油漿脫固及應(yīng)用于調(diào)和低硫船燃可行性研究

莊 越

（中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南儋州 578101）

為控制船用燃料油在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染，國(guó)際海事組織（IMO）于2020年1月1日起強(qiáng)制執(zhí)行新的硫排放限制法規(guī)，全球船用燃料油硫含量將由不超過(guò)3.5%（w）降至不超過(guò)0.5%（w）[1]。為滿足環(huán)保要求，我國(guó)先后發(fā)布了《船舶大氣污染物排放控制區(qū)實(shí)施方案》和《2020年全球船用燃油限硫令實(shí)施方案》[2]，對(duì)船用燃料油硫含量的要求已完全與國(guó)際接軌。長(zhǎng)期看，新標(biāo)準(zhǔn)每年將使全球近8 000萬(wàn)～10 000萬(wàn)噸的高硫船燃被低硫船燃、船用柴油等取代，我國(guó)低硫船用燃料油市場(chǎng)也被隨之打開(kāi)。2020年1月22日，我國(guó)出臺(tái)了《關(guān)于對(duì)國(guó)際航行船舶加注燃料油實(shí)行出口退稅政策的公告》，對(duì)國(guó)際航行船舶在我國(guó)沿海港口加注燃料油，實(shí)行出口退（免）稅政策，對(duì)低硫船燃生產(chǎn)供應(yīng)給予支持[3]。

低硫船用燃料油作為目前市場(chǎng)需求量較大的船燃，如何經(jīng)濟(jì)、高效的生產(chǎn)低硫船用燃料油已然成為市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)之一。生產(chǎn)低硫船用燃料油是H公司的生產(chǎn)運(yùn)行常態(tài)，目前生產(chǎn)低硫船用燃料油使用的是渣油加氫脫硫（RDS）尾油和重芳烴調(diào)和，RDS尾油占比90%左右。這種調(diào)和方式，需要大量RDS尾油，嚴(yán)重壓縮了催化裂化裝置的生產(chǎn)。為了提高裝置生產(chǎn)負(fù)荷，同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益，如何利用催化油漿作為低硫船用燃料油的調(diào)和組分成為目前重點(diǎn)工作，但油漿脫固難度較大、技術(shù)門類繁多，經(jīng)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)工業(yè)化較成熟的催化油漿脫固技術(shù)有兩個(gè)，一是催化油漿無(wú)機(jī)膜錯(cuò)流過(guò)濾技術(shù)，二是催化油漿的脫灰劑凈化技術(shù)，油漿無(wú)機(jī)膜錯(cuò)流過(guò)濾技術(shù)近幾年通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，過(guò)濾運(yùn)行周期有所延長(zhǎng)，但密封、設(shè)備磨損、膜孔堵塞等問(wèn)題仍是裝置長(zhǎng)期運(yùn)行的主要瓶頸[4]。脫灰劑凈化技術(shù)則能夠顯著提高油漿中催化劑粉末的沉降速率和脫除程度，具有操作過(guò)程簡(jiǎn)單、分離效果好、分離時(shí)間短、設(shè)備投資少的優(yōu)點(diǎn)[5]，脫固油漿作為低硫船用燃料油的組分效益顯著，調(diào)和生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)將脫固油漿、RDS尾油和重芳烴按比例調(diào)和，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。本文以H公司為例，開(kāi)展油漿脫固及應(yīng)用于調(diào)和低硫船燃研究，降低成本，減輕生產(chǎn)負(fù)荷。

1 調(diào)和低硫船燃前催化油漿脫灰處理

1.1 催化油漿及催化油漿脫灰劑性質(zhì)及質(zhì)量指標(biāo)

催化油漿密度較大、運(yùn)動(dòng)黏度大，且固體含量高，都是不利于油漿中固體催化劑粉末脫除的因素。H公司催化油漿的性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 催化油漿性質(zhì)

催化油漿脫灰劑為有機(jī)表面分散劑，可以有效減小油漿的表面張力，增加極性分子之間凝聚力，使催化劑粉末由較小比重變?yōu)檩^大比重，減小油漿的黏度，加快催化劑粉末的沉降速率。脫灰劑主要成分為C、H、N元素，對(duì)環(huán)境無(wú)不利影響。催化油漿脫灰劑的質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 催化油漿脫灰劑質(zhì)量指標(biāo)

1.2 催化裂化裝置加注脫灰劑的工藝指標(biāo)及操作要求

催化油漿技術(shù)指標(biāo)及操作要求見(jiàn)表3。

表3 催化油漿技術(shù)指標(biāo)及操作要求

1.3 脫固處理前油漿采樣分析

本次油漿脫固試驗(yàn)前進(jìn)行了3次采樣分析，分別對(duì)催化油漿灰分、密度、固含量進(jìn)行了測(cè)試，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。結(jié)合表4分析脫灰前催化油漿物理性質(zhì)，參考油漿調(diào)和低硫船用燃料油標(biāo)準(zhǔn)，該催化油漿灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高于0.05%，無(wú)法參與低硫船用燃料油的調(diào)和。

表4 催化油漿脫灰前分析數(shù)據(jù)

1.4 催化油漿脫固處理

本次工業(yè)試驗(yàn)基于H公司工業(yè)試驗(yàn)平臺(tái)，使用廣東某公司生產(chǎn)的催化裂化油漿脫灰劑，在1號(hào)、2號(hào)油罐上進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)過(guò)程中，首先將脫灰劑抽入儲(chǔ)罐中，而后啟動(dòng)計(jì)量泵以小于或等于600 mg/kg的脫灰劑平穩(wěn)地注入裝置油漿外甩管道中，經(jīng)過(guò)靜態(tài)混合器混合后，從罐底注入油漿儲(chǔ)罐中沉降，在罐區(qū)收集加劑后的油漿2罐。沉降溫度保持在90～95℃，脫固油漿在罐內(nèi)經(jīng)24～72 h的沉降后，在油罐中部、下部進(jìn)行采樣分析。加注參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 試驗(yàn)過(guò)程添加脫灰劑數(shù)據(jù)

1.5 脫固試驗(yàn)后的灰分

1號(hào)、2號(hào)罐收滿脫固油漿后，每隔24 h對(duì)沉降樣品進(jìn)行檢測(cè)分析。1號(hào)、2號(hào)罐采樣灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)圖1。

從圖1看出，當(dāng)進(jìn)行自然沉降72 h時(shí)，發(fā)現(xiàn)1號(hào)、2號(hào)罐催化油漿中、下層灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于0.05%，達(dá)到低硫船然調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)，證明在自然沉降72 h后，脫固油漿可用于低硫船用燃料油調(diào)和試驗(yàn)。

圖1 1號(hào)、2號(hào)罐采樣灰分含量

2 脫固油漿應(yīng)用于低硫船燃調(diào)和

2.1 調(diào)和配比確定

目前低硫船用燃料油的調(diào)和組份主要是RDS尾油和重芳烴，RDS尾油占比90%，本次工業(yè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)在低硫船用燃料調(diào)和中加入符合低硫船燃調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)的脫固油漿，結(jié)合前期試驗(yàn)成果，通過(guò)多次調(diào)和各組份比例，按照RDS尾油、重芳烴、脫固油漿質(zhì)量比為80∶10∶10進(jìn)行調(diào)配，調(diào)和后組分、物性參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表6。通過(guò)對(duì)比得出，加入10%脫固油漿進(jìn)行調(diào)和低硫船用燃料油的各項(xiàng)參數(shù)符合低硫船用燃料油產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，且與未加入脫固油漿的低硫船用燃料油參數(shù)基本接近，證明調(diào)和配比理想。

表6 脫固油漿10%和未加入油漿調(diào)和低硫船燃組分含量參數(shù)

綜上所述，本次試用的催化裂化油漿脫灰劑生產(chǎn)的脫固油漿調(diào)和低硫船用燃料油試生產(chǎn)工作取得預(yù)期效果，試驗(yàn)結(jié)果顯示，該調(diào)和方式能夠降低低硫船用燃料油的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)低價(jià)值油漿轉(zhuǎn)為高價(jià)值船燃的提質(zhì)增效目標(biāo)。

2.2 罐底高含量固體物質(zhì)的處理

高含量固體油漿沉積在罐底，主要成分是催化劑粉末，其商品價(jià)值不高。而不斷生產(chǎn)脫固油漿致使催化劑粉末持續(xù)沉降，縮短清罐周期，增加清罐成本和人工成本，不利于降本創(chuàng)效。為增加高含量固體油漿利用率以及降低成本，在調(diào)和低硫船燃時(shí)將脫固油漿罐的液位抽至高固物質(zhì)沉積層以上，通過(guò)抽罐底線將罐底高固含量的油漿抽至普通油漿罐，再循環(huán)普通油漿罐使高固油漿與普通油漿充分混合，將其均勻分布，實(shí)現(xiàn)將高含量固體油漿混合至普通油漿出廠，減少危險(xiǎn)廢棄物的產(chǎn)生和清罐頻率，降低清罐成本與人工成本。

2.3 應(yīng)用于調(diào)和低硫船燃經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

相比于直接使用RDS尾油和重芳烴調(diào)和的低硫船用燃料油（調(diào)配比90∶10），加入脫固后的催化油漿可以作為低硫船用燃料油優(yōu)良、低成本的調(diào)和組分。相比于使用生產(chǎn)成本高的催化裂化原料RDS尾油和重芳烴生產(chǎn)的低硫船用燃料油，采用RDS尾油、重芳烴、脫固油漿方式生產(chǎn)的低硫船用燃料油，品質(zhì)基本相同，但減少了近10%高價(jià)值RDS尾油，降低了船燃生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高了船燃產(chǎn)能。通過(guò)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，H公司5個(gè)月中生產(chǎn)低硫船燃累計(jì)使用脫固油漿達(dá)21 080 t，按脫固劑的市場(chǎng)行情10萬(wàn)元/t，每生產(chǎn)1 t脫固油漿的成本58元，結(jié)合2020年4月低硫船用燃料油市場(chǎng)價(jià)格1 517元/t[3]和普通燃料油市場(chǎng)價(jià)格130元/t進(jìn)行利潤(rùn)差值計(jì)算，累積創(chuàng)效2 800萬(wàn)元，達(dá)到了降本增效的目的。

3 結(jié)論

1）在多種油漿脫固技術(shù)中選擇操作技術(shù)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低的脫灰劑凈化催化油漿技術(shù)。為了得到適合調(diào)和低硫船用燃料油的脫固油漿，在工業(yè)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了催化油漿脫灰試驗(yàn)，分析了脫固前后油漿組分、物性參數(shù)的變化，其脫固72 h后基本符合低硫船燃調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)。

2）原始調(diào)和低硫船用燃料調(diào)和組分為RDS尾油和重芳烴（90∶10），將脫固后符合調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)的油漿加入到調(diào)和低硫船用燃料油中，確定在加入脫固油漿后為RDS尾油、重芳烴、脫固油漿最佳調(diào)和比例為80∶10∶10。高價(jià)值RDS尾油占比減少約10%，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)能力，同時(shí)釋放了催化裂化裝置生產(chǎn)負(fù)荷。