延遲焦化裝置摻煉稀釋瀝青的影響分析

劉宇虹

延遲焦化裝置摻煉稀釋瀝青的影響分析

劉宇虹

遼陽億方石油化工有限公司，遼寧 遼陽 111003

延遲焦化是以劣質(zhì)重油為原料，在高溫和長時間反應(yīng)條件下進(jìn)行深度熱裂化和縮合反應(yīng)的熱加工過程，是重質(zhì)油輕質(zhì)化的重要加工途徑。某石化公司煉油廠原加工原料為減壓渣油，為了實現(xiàn)延遲焦化裝置的效益最大化，在原料中摻煉了稀釋瀝青，進(jìn)行延遲焦化。結(jié)果表明：盡管稀釋瀝青與減壓渣油性質(zhì)有一定的區(qū)別，但在摻煉10%的稀釋瀝青后，焦化汽油和柴油收率均有不同程度的提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。盡管裝置出現(xiàn)了一些波動和腐蝕，產(chǎn)品品質(zhì)略有下降，但可以通過精細(xì)操作和二次加工處理，對裝置不會產(chǎn)生影響。

延遲焦化 稀釋瀝青 彈丸焦 摻煉 減壓渣油 熱裂化 重油輕質(zhì)化

世界石油資源供應(yīng)日趨緊張，原油品質(zhì)的重質(zhì)化和劣質(zhì)化趨勢也越來越明顯。在石油加工工藝方面依然面臨著許多新問題，其中一個主要的問題是如何充分利用現(xiàn)有的原油資源，安全環(huán)保地生產(chǎn)必需的產(chǎn)品。重油的深度脫碳過程已成為石油加工行業(yè)亟待解決的問題，其中延遲焦化工藝由于具有設(shè)備投資低、技術(shù)成熟等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用，而且隨著原油的劣質(zhì)化程度加深，延遲焦化工藝的發(fā)展?jié)摿σ矔鸩郊哟螅?］。延遲焦化是利用在熱轉(zhuǎn)化率（熱轉(zhuǎn)化深度）較低時重油不易結(jié)焦，讓重油快速通過焦化爐爐管并獲得重油輕質(zhì)化所需要的能量，使生焦反應(yīng)“延遲”到焦炭塔的工藝過程［2-4］。由于技術(shù)成熟、原料適應(yīng)性強、產(chǎn)品靈活性大、操作可靠性高以及投資和操作費用相對較低的特點［5-6］，延遲焦化得到了迅速發(fā)展。

延遲焦化工藝屬于深度熱裂解過程，主要是在熱裂解基礎(chǔ)上發(fā)展起來的工藝。該工藝采用加熱爐將原料加熱到反應(yīng)溫度，在高流速、短停留時間的條件下，使原料基本不發(fā)生反應(yīng)或只發(fā)生少量的裂化反應(yīng)就迅速離開加熱爐進(jìn)入焦炭塔，借助自身的熱量，原料在“延遲”狀態(tài)下進(jìn)行裂化和縮合反應(yīng)［7-8］。延遲焦化裝置實現(xiàn)了煉廠內(nèi)零排放，同時還能夠生產(chǎn)出許多高附加值的產(chǎn)品，包括液化氣、汽油和柴油。

目前，延遲焦化原料主要有常壓渣油、減壓渣油、催化油漿以及裂解焦油等，摻煉瀝青的較少，主要是由于瀝青性質(zhì)較為惡劣，不利于裝置的長周期平穩(wěn)運行，但相比于其他原料，瀝青價格優(yōu)勢明顯，在不影響裝置運行的情況下，可以嘗試少量摻煉。

1　裝置簡介

某石化公司煉油廠延遲焦化裝置于1992年建成投產(chǎn)，設(shè)計規(guī)模為1.0 Mt/a，加工遼河原油減壓渣油，經(jīng)擴能改造，裝置處理能力可達(dá)到1.4 Mt/a。目前，該延遲焦化裝置未達(dá)到滿負(fù)荷運行。為了提高裝置負(fù)荷，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，于2019年開始摻煉稀釋瀝青。

裝置工藝流程如圖1所示。原料減壓渣油首先進(jìn)入緩沖罐，用原料泵抽出，經(jīng)過換熱后進(jìn)入加熱爐對流室，升溫至340 ℃左右，隨后進(jìn)入分餾塔，再用循環(huán)油泵將其抽入加熱爐，迅速升溫至500 ℃左右，隨后進(jìn)入焦炭塔。減壓渣油在焦炭塔內(nèi)發(fā)生裂解、縮合等一系列反應(yīng)［9］，產(chǎn)生的高溫油氣返回進(jìn)入分餾塔下部，分餾塔油氣自上向下依次是富氣、汽油、柴油、蠟油、重蠟油。裝置的主要控制指標(biāo)如表1所示。

圖1　延遲焦化工藝流程

表1　延遲焦化裝置控制指標(biāo)

摻煉瀝青時，將稀釋瀝青與原料減壓渣油一起進(jìn)入原料緩沖罐，其他工藝過程與上文一致。

2　材料性質(zhì)分析

稀釋瀝青是用汽油、柴油等溶劑將石油瀝青稀釋而成的產(chǎn)品，外觀呈黑色，稀釋瀝青和減壓渣油的性質(zhì)見表2。

表2　稀釋瀝青和減壓渣油的性質(zhì)

注：15 ℃時的密度；酸值以KOH計；50 ℃時的運動黏度；水分為體積分?jǐn)?shù)；采用微量法測定殘?zhí)?；收率按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計；按每千克原料計。

由表2可見：與減壓渣油相比，稀釋瀝青樣品輕組分含量高，汽柴油收率會增加；硫含量高，易對設(shè)備造成腐蝕性；瀝青質(zhì)含量高，結(jié)焦傾向增加，易造成加熱爐結(jié)焦，縮短焦化裝置的運行周期。

3　摻煉稀釋瀝青對產(chǎn)品及效益的影響

3.1　對產(chǎn)品收率的影響

延遲焦化裝置原加工原料為減壓渣油，2019年3月開始摻煉稀釋瀝青。3月至5月每月?lián)綗捪♂尀r青4 kt，摻煉比（稀釋瀝青占減壓渣油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為4%。經(jīng)監(jiān)測對裝置無影響后，2019年6月?lián)綗挶忍嵘?0%。摻煉前后產(chǎn)品收率（按產(chǎn)品占減壓渣油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）變化情況如表3所示。

表3　產(chǎn)品質(zhì)量收率變化

由表3可知：由于2019年3月至5月?lián)綗挒r青的量比較低，對焦化汽油、柴油等主要產(chǎn)品收率的影響不大。2019年6月?lián)綗挶忍岣咧?0%后，焦化汽油收率較未提煉的稀釋瀝青提高了0.4%，焦化柴油收率較未提煉的稀釋瀝青提高0.69%，主要原因是稀釋瀝青365 ℃以下餾分質(zhì)量收率16.55%，延遲焦化裝置分餾塔塔底溫度365 ℃左右，進(jìn)料中低于365 ℃的組分直接進(jìn)入分餾塔的分餾段，使得焦化汽油、柴油收率提高。

3.2　對產(chǎn)品性質(zhì)的影響

焦化產(chǎn)品中汽油、柴油、蠟油和石油焦在摻煉稀釋瀝青后的性質(zhì)發(fā)生了變化，見表4。

表4　產(chǎn)品質(zhì)量變化

由表4可知：在延遲焦化裝置摻煉稀釋瀝青后，焦化原料性質(zhì)劣質(zhì)化，造成汽油、柴油性質(zhì)變差，主要表現(xiàn)在硫含量和氮含量增加，但可以通過加氫精制裝置進(jìn)行處理，降低硫含量和氮含量，再分別進(jìn)入汽油池和柴油池調(diào)和，可滿足國Ⅴ汽柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；對于蠟油和重蠟，由于催化裂化裝置對硫含量和氮含量沒有嚴(yán)格的指標(biāo)要求，可作為催化裂化原料進(jìn)行二次加工。

3.3　經(jīng)濟(jì)效益估算

2019年6月稀釋瀝青摻煉比提升至10%以后，產(chǎn)品價格和收率變化量如表5所示，其余副產(chǎn)品收率較小，且作為燃料使用，不做估算。原料減壓渣油價格2 000元/t，外購稀釋瀝青價格為1 421元/t，產(chǎn)品焦化汽油、焦化柴油和焦化蠟油均為扣除二次加工成本后的價格。

表5　焦化產(chǎn)品價格及收率變化

摻煉前原料全部為減壓渣油，加工量為10萬t/月；摻煉稀釋瀝青后，加工原料為減壓渣油9萬t/月，稀釋瀝青1萬t/月，每月成本降低：10×2 000-（9×2 000+1×1 421）=579萬元。每月產(chǎn)品效益增加：10×（-0.23%×2 781+0.40%×2 421+0.69%× 3 377-0.27%×1 946+0.42%×1 709）≈285萬元。緩蝕劑消耗量增加了0.015 kg/t，每噸價格為1.2萬元，年緩蝕劑成本增加：（100×10 000）×（0.015×0.001）×1.2=18萬元。年效益增加：12×（285+579）-18=10 350萬元。

4　摻煉稀釋瀝青遇到的問題及解決建議

1）稀釋瀝青水含量和輕組分含量較高，其中水的氣化潛熱較大，稀釋瀝青中水含量為0.2%，大量水氣化會使氣相負(fù)荷增大，分餾塔頂壓力由0.19 MPa上升至0.23 MPa，增加塔頂冷卻器負(fù)荷，回流罐水量增多，塔頂產(chǎn)品變重，影響了產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時會造成淹塔，只能通過增大回流比、降低塔頂溫度等措施防止繼續(xù)沖塔。

2）如果摻煉比例過大，裝置進(jìn)料性質(zhì)劣化，瀝青質(zhì)含量高，裝置產(chǎn)彈丸焦概率增大。2019年10月嘗試提高稀釋瀝青摻煉比至15％，原料性質(zhì)劣化，車間員工精細(xì)操作，及時采取措施，降低循環(huán)比，降低加熱爐出口溫度，但清理石油焦過程中，仍然發(fā)現(xiàn)大量彈丸焦［10］。此外，生焦過程中，還引起焦炭塔及附屬管線的劇烈晃動，影響裝置的安全運行。

3）由于稀釋瀝青硫含量高、酸值高，所以對裝置的腐蝕性也會增大，需適當(dāng)增加焦化分餾塔緩蝕劑注入量，同時加強對塔頂循環(huán)、重餾分油等部位的腐蝕監(jiān)測。摻煉稀釋瀝青后，緩蝕劑消耗量由0.040 kg/t提高到了0.055 kg/t，未發(fā)生腐蝕泄漏現(xiàn)象。

5　結(jié)論

與減壓渣油相比，原料稀釋瀝青綜合質(zhì)量較差，摻煉稀釋瀝青后，裝置運行苛刻度明顯增加，產(chǎn)品性質(zhì)變差，加熱爐結(jié)焦速度加快，導(dǎo)致焦炭塔和分餾塔系統(tǒng)存在不同程度的設(shè)備問題，可以通過精細(xì)操作、注入緩釋劑、二次加工處理等方式，使得摻煉稀釋瀝青后對裝置平穩(wěn)運行未產(chǎn)生影響，但摻煉量不宜過大。從裝置整體效益看，摻煉少量稀釋瀝青，有利于改善產(chǎn)品分布，提高汽柴油產(chǎn)量，降低低價值的石油焦產(chǎn)品，年增效在1億元以上。因此，延遲焦化裝置摻煉稀釋瀝青的工業(yè)應(yīng)用具有較大的借鑒作用，值得推廣應(yīng)用。

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Analysis of the influence of delayed coking unit blending dilute asphalt

LIU Yuhong

，111003，

Delayed coking is a thermal process of deep thermal cracking and condensation reaction with low-grade heavy oil as raw material under high temperature and long reaction time. In order to maximize the benefit of delayed coking unit， diluted asphalt was blended into the raw material of vacuum residue in a refinery of a petrochemical company. Results showed that although the properties of diluted asphalt were different from that of vacuum residue， the yield of coker gasoline and diesel oil were improved in some degree and the economic benefit was increased remarkably after blending 10% diluted asphalt. Although the device had some fluctuations and corrosion， product quality problems， but after fine operation and secondary processing， the device would not have an impact.

delayed coking； diluted asphalt； projectile coke； blend； vacuum residue； thermal cracking； heavy oil lightening

2021-11-03

劉宇虹，工程師；研究方向：煉油技術(shù)；E?mail：axjlxue@163.com

［責(zé)任編輯 林本蘭］