延遲焦化裝置摻煉乙烯裂解重油的工業(yè)應(yīng)用

唐銘辰 王志偉 李林

中國石油蘭州石化公司煉油廠

乙烯裂解重油是乙烯裂解原料在蒸汽裂解過程中原料及產(chǎn)品高溫縮合的一種產(chǎn)物，是乙烯裂解裝置的一種副產(chǎn)物，產(chǎn)量約占乙烯裂解裝置乙烯產(chǎn)量的10%～20%(w)，其主要成分為芳烴類化合物，富含雙環(huán)以上的稠環(huán)芳烴，并含有硫、氮、氧等雜環(huán)化合物，具有短側(cè)鏈、碳氫比高、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高、灰分含量低、重金屬含量低等特點，直接加工利用受到限制，常作為燃料油使用，經(jīng)濟效益較低。為提高乙烯裂解重油的利用價值，降低黑色產(chǎn)品收率，2006年在延遲焦化裝置上進行了摻煉乙烯裂解重油工業(yè)試驗。工業(yè)試驗過程中未對乙烯裂解重油進行預(yù)處理，直接在原料中摻入占原料總加工量4%(w)的乙烯裂解重油。試驗過程中發(fā)現(xiàn)，在加熱爐進料量相同的條件下，加熱爐出口溫度平均值、循環(huán)比、爐管壓降和爐膛溫度增大[1-2]，這主要是由于摻煉乙烯裂解重油后，乙烯裂解重油與減壓渣油混合時的相溶性不如其他重油與減壓渣油混合時的相溶性，有明顯的分層現(xiàn)象和凝聚現(xiàn)象，破壞了原有渣油體系的穩(wěn)定性。在混合原料加熱過程中，乙烯裂解重油中的瀝青質(zhì)反應(yīng)活性高，在較低溫度下就發(fā)生縮合反應(yīng)，達到一定溫度后易生成苯不溶物和喹啉不溶物，并迅速轉(zhuǎn)變成焦炭[3]，導(dǎo)致加熱爐爐管、冷換設(shè)備、大油氣線、分餾塔塔底結(jié)焦傾向增大，影響裝置的長周期運行。

為實現(xiàn)裝置的挖潛增效，與某公司合作，對延遲焦化裝置摻煉乙烯裂解重油進行了進一步的研究，以解決乙烯裂解重油與減壓渣油混合時的分層現(xiàn)象和凝聚現(xiàn)象，確保乙烯裂解重油與減壓渣油之間良好的相溶性[4-5]。通過增設(shè)乙烯裂解重油預(yù)處理系統(tǒng)，加入穩(wěn)定劑及膠溶劑，增強乙烯裂解重油的穩(wěn)定性，解決了乙烯裂解重油與減壓渣油混合時的分層現(xiàn)象和凝聚現(xiàn)象，實現(xiàn)了乙烯裂解重油在延遲焦化裝置上的穩(wěn)定摻煉。

1 乙烯裂解重油預(yù)處理原理及摻煉流程

1.1 預(yù)處理原理

在乙烯裂解重油中加入穩(wěn)定劑和膠溶劑。穩(wěn)定劑的加入抑制乙烯裂解重油的次生膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的生成；膠溶劑中的有機電解質(zhì)增加瀝青質(zhì)膠團的雙電層厚度，即增加瀝青質(zhì)膠團間的排斥力，防止瀝青質(zhì)膠團相互吸引而發(fā)生聚沉；膠溶劑中的有機極性高分子化合物對瀝青質(zhì)的吸附與覆蓋增加了瀝青質(zhì)在重質(zhì)油中的膠溶量，從而抑制瀝青質(zhì)的聚沉，形成重油膠體體系。在重油膠體體系的溶劑效應(yīng)和熱效應(yīng)發(fā)生變化后，該體系中易結(jié)焦、結(jié)垢的物質(zhì)相比加劑前不易聚集和沉積，可有效抑制延遲焦化的換熱系統(tǒng)、管道、加熱爐管的結(jié)焦和結(jié)垢。

1.2 實驗室小試評價情況

實驗室研究表明：①穩(wěn)定劑對乙烯裂解重油自聚縮合生焦有明顯的抑制作用；②膠溶劑對含乙烯裂解重油的焦化原料中的瀝青質(zhì)具有良好的增溶作用，膠溶處理后的原料體系較穩(wěn)定，沒有分層現(xiàn)象發(fā)生；③在換熱升溫后的各個節(jié)點，膠溶重油中的瀝青質(zhì)含量雖有小幅增加，但未發(fā)現(xiàn)瀝青質(zhì)聚凝和聚集體明顯增多或增大的現(xiàn)象；④乙烯裂解重油經(jīng)預(yù)處理后與減壓渣油混合后的膠溶重油比未經(jīng)處理直接與減壓渣油混合的重油原料更加穩(wěn)定，生焦趨勢更弱。

1.3 摻煉流程

乙烯裂解裝置副產(chǎn)的乙烯裂解重油送至乙烯裂解重油罐，經(jīng)加注穩(wěn)定劑后送至穩(wěn)定重油罐中，經(jīng)穩(wěn)定重油輸送泵抽出，與來自膠溶劑罐的膠溶劑和焦化原料輸送泵出口返回的膠溶重油經(jīng)動態(tài)混合器充分混合后，再與來自預(yù)混罐的焦化原料一起，經(jīng)焦化原料輸送泵送至延遲焦化裝置加工。主要操作條件見表1，工藝流程見圖1。

表1 乙烯裂解重油預(yù)處理工藝操作條件穩(wěn)定劑加劑量/(μg·g-1)穩(wěn)定劑儲罐溫度/℃穩(wěn)定劑加注點溫度/℃穩(wěn)定重油儲罐溫度/℃穩(wěn)定重油儲存時間/h膠溶劑加劑量/(μg·g-1)膠溶劑儲罐溫度/℃膠溶劑注入點介質(zhì)溫度/℃m(減壓渣油)∶m(膠溶重油)≤300≤4580～12080～120≤240800～1 000≤4550～803∶1

2 工業(yè)應(yīng)用情況

裝置自2017年12月開始摻煉乙烯裂解重油，2017年12月-2018年3月，乙烯裂解重油摻煉量為4～10 t/h。2018年3月裝置停工檢修。2018年4月-2019年4月，乙烯裂解重油摻煉量控制在5～10 t/h，大部分時間在10 t/h的上限運行。2019年5月，裝置停工檢修。2019年6月，完成檢修并開工后繼續(xù)摻煉乙烯裂解重油，摻煉量控制在10 t/h左右。2018年10月31日-2018年11月3日，對裝置摻煉乙烯裂解重油進行了標(biāo)定，結(jié)合標(biāo)定及生產(chǎn)運行情況，對裝置摻煉乙烯裂解重油情況進行如下分析。

2.1 摻煉前后原料性質(zhì)對比

表2為摻煉乙烯裂解重油前后混合原料分析數(shù)據(jù)。摻煉前混合原料組成為：減壓渣油∶催化油漿(質(zhì)量比)=122∶18(減壓渣油122 t/h、催化油漿18 t/h)，摻煉后混合原料組成為：減壓渣油∶催化油漿∶乙烯裂解重油(質(zhì)量比)=135∶10∶10(減壓渣油135 t/h、催化油漿10 t/h、乙烯裂解重油10 t/h)。

表2 摻煉前后原料分析數(shù)據(jù)項目密度(20 ℃)/(kg·m-3)黏度(100 ℃)/(mm2·s-1)w(殘?zhí)?/%w(硫)/%摻煉前97147615.400.82摻煉后97048915.470.71

從表2可以看出，摻煉乙烯裂解重油前后，混合原料密度、黏度、殘?zhí)抠|(zhì)量分數(shù)變化不大，硫質(zhì)量分數(shù)有所下降，這主要是因為乙烯裂解重油中硫含量顯著低于減壓渣油，原料性質(zhì)整體穩(wěn)定。

2.2 摻煉前后主要操作條件對比

摻煉乙烯裂解重油前后裝置加熱爐、分餾塔、焦炭塔和氣壓機的主要操作條件見表3～表5。由表3～表5可知，在加熱爐四路進料量控制在45 t/h的條件下，摻煉乙烯裂解重油前后裝置加熱爐、分餾塔、焦炭塔和氣壓機的主要操作條件基本相當(dāng)，控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，未出現(xiàn)異常變化。

表3 摻煉乙烯裂解重油前后加熱爐主要操作條件項目爐出口溫度/℃爐膛溫度/℃爐管壁溫度/℃四路進料量/(t·h-1)摻煉前497.573963045摻煉后497.673862945指 標(biāo)490～505510～800300～65035～55

表4 摻煉乙烯裂解重油前后分餾塔主要操作條件項目循環(huán)比塔頂溫度/℃柴油集油箱抽出溫度/℃蠟油集油箱抽出溫度/℃塔頂壓力/MPa蒸發(fā)段溫度/℃塔底溫度/℃摻煉前0.231132243520.102375351摻煉后0.211102193520.099375352指標(biāo)0.2～0.580～130210～270305～3800.08～0.15320～400320～370

表5 摻煉乙烯裂解重油前后焦炭塔和氣壓機主要操作條件項目焦炭塔氣壓機塔頂溫度/℃塔頂壓力/MPa出口流量①/(m3·h-1)入口壓力/MPa出口壓力/MPa摻煉前4190.15613 2200.081.09摻煉后4190.1613 3160.081.09指標(biāo)390～4300.05～0.258 000～21 6000.05～0.142 80.850～1.428 注:①0 ℃,101.325 kPa下。

2.3 摻煉前后產(chǎn)品分布對比

摻煉乙烯裂解重油前后產(chǎn)品分布對比見表6。標(biāo)定期間乙烯裂解重油摻煉量控制在10 t/h。由表4可知，產(chǎn)品中干氣收率提高0.59%，液態(tài)烴收率變化不大，蠟油收率增加0.49%，汽柴油收率提高2.26%，焦炭收率降低3.36%，總液收提高2.78%。由于乙烯裂解重油<350 ℃的組分在50%以上，含有一部分汽柴油組分。因此，產(chǎn)品分布中汽柴油收率有所提高。

表6 摻煉乙烯裂解重油前后產(chǎn)品分布w/%產(chǎn)品組成干氣液態(tài)烴汽柴油蠟油焦炭損失小計摻煉前7.382.2451.547.3931.250.20100摻煉后7.972.2753.807.8827.890.19100

2.4 摻煉前后主要產(chǎn)品性質(zhì)對比

摻煉前后汽柴油及石油焦性質(zhì)對比見表7和表8。由表7和表8可知，摻煉乙烯裂解重油前后汽油終餾點下降10.7 ℃，汽油膠質(zhì)及烯烴質(zhì)量分數(shù)有所下降；柴油餾程中50%、90%、95%餾出溫度均有小幅度下降；石油焦揮發(fā)分質(zhì)量分數(shù)升高1.2%，灰分質(zhì)量分數(shù)升高0.05%，硫質(zhì)量分數(shù)降低0.41%，乙烯裂解重油中硫含量低使得混合原料中硫含量下降，石油焦產(chǎn)品中硫含量也相應(yīng)降低。摻煉乙烯裂解重油后，汽柴油及石油焦產(chǎn)品質(zhì)量滿足餾出口指標(biāo)要求，質(zhì)量合格。

表7 摻煉前后汽柴油性質(zhì)對比項目50%餾出溫度/℃90%餾出溫度/℃95%餾出溫度/℃終餾點/℃w(膠質(zhì))/%w(烯烴)/%汽油摻煉前195.33.6739.7摻煉后184.63.1738.7柴油摻煉前283.8351.8363.2摻煉后278.2349.4362.2

表8 摻煉前后石油焦性質(zhì)對比w/%項目揮發(fā)分水分灰分硫摻煉前9.378.140.111.88摻煉后10.579.700.161.47

3 摻煉乙烯裂解重油對裝置長周期運行的影響

3.1 對原料換熱器及加熱爐的影響

自裝置開始摻煉乙烯裂解重油后，對換熱器、加熱爐等易結(jié)焦部位進行了重點監(jiān)控。圖2、圖3分別為摻煉乙烯裂解重油期間換熱器、加熱爐相關(guān)重點參數(shù)變化情況。

摻煉乙烯裂解重油后，從圖2中柴油-原料換熱器的進出口壓力數(shù)據(jù)看出，原料系統(tǒng)關(guān)鍵換熱器未發(fā)生堵塞或結(jié)焦的現(xiàn)象，進出口壓力較為平穩(wěn)。2018年3月檢修期間，柴油-原料換熱器(E-103)、蠟油-原料換熱器打開后未發(fā)現(xiàn)結(jié)焦情況；2019年5月檢修期間，柴油-原料換熱器打開后未發(fā)現(xiàn)結(jié)焦情況，蠟油-原料換熱器出現(xiàn)結(jié)焦情況。在2018年4月-2019年5月裝置運行周期后期，分餾塔原料進料量出現(xiàn)下降趨勢，判斷為溫度較高的蠟油-原料換熱器出現(xiàn)結(jié)焦趨勢，生產(chǎn)運行中通過稍開蠟油-原料換熱器副線，能滿足運行后期的生產(chǎn)要求。從加熱爐爐膛溫度數(shù)據(jù)看出，A、B爐膛溫度較高，主要是前期大比例摻煉催化油漿試驗期間，造成A、B爐管有所結(jié)焦，導(dǎo)致溫度較C、D爐膛溫度較高，整體爐膛溫度未出現(xiàn)大幅度的變化，運行較為平穩(wěn)。

自2018年4月檢修完成開工以來，乙烯裂解重油摻煉量大多數(shù)維持在10 t/h左右，直至2019年4月裝置停工檢修，說明摻煉乙烯裂解重油后能保證裝置連續(xù)運行周期達到1年以上。

3.2 對原料泵的影響

由于乙烯裂解重油帶水，且乙烯裂解重油脫水困難，摻煉過程中易引起原料泵抽空，造成裝置原料中斷；此外，在動態(tài)混合器前期運行過程中多次出現(xiàn)機封泄漏情況及電機電流高的情況。

針對乙烯裂解重油帶水問題，進行了操作優(yōu)化，通過采取“一進、一抽、一沉降”(即一罐進油，一罐加工，一罐沉降)的操作方式，有效降低了乙烯裂解重油帶水的頻率，同時總結(jié)出了“一停、二改、三倒頂、四重啟”(一停為立即停運抽空原料泵；二改是改通原料泵倒頂流程；三倒頂是利用70泵房渣油泵將原料泵中水分倒頂至原料預(yù)混罐；四重啟是重啟原料泵)的口訣化應(yīng)急處置步驟，能夠迅速果斷處理原料泵抽空現(xiàn)象，保障了裝置的正常運行。

針對動態(tài)混合器機封泄漏及電機電流高的問題，將動態(tài)混合由雙級葉輪改為單級葉輪，將原來的雙端面機封改為集成式雙端面機封，將機封冷卻水改為封油冷卻，經(jīng)過改進后有效降低了動態(tài)混合器的故障頻次；通過更換動態(tài)混合器電機有效解決了動態(tài)混合器電機電流過高的情況，動態(tài)混合器安全平穩(wěn)運行至今。

4 實施效果

自2017年12月開始摻煉乙烯裂解重油以來，最大摻煉量達到10 t/h，裝置運行平穩(wěn)，有效解決了乙烯裂解重油的加工后路問題，提升了經(jīng)濟效益，摻煉量見表9。根據(jù)效益測算，每加工1 t乙烯裂解重油可增加經(jīng)濟效益850元。自2017年以來，裝置共摻煉乙烯裂解重油106 187 t，按此計算，延遲焦化裝置摻煉乙烯裂解重油可增加經(jīng)濟效益9 025.9萬元。

表9 延遲焦化裝置摻煉乙烯裂解重油情況時間裝置開工時間/(h·a-1)原料加工量/(t·a-1)乙烯裂解重油摻煉量/(t·a-1)乙烯裂解重油摻煉比例,w/%平均摻煉量/(t·h-1)2017年12月74492 5601 4761.591.982018年1-12月8 3041 175 22543 9343.745.292019年1-11月7 008979 49760 7776.208.67

5 結(jié)論

(1) 通過增加乙烯裂解重油預(yù)處理系統(tǒng)，增強乙烯裂解重油的穩(wěn)定性，有效解決了乙烯裂解重油與減壓渣油混合時的分層現(xiàn)象和凝聚現(xiàn)象，實現(xiàn)了乙烯裂解重油在延遲焦化裝置上的穩(wěn)定摻煉，解決了乙烯裂解重油的加工后路問題。

(2) 從摻煉乙烯裂解重油的標(biāo)定結(jié)果來看，延遲焦化裝置摻煉乙烯裂解重油后，產(chǎn)品中干氣收率提高0.59%，液態(tài)烴收率變化不大，蠟油收率增加0.49%，汽柴油收率提高2.26%，焦炭收率降低3.36%，總液收提高2.78%，能在一定程度上改善產(chǎn)品分布；汽柴油、石油焦性質(zhì)變化不大，滿足餾出口指標(biāo)要求。

(3) 從裝置實際生產(chǎn)運行情況來看，換熱器、加熱爐等易結(jié)焦部位未出現(xiàn)大的異常變化，運行后期蠟油-原料換熱器出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，通過稍開換熱器副線可以滿足生產(chǎn)需求。當(dāng)乙烯裂解重油摻煉量維持在10 t/h以下時，裝置連續(xù)運行周期能達到1年以上。

(4) 自裝置2017年12月開始摻煉乙烯裂解重油至今，裝置共摻煉乙烯裂解重油106 187 t，增加經(jīng)濟效益9 025.9萬元。