聯(lián)精度較高，可以預(yù)測靈活型加氫裂化催化劑在不同空速下的加氫裂化產(chǎn)品性質(zhì)。

（2）通過對比靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)的數(shù)學(xué)計算關(guān)聯(lián)式與試驗得出的實際靈活型加氫裂化催化劑產(chǎn)品性質(zhì)的趨勢曲線后，可以看出本實驗所選用的數(shù)學(xué)模型關(guān)聯(lián)式對加氫裂化催化劑實驗的產(chǎn)品性質(zhì)預(yù)測結(jié)果較好，進(jìn)一步證明了本實驗所選用的數(shù)學(xué)模型關(guān)聯(lián)式對加氫裂化催化劑實驗的產(chǎn)品性質(zhì)預(yù)測結(jié)果較好。

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［6］韓崇仁.加氫裂化工藝與工程［M］． 北京∶ 中國石化出版社，2001∶325-326．

Prediction for Properties of VGO Hydrocracking Products

CAOJun-feng，HAO Wen-yue，LIU Chang，DU Yan-zhe
（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals，Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract：In this paper，LVSHs of different catalysts were obtained according to the mathematic correlations of flexible type catalyst and the x-lumping kinetic model.The conversion was guaranteed by increasing the temperature of cracking stage.Forecasts for the properties of hydrocracking products were realized such as paraffin content in light naphtha，content of isoparaffin&cycloparaffin in light naphtha，aromatics potential of heavy naphtha，smoke point & aromatics of jet fuel，condensation point of diesel，cetane index of diesel，cetane number of diesel，condensation point of tail oil，BMCI of yail oil，and so on.Experimental value coincides with the fitted value.Product property was properly forecasted by readjusting some parameters.All the forecast errors are less than 5%，which makes it usable in industry.

Key words：VGO；Hydrocracking；Products property；Mathematic model

中圖分類號：TE 624

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0027-04

收稿日期：2015-12-01

作者簡介：曹均豐（1982-），男，遼寧撫順人，助理工程師，碩士學(xué)位，2011年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，研究方向：加氫裂化。E-mail：caojunfeng.fshy@sinopec.com。