化工輕油與加氫裂化尾油單獨(dú)裂解及共裂解的技術(shù)分析

潘 宇，趙勝博，張寶澤，劉學(xué)龍，李 冰

（1.中國石油吉林石化公司研究院，吉林 吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司煉油廠，吉林 吉林 132000 ；3.中國石油吉林石化公司質(zhì)量檢驗(yàn)中心，吉林 吉林 132000）

乙烯裝置作為石油化工行業(yè)的龍頭，其產(chǎn)品種類多，如聚乙烯、聚丙烯等[1]。乙烯工業(yè)為石油化工產(chǎn)業(yè)的核心，其主要產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的75%以上[2]。乙烯裝置加工的原料有來自煉油廠的石腦油、芳烴抽余油、加氫裂化尾油、化工輕油等多種輕質(zhì)原料。隨著我國乙烯生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量的迅猛增長，乙烯裝置逐漸向大規(guī)模方向發(fā)展，優(yōu)質(zhì)的乙烯裂解原料短缺問題逐漸顯現(xiàn)，通過構(gòu)建煉化一體化和外購原料，在一定程度上緩解了乙烯原料的供求矛盾，但乙烯原料供應(yīng)方面依舊存在巨大缺口[3-5]。

加氫裂化尾油與化工輕油在乙烯原料中均屬于重質(zhì)原料。加氫裂化尾油來自于煉油廠加氫裂化裝置，其性質(zhì)穩(wěn)定，裂解性能非常好，作為乙烯原料裂解時(shí)不但雙烯（乙烯和丙烯）收率高，同時(shí)還可得到較高收率的丁二烯；而化工輕油來自于煉油廠常減壓裝置的直餾一線、二線、三線油品，其裂解性能沒有加氫裂化尾油裂解性能好。如果將這兩種裂解性能不相同的油品進(jìn)行混合共裂解[6-7]，必然會產(chǎn)生不同的裂解效果，并影響裝置的烯烴收率、經(jīng)濟(jì)效益等技術(shù)指標(biāo)。本研究通過開展加氫裂化尾油與化工輕油的裂解性能實(shí)驗(yàn)室評價(jià)試驗(yàn)，對裂解產(chǎn)物的收率變化趨勢以及共裂解的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)設(shè)備與方法

裂解性能評價(jià)試驗(yàn)裝置采用北京拓川科研設(shè)備股份有限公司制造的實(shí)驗(yàn)室蒸汽熱裂解裝置。該裝置主要由計(jì)量系統(tǒng)、水和油的進(jìn)料系統(tǒng)、裂解加熱系統(tǒng)、裂解爐反應(yīng)系統(tǒng)、產(chǎn)物急冷系統(tǒng)、產(chǎn)物深冷系統(tǒng)以及產(chǎn)物分析系統(tǒng)等組成。裂解氣經(jīng)過氣液分離和兩次冷卻后，在取樣口取樣，通過氣相色譜儀分析，裂解的液相通過水油分離后進(jìn)行稱重計(jì)量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過專有軟件進(jìn)行處理分析。實(shí)驗(yàn)所用分析儀器如表1 所示。

表1 原料及裂解產(chǎn)物分析儀器

1.2 實(shí)驗(yàn)原料及物性分析

加氫裂化尾油來自于某石化公司煉油廠加氫裂化裝置，化工輕油來自于某石化公司煉油廠常減壓裝置的一線、二線、三線混合油。原料性質(zhì)見表2。溫度為20 ℃時(shí)，加氫裂化尾油的密度為0.822 g/cm3，化工輕油的密度為0.818 g/cm3。

表2 加氫裂化尾油、化工輕油性質(zhì)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

首先對裂解爐進(jìn)行升溫，當(dāng)裂解爐溫度約為600 ℃時(shí)，進(jìn)行稀釋蒸汽的注入。稀釋水經(jīng)過加熱器變成水蒸氣，水蒸氣由預(yù)熱段進(jìn)入到裂解爐內(nèi)，整個(gè)反應(yīng)器各段溫度達(dá)到設(shè)定值后，啟動進(jìn)料泵向系統(tǒng)進(jìn)料，裂解氣走旁路經(jīng)三通閥后放空，調(diào)整進(jìn)料量。當(dāng)進(jìn)料量穩(wěn)定后，開始裂解評價(jià)試驗(yàn)，同時(shí)打印初始試驗(yàn)報(bào)表。試驗(yàn)過程中，根據(jù)試驗(yàn)周期長短進(jìn)行裂解氣體取樣，并立即分析。當(dāng)試驗(yàn)周期達(dá)到預(yù)定值時(shí)，將裂解氣調(diào)整至旁路系統(tǒng)，同時(shí)打印試驗(yàn)結(jié)束數(shù)據(jù)報(bào)表，停止進(jìn)料，用氮?dú)庵脫Q吹掃系統(tǒng)。用已稱重的容器收集正路系統(tǒng)中冷卻下來的裂解油品及冷凝水，進(jìn)行油、水分離，分別稱重。根據(jù)試驗(yàn)打印的報(bào)表和分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后即可得到裂解產(chǎn)物分布數(shù)據(jù)。

1.4 分析方法

采用色譜外標(biāo)法分析裂解氣中H2、CO、CO2及C1～C6烴類組分。

計(jì)算方法如下：

2 結(jié)果與討論

2.1 加氫裂化尾油裂解性能評價(jià)

本實(shí)驗(yàn)在停留時(shí)間為0.205 s、出口壓力為0.085 MPa、水油質(zhì)量比為0.65 的條件下，在實(shí)驗(yàn)室蒸汽熱裂解裝置中分別進(jìn)行裂解溫度為790 ℃、800 ℃、810 ℃、820 ℃、830 ℃下加氫裂化尾油裂解性能評價(jià)試驗(yàn)，主要裂解產(chǎn)物的收率情況見圖1，裂解產(chǎn)物中汽油、柴油、燃料油的收率情況見圖2，裂解液相產(chǎn)物中苯、甲苯、二甲苯的收率情況見圖3。其中，雙烯指乙烯和丙烯，三烯指乙烯、丙烯、1,3-丁二烯，下同。

圖1 加氫裂化尾油主要裂解產(chǎn)物的收率

圖2 加氫裂化尾油裂解產(chǎn)物中汽油、柴油、燃料油的收率

圖3 加氫裂化尾油裂解產(chǎn)物中苯、甲苯、二甲苯的收率

從圖1～圖3 可以看出，加氫裂化尾油的最佳裂解溫度為810 ℃。此時(shí)，三烯收率最高，二甲苯及甲苯收率也較高；溫度高于810 ℃時(shí)，甲苯和二甲苯的收率呈現(xiàn)下降趨勢。

2.2 化工輕油裂解性能評價(jià)

本實(shí)驗(yàn)在停留時(shí)間為0.205 s、出口壓力為0.085 MPa、水油質(zhì)量比為0.65 的條件下，在實(shí)驗(yàn)室蒸汽熱裂解裝置中分別進(jìn)行裂解溫度為790 ℃、800 ℃、810 ℃、820 ℃、830 ℃下化工輕油裂解性能評價(jià)試驗(yàn)，主要裂解產(chǎn)物的收率情況見圖4，裂解產(chǎn)物中汽油、柴油、燃料油的收率情況見圖5，裂解液相產(chǎn)物中苯、甲苯、二甲苯的收率情況見圖6。

圖4 化工輕油主要裂解產(chǎn)物的收率

圖5 化工輕油裂解產(chǎn)物中汽油、柴油、燃料油的收率

圖6 化工輕油裂解液相產(chǎn)物中苯、甲苯、二甲苯的收率

從圖4～圖6 可以看出，化工輕油在810 ℃時(shí)，三烯收率最大，其最佳裂解溫度為810 ℃。

2.3 加氫裂化尾油與化工輕油共裂解性能評價(jià)

由于加氫裂化尾油與化工輕油各自單獨(dú)裂解時(shí)確定的最佳裂解溫度同為810 ℃，為了考察加氫裂化尾油與化工輕油的混合共裂解性能，確定其共裂解條件為：裂解溫度為810 ℃、稀釋比為0.65、橫跨溫度為550 ℃。并把在此裂解條件下得到的產(chǎn)品收率作為基準(zhǔn)，兩種油品在不同混合比例得到的實(shí)際評價(jià)結(jié)果作為試驗(yàn)值，按混合比例計(jì)算得到的數(shù)據(jù)作為理論值，進(jìn)行試驗(yàn)值與理論值比較?；ぽp油與加氫裂化尾油共裂解性能曲線見圖7。

圖7 化工輕油與加氫裂化尾油共裂解性能曲線

從圖7 中可看出，當(dāng)化工輕油混合比例≥50%時(shí)，即以化工輕油為主料，將加氫裂化尾油向化工輕油中混合時(shí)，共裂解產(chǎn)物中三烯收率明顯低于理論值；而當(dāng)化工輕油摻煉比＜50%時(shí)，即以加氫裂化尾油為主料，將化工輕油向尾油摻煉時(shí)，共裂解得到的雙烯、三烯收率則略低于或基本與理論值一致，說明兩種油品應(yīng)以化工輕油向加氫裂化尾油中摻煉方式為主，并且在化工輕油摻煉比例為20%～30%時(shí)，共裂解效果最好。兩種油品混合共裂解時(shí)得到的雙烯、三烯收率曲線位于理論值曲線下方，說明化工輕油與加氫裂化尾油混合共裂解效果沒有單獨(dú)裂解效果好。

2.4 加氫裂化尾油與化工輕油共裂解經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

采用數(shù)學(xué)計(jì)算模型，用線性規(guī)劃方法，根據(jù)乙烯裝置各加工單元及整個(gè)裝置的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，搭建乙烯裝置經(jīng)濟(jì)評價(jià)模型。為使模擬裂解試驗(yàn)條件符合工廠裂解爐裝置運(yùn)行情況，在經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算模型中增加了乙烷、丙烷循環(huán)裂解、裂解汽油加氫以及芳烴裂解等裝置。經(jīng)濟(jì)效益以邊際利潤表示，具體計(jì)算方式采用產(chǎn)品銷售收入減去原料成本和加工費(fèi)。

兩種油品在不同的混合比例條件下共裂解經(jīng)濟(jì)評價(jià)曲線見圖8。

圖8 化工輕油與尾油共裂解經(jīng)濟(jì)評價(jià)曲線

從圖8 可看出，當(dāng)化工輕油的摻煉比＜40%時(shí)，兩種油品共裂解產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益高于同比例條件下共裂解的理論值，并且在摻煉比為20%時(shí)，兩種油品共裂解產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益最佳，說明兩種油品在適當(dāng)?shù)膿綗挶壤龡l件下，可以進(jìn)行混合共裂解。

3 結(jié)論

（1）近年來，乙烯原料來源逐漸多樣化，但乙烯裝置仍存在乙烯原料短缺的瓶頸問題。充分挖掘不同原料共裂解將是解決乙烯原料短缺和提高經(jīng)濟(jì)效益的新途徑。

（2）加氫裂化尾油與化工輕油可以共裂解，在停留時(shí)間為0.205 s、出口壓力為0.085 MPa、水油質(zhì)量比為0.65 的條件下，共裂解的最佳裂解溫度為810 ℃。

（3）化工輕油與加氫裂化尾油共裂解時(shí)，應(yīng)采用化工輕油向加氫裂化尾油中摻煉方式進(jìn)行，化工輕油合適的摻煉比例應(yīng)小于40%，其中最佳摻煉比為20%。