噴氣燃料餾分進催化裂化LTAG噴嘴回煉的工業(yè)實踐

李 明，劉子龍，王 磊

(中國石化石家莊煉化分公司，石家莊 050099)

隨著煉油、化工市場競爭的日趨激烈，煉化企業(yè)通常選擇不斷優(yōu)化調整產品結構、增加高附加值產品收率的辦法來提高企業(yè)整體效益。2020年，成品油市場需求量銳減，汽油、柴油等成品油價格長期處于低位。由于航空運輸量的下降，噴氣燃料的需求量同步降低，其價格也從前期的5 000元/t左右下降到2 000元/t以下。隨著煉油企業(yè)噴氣燃料配置計劃逐漸減少，其去向問題成了企業(yè)亟待解決的問題。

為壓減噴氣燃料產量，同時提高全廠效益，煉油企業(yè)通常在滿足配置計劃的前提下，通過調整常減壓蒸餾裝置的常壓塔操作，將噴氣燃料餾分壓入柴油餾分，將部分噴氣燃料調合進車用柴油外銷，或將其回煉至催化裂化、加氫裂化等二次加工裝置，使其轉化成汽油、液化氣等高附加值產品。

催化裂化LTAG技術[1]由中國石化石油化工科學研究院研發(fā)，設計將加氫后的催化裂化柴油(Light Cycle Oil，簡稱LCO)送入催化裂化裝置的提升管反應器回煉，生產高辛烷值汽油調合組分。工業(yè)應用結果表明，加氫LCO的轉化率接近70%，汽油選擇性接近80%，液化氣選擇性大于10%[2]。近幾年，LTAG技術得到推廣應用，除了加工加氫LCO，部分裝置也將汽油、石腦油、直餾柴油等作為回煉物料，以改善產品結構，均取得了較好的產品分布及經濟效益。

基于以上情況，中國石化石家莊煉化分公司(簡稱石家莊煉化公司)將2號常減壓蒸餾裝置的噴氣燃料餾分引入3號催化裂化裝置提升管反應器的LTAG噴嘴，使其發(fā)生裂化反應，從而壓減噴氣燃料產量，增產汽油、液化氣等高附加值產品。以下對此工業(yè)實踐情況進行總結。

1 裝置簡介

石家莊煉化公司3號催化裂化裝置于2014年8月首次開工，設計加工能力為2.2 Mt/a，年開工時數為8 400 h，操作彈性為70%～110%。裝置反應部分采用MIP工藝技術，提升管反應器底部采用新型預提升加速段，頂部采用密閉旋流式快速分離系統(tǒng)(VQS)；再生部分采用單段床層的完全再生技術，能量回收機組采用三機組(煙機-主風機-電動/發(fā)電機)形式；再生煙氣配套使用氨法脫硫和低溫氧化脫硝技術。2017年大檢修期間，裝置增加了LTAG技術流程，可根據生產需要回煉加氫LCO、噴氣燃料餾分和石腦油等。

為考察噴氣燃料進入催化裂化裝置LTAG噴嘴回煉對產品分布、產品性質等情況的影響，在保證裝置重油進料、操作條件穩(wěn)定的前提下，對3號催化裂化裝置進行了噴氣燃料回煉量不同的兩種工況的標定，并與空白標定(沒有回煉)結果進行對比。

2 標定過程

2.1 標定工況

空白標定及回煉噴氣燃料餾分標定時選擇相同的重油進料量及進料組成，其中重油進料量維持在210 t/h左右，重油組成包括加氫渣油、加氫蠟油及未加氫的減壓渣油，標定期間各重油原料進料比例維持不變。為了不影響加工流程，標定期間保留液化氣脫硫醇裝置反抽提汽油、聚丙烯裝置放空氣等進裝置流程，且保持外來物料流量穩(wěn)定。噴氣燃料餾分回煉量選擇10 t/h(定義為工況1)及20 t/h(定義為工況2)兩種工況，每組工況標定48 h，共標定96 h。

2.2 原料性質

標定期間2號常減壓蒸餾裝置噴氣燃料餾分的性質如表1所示。由表1可見：回煉工況下，噴氣燃料餾分的10%餾出溫度較空白標定期間均略有下降，表明其輕組分含量有所增加；但兩組回煉工況下噴氣燃料餾分的10%餾出溫度接近，不影響兩組回煉工況間的對比；噴氣燃料餾分的其他性質較為穩(wěn)定；噴氣燃料餾分的180 ℃餾出率為44%～52%，原因為原油品種的變化導致常壓蒸餾塔操作壓力高于設計壓力，部分石腦油被壓入噴氣燃料餾分中。

表1 2號常減壓蒸餾裝置噴氣燃料餾分的性質

標定期間3號催化裂化裝置重油原料的主要性質如表2所示。由表2可見：重油原料的性質基本穩(wěn)定，其中密度(20 ℃)為915 kg/m3左右、殘?zhí)繛?.1%左右；由于摻煉未加氫的減壓渣油，重油原料硫質量分數為0.5%～0.7%、氮質量分數達0.16%以上；在噴氣燃料餾分回煉量為20 t/h的工況2下原料中的金屬含量增加明顯，鐵質量分數達到14.4 μg/g，(鎳+釩)質量分數大于20.0 μg/g。

表2 3號催化裂化裝置重油原料的主要性質

2.3 主要操作條件

標定期間3號催化裂化裝置的主要運行參數如表3所示。由表3可見，標定期間除噴氣燃料餾分回煉量不同外，其他運行參數基本維持穩(wěn)定，其中重油進料量為210 t/h左右，平衡劑活性為62%左右，反應、再生系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。因噴氣燃料餾分回煉量由2號常減壓蒸餾裝置控制，故實際回煉量與計劃值略有偏差。

表3 3號催化裂化裝置的主要運行參數

3 結果與討論

3.1 物料平衡

標定期間3號催化裂化裝置的物料平衡數據如表4所示。其中：物料平衡核算過程不考慮損失，對產品收率進行歸一化處理；噴氣燃料餾分進入提升管反應器后，按裝置的原料進行物料衡算；液化氣脫硫醇反抽提汽油及聚丙烯裝置放空氣回收至3號催化裂化裝置分餾塔，核算時將其從產品液化氣中扣除。

表4 3號催化裂化裝置的物料平衡數據 w，%

由表4可見，與空白工況相比，兩種回煉工況的干氣、液化氣、汽油收率均上升，LCO、油漿、焦炭產率均下降，且隨著回煉量的增加，產品收率的變化趨勢加劇。其中，工況1和工況2的干氣產率分別增加0.12百分點和0.26百分點，液化氣收率分別增加0.21百分點和0.20百分點，汽油收率分別增加0.73百分點和1.79百分點，LCO收率分別下降0.35百分點和1.23百分點，油漿產率分別下降0.56百分點和0.82百分點，焦炭產率分別下降0.15百分點和0.20百分點，(液化氣+汽油+LCO)總液體產品收率分別增加0.59百分點和0.76百分點。

上述結果表明，噴氣燃料餾分進入LTAG噴嘴回煉后，對汽油及更輕組分的產率產生正貢獻，對LCO及更重組分的產率產生負貢獻。分析原因可知，噴氣燃料餾分是較容易裂化的直餾餾分，進入提升管原料噴嘴后，在較高的劑油比下發(fā)生劇烈的裂化反應，生成汽油和氣體等輕組分。由于噴氣燃料餾分進入提升管的溫度為120～130 ℃，低于正常重油進料溫度，為滿足進料汽化熱及裂化反應熱的增加，再生滑閥開度增大，使劑油比增加。高劑油比下，重油裂化的轉化率增大，干氣、液化氣、汽油產率上升[3]，LCO、油漿產率下降。理論上焦炭產率隨劑油比的增加而增大，但由于直餾的噴氣燃料餾分裂化后的焦炭產率較低，作為原料與重油共同核算后，焦炭總產率略有下降。

假設在噴氣燃料餾分回煉工況下原重油裂化的產品分布不變，從表4的產品產率中減去原重油裂化產品的產率作為噴氣燃料餾分裂化的產品產率，再將工況1、工況2的產品產率扣除損失項作歸一化處理后取平均值，由此核算噴氣燃料餾分發(fā)生裂化反應后的產品分布情況，結果如表5所示。

表5 噴氣燃料餾分催化裂化反應的產品分布回歸計算結果

由表5中的歸一化處理結果可見：噴氣燃料餾分經催化裂化反應后，大部分轉化為汽油、液化氣產品，少部分轉化為干氣、LCO和焦炭；汽油收率達到56.67%，液化氣收率達到27.38%，干氣、LCO和焦炭的產率均低于10%。由此可見，噴氣燃料餾分回煉后，主要裂化產物為汽油和液化氣，其收率之和達到80%以上，這是噴氣燃料餾分回煉希望得到的結果，即低附加值的噴氣燃料餾分經過裂化反應后轉化為高附加值的汽油和液化氣，有利于全廠效益的提升。干氣產率為6.76%，大于重油催化裂化的干氣收率(4.12%，見表4空白標定)，原因為噴氣燃料餾分回煉到提升管底部，在高溫、大劑油比的反應條件下，熱裂化、催化裂化反應程度都很劇烈，干氣收率較高。油漿產率計算結果為負值，原因在于：①從噴氣燃料餾分的餾程可知其90%以上為汽油組分，當發(fā)生裂化反應時，除少部分縮合成焦炭外，基本不生產油漿組分；②噴氣燃料餾分回煉使反應劑油比增大，減緩了重油生成油漿的趨勢，使油漿總產率呈下降趨勢，故噴氣燃料生成的油漿產率為負值。

3.2 產品性質

標定期間液化氣產品的組成如表6所示，汽油產品的主要性質如表7所示。

表6 標定期間液化氣產品的組成 φ，%

由表6可見，與空白工況相比，回煉噴氣燃料餾分工況下，產品液化氣的組成未發(fā)生明顯變化。隨著回煉量的增加，(C3+C4)烷烴含量呈上升趨勢，(C3+C4)烯烴含量呈下降趨勢，但變化幅度均不大。原因可能是噴氣燃料餾分在高溫催化劑的熱作用下發(fā)生較多熱裂化反應，生成了烷烴組分。

表7 標定期間汽油產品的主要性質

由表7可見：與空白工況相比，噴氣燃料餾分回煉的兩種工況下，汽油產品的餾程及蒸氣壓均無明顯變化；工況1和工況2的汽油芳烴體積分數分別下降0.2百分點和0.5百分點，這是因為噴氣燃料餾分主要為直鏈組分，其裂化后生成的芳烴含量低于重油裂化生成的芳烴含量，且隨著回煉量增加，產品芳烴含量降低幅度增大；汽油烯烴含量無明顯變化；汽油苯體積分數分別上升0.05百分點和0.07百分點，這是因為噴氣燃料餾分回煉導致劑油比增加，裂化反應和氫轉移反應程度均上升[4-5]，加劇了原料重油中的大分子芳烴裂化成小分子芳烴的趨勢；汽油RON分別下降0.2和0.6。

對于成品汽油池中催化裂化汽油占比較高的企業(yè)，需將催化裂化汽油苯含量及RON作為噴氣燃料餾分回煉的限制條件。

4 結 論

在催化裂化裝置重油進料量(約210 t/h)、進料組成及主要操作條件維持穩(wěn)定的前提下，與空白工況相比，噴氣燃料餾分回煉量分別為11.2 t/h和21.1 t/h的兩種工況下：

(1)干氣產率分別增加0.12百分點和0.26百分點，液化氣收率均增加0.2百分點左右，汽油收率分別增加0.73百分點和1.79百分點；LCO收率分別下降0.35百分點和1.23百分點，油漿產率分別下降0.56百分點和0.82百分點，焦炭產率分別下降0.15百分點和0.20百分點，(液化氣+汽油+LCO)總液體產品收率分別增加0.59百分點和0.76百分點。隨著噴氣燃料餾分回煉量的增加，產品收率變化幅度增大。

(2)噴氣燃料餾分經催化裂化反應后，回歸計算得出的汽油收率達到56.67%，液化氣收率達到27.38%，干氣、LCO、焦炭產率均低于10%。

(3)產品液化氣的(C3+C4)烷烴含量呈上升趨勢，(C3+C4)烯烴含量呈下降趨勢，但變化幅度均不大。

(4)產品汽油的芳烴體積分數分別下降0.2百分點和0.5百分點，苯體積分數分別上升0.05百分點和0.07百分點，RON分別下降0.2和0.6。對于成品汽油池中催化裂化汽油占比較高的企業(yè)，需將催化裂化汽油苯含量及RON作為噴氣燃料餾分回煉的限制條件。