加氫裂化裝置噴氣燃料芳烴含量調(diào)整措施與應(yīng)用實(shí)踐

胡 勇，莫昌藝，余 順，涂連濤

(1.中國石油獨(dú)山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699；2.中國石化石油化工科學(xué)研究院)

芳烴含量為噴氣燃料質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，過高的芳烴含量不僅導(dǎo)致噴氣燃料燃燒性能降低，而且會(huì)由于芳烴與部分噴氣燃料油箱橡膠密封圈材質(zhì)配伍性較差，從而產(chǎn)生溶劑化作用而導(dǎo)致密封圈體積過度膨脹[1]。我國頒布的GB 6537—2018 《3號(hào)噴氣燃料》對芳烴體積分?jǐn)?shù)要求為不大于20%[2]；美國最新頒布的ASTM D7566—2019a 《含合成烴航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃料標(biāo)準(zhǔn)》對噴氣燃料中芳烴含量不僅提出了上限要求，同時(shí)也提出了下限要求，要求其體積分?jǐn)?shù)不小于8%。有研究報(bào)道部分噴氣燃料油箱密封膠，如錳固化密封膠在芳烴體積分?jǐn)?shù)小于8%的噴氣燃料中浸泡28天后出現(xiàn)密封圈收縮現(xiàn)象，可見噴氣燃料芳烴含量過低是引起噴氣燃料芳烴配伍性差的密封膠體積收縮而使噴氣燃料油箱漏油的重要原因[1，3-4]。為杜絕上述安全隱患，《國產(chǎn)航空(艦艇)油料鑒定委員會(huì)秘書組2019年度工作會(huì)會(huì)議紀(jì)要》對軍用3號(hào)噴氣燃料提出了新要求，指出其需滿足芳烴體積分?jǐn)?shù)不小于8%的出廠指標(biāo)。

2018年，中國石油獨(dú)山子石化公司煉油廠(簡稱獨(dú)山子煉油廠)3號(hào)噴氣燃料產(chǎn)量近400 kt，其中軍用3號(hào)噴氣燃料產(chǎn)量為70 kt。由于全廠無加氫精制噴氣燃料餾分可調(diào)合，現(xiàn)有噴氣燃料餾分主要來源于2.0 Mt/a加氫裂化裝置，因此加氫裂化裝置噴氣燃料餾分性質(zhì)對全廠噴氣燃料產(chǎn)品性能有直接影響。2019年9月，該加氫裂化裝置采用增產(chǎn)噴氣燃料兼顧改善尾油質(zhì)量的加氫裂化技術(shù)及配伍精制劑RN-410B、裂化劑RHC-133B一次開車成功。運(yùn)行初期，裝置所產(chǎn)噴氣燃料餾分的煙點(diǎn)達(dá)到33.9 mm，芳烴體積分?jǐn)?shù)小于4%，尾油BMCI為5.6，產(chǎn)品質(zhì)量符合預(yù)期。此后，通過對原料性質(zhì)、工藝參數(shù)、切割方案和分析化驗(yàn)等多個(gè)措施的優(yōu)化，該裝置成功生產(chǎn)出芳烴含量滿足軍用3號(hào)噴氣燃料指標(biāo)要求的噴氣燃料餾分。以下對裝置所采取的調(diào)整措施進(jìn)行具體闡述。

1 加氫裂化裝置噴氣燃料芳烴含量調(diào)整措施

1.1 調(diào)整原料芳烴含量

通常在反應(yīng)條件和噴氣燃料切割餾程不變情況下，加氫裂化裝置原料的芳烴含量增加，產(chǎn)品噴氣燃料餾分中的芳烴含量也相應(yīng)增加。獨(dú)山子煉油廠2.0 Mt/a加氫裂化裝置所加工原料的種類和性質(zhì)如表1所示。由表1可知，裝置所加工原料中，按照芳烴含量從高到低排序，依次為催化裂化柴油(催化柴油)、減壓蠟油、常三線油、焦化蠟油和常一線油。在裝置初期運(yùn)行結(jié)果的基礎(chǔ)上，為了使產(chǎn)品噴氣燃料餾分中的芳烴含量盡量提高，宜選擇原料芳烴含量較高的減壓蠟油和催化柴油作為生產(chǎn)軍用3號(hào)噴氣燃料的主要原料，并結(jié)合裝置具體負(fù)荷摻煉部分常三線油。

表1 2.0 Mt/a加氫裂化裝置加工原料性質(zhì)

另外，受加氫裂化裝置生產(chǎn)噴氣燃料時(shí)二次加工油質(zhì)量比例不大于15%的限制，僅通過提高原料中催化柴油比例方式來增加裝置原料芳烴含量的效果相對有限，因此采用進(jìn)一步優(yōu)化減壓蠟油原料的方式來提高原料的芳烴含量。

在不同切割終餾點(diǎn)下，減壓蠟油原料的BMCI以及金屬(Ni+V)、金屬(Fe+Ca)含量的變化趨勢如圖1所示。由圖1可知：提高減壓蠟油原料切割終餾點(diǎn)，其95%餾出溫度由495 ℃提高至530 ℃，其BMCI由40增加至43，金屬(Ni+V)質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.1 μg/g增加至0.9 μg/g，金屬(Fe+Ca)質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1.0 μg/g增加至5.8 μg/g；當(dāng)減壓蠟油原料95%餾出溫度不大于516 ℃時(shí)，金屬(Fe+Ca)含量增加得較為緩慢；當(dāng)減壓蠟油原料95%餾出溫度大于516 ℃時(shí)，金屬(Fe+Ca)含量增加得較快。這些結(jié)果表明，提高減壓蠟油原料95%餾出溫度，其BMCI增加有限，而金屬雜質(zhì)含量快速增加，因此在不調(diào)整原油品種情況下，根據(jù)裝置保護(hù)催化劑和脫金屬催化劑對原料中金屬(Fe+Ca)含量的限制條件(金屬(Fe+Ca)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于3 μg/g)，應(yīng)當(dāng)控制減壓蠟油原料95%餾出溫度不大于520 ℃。

圖1 不同95%餾出溫度下減壓蠟油原料的BMCI和金屬含量

加氫裂化裝置原料構(gòu)成調(diào)整前后的濾后混合原料油的性質(zhì)見表2。由表2可知，優(yōu)化后的濾后混合原料芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)較優(yōu)化前增加6.3百分點(diǎn)，達(dá)到了提高原料芳烴含量的預(yù)期目標(biāo)。

表2 2.0 Mt/a加氫裂化裝置原料構(gòu)成調(diào)整前后的濾后混合原料油的性質(zhì)

1.2 調(diào)整工藝條件

在兼顧裝置現(xiàn)有設(shè)備能力和生產(chǎn)負(fù)荷的要求下，可通過調(diào)整裝置的操作壓力(即反應(yīng)壓力)、精制反應(yīng)溫度和裂化反應(yīng)溫度來調(diào)整其噴氣燃料餾分的芳烴含量。

當(dāng)裝置以中東某減壓蠟油為原料時(shí)，在反應(yīng)壓力為15.0 MPa、精制反應(yīng)深度不變的條件下，不同裂化轉(zhuǎn)化深度(以原料中大于350 ℃餾分轉(zhuǎn)化率表征)下所得140～260 ℃噴氣燃料餾分芳烴含量的變化趨勢如圖2所示。

由圖2可知，在反應(yīng)壓力為15.0 MPa、精制反應(yīng)深度不變的條件下，140～260 ℃噴氣燃料餾分芳烴含量隨大于350 ℃餾分轉(zhuǎn)化率的提高而緩慢降低，總體上看噴氣燃料餾分中芳烴含量變化幅度較小，由此推斷，在不大幅度調(diào)整本裝置產(chǎn)品分布的條件下，調(diào)整裂化反應(yīng)溫度對產(chǎn)品噴氣燃料餾分中芳烴含量的影響有限。

采用相同蠟油原料，調(diào)節(jié)精制反應(yīng)溫度和空速，得到氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20 μg/g且芳烴含量不同的精制油進(jìn)行試驗(yàn)，通過調(diào)整裂化反應(yīng)溫度控制大于350 ℃餾分轉(zhuǎn)化率相近，得到的噴氣燃料餾分性質(zhì)如表3所示。由表3可知，相同裂化反應(yīng)深度下，提高精制油芳烴含量有利于提高噴氣燃料芳烴含量。因此,主要考察調(diào)整反應(yīng)壓力和精制反應(yīng)溫度對精制油芳烴含量的影響。

表3 不同精制油及相應(yīng)噴氣燃料餾分性質(zhì)對比

以中間基減壓蠟油為原料，在相同反應(yīng)壓力、不同精制反應(yīng)溫度下，精制油芳烴含量和氮含量變化趨勢如圖3所示；相同精制反應(yīng)溫度、不同反應(yīng)壓力下，精制油芳烴含量和氮含量的變化趨勢如圖4所示。

圖3 相同反應(yīng)壓力、不同精制反應(yīng)溫度下精制油芳烴含量和氮含量變化趨勢

圖4 相同精制反應(yīng)溫度、不同反應(yīng)壓力下精制油芳烴含量和氮含量變化趨勢

由圖3可知：隨著精制反應(yīng)溫度降低，精制油芳烴含量和氮含量均呈逐步增加趨勢；但當(dāng)精制反應(yīng)溫度小于(基準(zhǔn)+10)℃時(shí)，精制油的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20 μg/g，不能滿足加氫裂化裝置裂化催化劑對精制油氮含量的要求(氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于20 μg/g)。由圖4可知：隨著反應(yīng)壓力降低，精制油芳烴含量和氮含量也均呈增加趨勢；與芳烴含量變化趨勢不同的是，在反應(yīng)壓力為(基準(zhǔn)-3)～(基準(zhǔn)+3)MPa的范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)壓力的降低，精制油氮含量的增加幅度較小；在反應(yīng)壓力為基準(zhǔn)～(基準(zhǔn)+3)MPa的范圍內(nèi)，精制油的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于20 μg/g。

基于上述精制反應(yīng)溫度和精制反應(yīng)壓力對精制油芳烴含量和氮含量的影響規(guī)律，考慮到加氫裂化裝置裂化催化劑對精制油氮含量的要求[5-9]，主要采取適當(dāng)降低反應(yīng)壓力的方式來提高精制油芳烴含量。

1.3 調(diào)整噴氣燃料餾分切割方案

因芳烴在噴氣燃料餾分中分布不均勻，可以通過優(yōu)化噴氣燃料餾分切割方案達(dá)到調(diào)整其芳烴含量的目的。在不調(diào)整原料和工藝條件參數(shù)下，噴氣燃料窄餾分的芳烴含量分布如圖5所示。

圖5 噴氣燃料窄餾分的芳烴含量分布

由圖5可以看出，隨著餾程變重，噴氣燃料窄餾分的芳烴含量呈先增加后降低的趨勢。為滿足噴氣燃料閃點(diǎn)(閉口)不大于50 ℃的出廠指標(biāo)要求，將噴氣燃料初餾點(diǎn)控制為(150±5)℃較為合適；在限定的噴氣燃料初餾點(diǎn)的前提下，為提高噴氣燃料芳烴含量,使之滿足軍用噴氣燃料的要求，將噴氣燃料終餾點(diǎn)控制為240～250 ℃較為合適。

2 加氫裂化裝置噴氣燃料芳烴含量調(diào)整實(shí)踐效果

表4為獨(dú)山子煉油廠2.0 Mt/a加氫裂化裝置上，通過調(diào)整原料構(gòu)成、反應(yīng)工藝條件及噴氣燃料餾分切割方案等提高噴氣燃料餾分芳烴含量、生產(chǎn)軍用噴氣燃料的實(shí)踐結(jié)果。

表4 2.0 Mt/a加氫裂化裝置上提高噴氣燃料餾分芳烴含量的實(shí)踐結(jié)果

由表4可以看出，通過改變原料構(gòu)成、提高濾后混合原料油芳烴含量，以及降低反應(yīng)壓力、適當(dāng)調(diào)整精制與裂化反應(yīng)溫度、優(yōu)化噴氣燃料切割方案，在相近的加氫裂化產(chǎn)品分布情況下，產(chǎn)品噴氣燃料餾分的芳烴體積分?jǐn)?shù)由5.4%提高至8.9%，噴氣燃料餾分的各項(xiàng)性質(zhì)滿足軍用3號(hào)噴氣燃料的指標(biāo)要求。

3 結(jié) 論

在獨(dú)山子煉油廠2.0 Mt/a加氫裂化裝置上，通過改變原料構(gòu)成、提高濾后混合原料油芳烴含量，以及降低反應(yīng)壓力、適當(dāng)調(diào)整精制與裂化反應(yīng)溫度、優(yōu)化噴氣燃料切割方案，在相近的加氫裂化產(chǎn)品分布情況下，使產(chǎn)品噴氣燃料餾分的芳烴體積分?jǐn)?shù)由5.4%提高至8.9%，生產(chǎn)的噴氣燃料餾分的各項(xiàng)性質(zhì)滿足軍用3號(hào)噴氣燃料的指標(biāo)要求。