減黏工藝生產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油研究

趙志飛，齊建勛，方 東

(中國(guó)石油華北石化分公司，河北 任丘 062552)

保守預(yù)計(jì)，2025年我國(guó)保稅船用燃料油的市場(chǎng)需求量將達(dá)到30.00 Mt以上[1]。隨著國(guó)內(nèi)煉油能力和成品油需求之間的矛盾越來(lái)越嚴(yán)重，低硫船用燃料油是未來(lái)煉化企業(yè)能夠增加產(chǎn)量的大宗產(chǎn)品之一，是解決重油平衡，緩解成品油過(guò)剩問(wèn)題的一個(gè)突破點(diǎn)。

船用燃料油分為餾分燃料油和重質(zhì)燃料油(即殘?jiān)腿剂嫌?，其中RMG180和RMG380兩種重質(zhì)燃料油主要用于遠(yuǎn)洋低速發(fā)動(dòng)機(jī)[2]，是市場(chǎng)主流消費(fèi)品種，需求量最大。下文如無(wú)特別說(shuō)明，所述船用燃料油均指這兩種重質(zhì)船用燃料油。低硫船用燃料油常用的調(diào)合組分有低硫減壓渣油(簡(jiǎn)稱減渣)、加氫渣油、催化裂化脫固油漿(簡(jiǎn)稱脫固油漿)、催化裂化柴油(簡(jiǎn)稱催化柴油)等[3-4]。低硫減渣的黏度和傾點(diǎn)較高，催化裂化油漿(簡(jiǎn)稱催化油漿)又受催化裂化加工規(guī)模的限制而產(chǎn)量不足，二者均難以大量調(diào)合到低硫船用燃料油，因而必須摻入大量附加值相對(duì)較高的加氫渣油和催化柴油，導(dǎo)致低硫船用燃料油生產(chǎn)成本居高不下，影響煉油廠效益。因此，通過(guò)降低低硫減渣的傾點(diǎn)和黏度而提高其摻入比例是降低低硫船用燃料油生產(chǎn)成本的有效途徑。

減黏裂化(簡(jiǎn)稱減黏)的目的是通過(guò)淺度熱裂化反應(yīng)把重質(zhì)高黏度渣油轉(zhuǎn)化為較低黏度和較低傾點(diǎn)的燃料油調(diào)合組分，以使燃料油達(dá)到規(guī)格要求，或雖未達(dá)到要求但可以減少摻合的輕質(zhì)餾分的量[5]。國(guó)內(nèi)減黏裝置數(shù)量較少的主要原因是減黏過(guò)程的輕油收率低，為增加輕油收率而提高轉(zhuǎn)化深度時(shí)生焦嚴(yán)重，影響運(yùn)行周期[6]。隨著成品油需求減少，低硫船用燃料油需求增加，應(yīng)重視減黏工藝對(duì)低硫船用燃料油生產(chǎn)的作用。

以下以某煉化公司為例，研究低硫船用燃料油調(diào)合組分特性，改進(jìn)減黏工藝條件，優(yōu)化調(diào)合方案，在低成本生產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油的同時(shí)改善催化裂化裝置進(jìn)料，提高公司整體經(jīng)濟(jì)效益。

1 低硫船用燃料油生產(chǎn)現(xiàn)狀

某原油加工規(guī)模為10 Mt/a的煉化公司采用常減壓蒸餾-渣油加氫-催化裂化的加工路線，其催化裂化裝置的規(guī)模較小，且閑置一套0.40 Mt/a減黏裝置。隨著加工的原油越來(lái)越重質(zhì)化，該公司低硫重質(zhì)船用燃料油生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，達(dá)到0.72 Mt/a，公司面臨低成本生產(chǎn)大量低硫船用燃料油并解決重油加工瓶頸的問(wèn)題。

1.1 生產(chǎn)流程

該公司原有的船用燃料油生產(chǎn)流程如圖1所示。兩套常減壓蒸餾裝置中，一套加工國(guó)內(nèi)低硫原油，一套加工進(jìn)口中東高硫原油；渣油加氫裝置有兩個(gè)系列(兩個(gè)系列均帶汽提塔)，根據(jù)不同原油特性分輸分煉，加氫產(chǎn)物在分餾單元合并。根據(jù)船用燃料油調(diào)合組分低附加值、重質(zhì)化等原則，調(diào)合組分以低硫減渣、加氫渣油為主，催化油漿脫固處理后作為調(diào)合組分，并補(bǔ)充部分催化柴油。

圖1 原有船用燃料油生產(chǎn)流程

1.2 調(diào)合組分及調(diào)合結(jié)果

該公司低硫重質(zhì)船用燃料油調(diào)合組分的種類及性質(zhì)見(jiàn)表1。由表1可以看出：低硫減渣黏度大，傾點(diǎn)高，硫含量較高；催化油漿的黏度較小，傾點(diǎn)較低，采用脫灰劑脫固處理后其金屬含量仍較高，密度較大；加氫渣油性質(zhì)居中，硫含量較低，黏度較小，傾點(diǎn)稍高；催化柴油的硫含量和黏度均較小，傾點(diǎn)較低，調(diào)合時(shí)用作稀釋組分。

表1 低硫船用燃料油調(diào)合組分及性質(zhì)

目前該公司油漿產(chǎn)量為0.11 Mt/a，常用的低硫船用燃料油調(diào)合配方有3種，分別是：①m(低硫減渣)∶m(催化柴油)=40∶60；②m(加氫渣油)∶m(催化柴油)=75∶25；③m(低硫減渣)∶m(加氫渣油)∶m(脫固油漿)∶m(催化柴油)=20∶35∶15∶30。其中，配方③的調(diào)合成本最低，采用該方案調(diào)合所得低硫船用燃料油的性質(zhì)見(jiàn)表2。配方③中輕質(zhì)餾分的占比仍較高，由表2可以看出，此配方下低硫船用燃料油的殘?zhí)績(jī)H7.58%。

表2 配方③所得低硫船用燃料油的性質(zhì)

因低硫減渣黏度大，傾點(diǎn)高，限制了其調(diào)合比例，需研究解決降低其黏度和傾點(diǎn)的方法，以降低輕質(zhì)餾分的調(diào)合比例，另外增大低硫減渣調(diào)合比例后，需通過(guò)增加更低硫含量的組分來(lái)滿足低硫船用燃料油的硫含量要求。

2 采用減黏工藝生產(chǎn)低硫船用燃料油方案

減黏裂化過(guò)程中主要發(fā)生裂解和縮合反應(yīng)，帶有側(cè)鏈的化合物側(cè)鏈斷裂，形成小分子，黏度減小，傾點(diǎn)降低；膠質(zhì)除了裂解成小分子外，還易縮合成瀝青質(zhì)；當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定深度后，瀝青質(zhì)含量增加到超過(guò)體系容納能力時(shí)則會(huì)析出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成焦炭(甲苯不溶物)。因此，需針對(duì)進(jìn)料性質(zhì)及產(chǎn)品要求，對(duì)減黏裝置進(jìn)行工藝優(yōu)化。

2.1 優(yōu)化減黏條件生產(chǎn)減黏重油

減黏裝置設(shè)計(jì)加工量為0.40 Mt/a，采用上流式反應(yīng)器減黏裂化工藝，具有低溫、長(zhǎng)停留時(shí)間特點(diǎn)，操作條件比較緩和，有利于裂化反應(yīng)而不利于縮合反應(yīng)，產(chǎn)品安定性較好，生焦率較低。文獻(xiàn)[7]以塔河常壓渣油為原料考察了減黏過(guò)程反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品的黏度和甲苯不溶物含量的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品黏度、甲苯不溶物含量的影響

由圖2可以看出：渣油的減黏效果明顯；當(dāng)反應(yīng)溫度大于420 ℃后產(chǎn)品黏度下降不再明顯，但甲苯不溶物含量快速增加，生焦加快[7]。借鑒上述結(jié)果，本研究中，以生產(chǎn)低硫船用燃料油為目的的減黏過(guò)程，操作溫度區(qū)間以400～420 ℃為宜。

對(duì)于已建成裝置，影響渣油減黏效果的關(guān)鍵因素為反應(yīng)溫度和進(jìn)料性質(zhì)，反應(yīng)溫度低，裂化反應(yīng)緩和，生成油黏度改善程度低，生焦率低，運(yùn)行周期長(zhǎng)；反應(yīng)溫度高，裂化反應(yīng)加劇，生成油黏度改善程度高，生焦率高，運(yùn)行周期短；原料性質(zhì)好，減黏產(chǎn)品黏度小，傾點(diǎn)低，但可加工的減壓渣油量降低，因此需綜合考慮產(chǎn)品性質(zhì)和加工量關(guān)系。根據(jù)文獻(xiàn)[5]，采用芳香性較強(qiáng)的物料作稀釋組分有利于降低調(diào)合產(chǎn)品的黏度，結(jié)合公司現(xiàn)有低硫船用燃料油調(diào)合組分情況，可采用摻入部分脫固油漿的方法改善進(jìn)料性質(zhì)。為此，分別針對(duì)100%低硫減渣和m(低硫減渣)∶m(脫固油漿)=3∶1的混合原料(簡(jiǎn)稱3比1混合原料)進(jìn)行了減黏試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。其中，3比1混合原料的運(yùn)動(dòng)黏度(50 ℃)為10 551 mm2/s，傾點(diǎn)為42 ℃。

表3 兩種原料不同溫度下減黏改質(zhì)結(jié)果

由表3可以看出，與100%低硫減渣原料相比，混合進(jìn)料的減黏改質(zhì)效果明顯更好。綜合考慮減黏效果和裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行要求，對(duì)于3比1混合原料，反應(yīng)溫度以410 ℃為佳，此時(shí)改質(zhì)油的運(yùn)動(dòng)黏度(50 ℃)降至1 000 mm2/s以下，傾點(diǎn)降至30 ℃以下，為實(shí)現(xiàn)調(diào)合低硫船用燃料油提供了良好的基礎(chǔ)，雖然黏度指標(biāo)仍高于低硫船用燃料油要求，但可通過(guò)與其他組分調(diào)合來(lái)滿足要求。

2.2 低硫船用燃料油調(diào)合配方優(yōu)化

由于減黏渣油傾點(diǎn)基本降至30 ℃以下，配方篩選主要考察硫含量、黏度指標(biāo)，為了減小高價(jià)值低硫組分的調(diào)合比例，采用硫含量較低的渣油加氫裝置第1系列汽提塔塔底加氫渣油(含8%柴油組分)作為低硫調(diào)合組分，該加氫渣油(簡(jiǎn)稱1系列加氫渣油)的性質(zhì)見(jiàn)表4。

表4 1系列加氫渣油的性質(zhì)

經(jīng)優(yōu)化分析，RMG380低硫船用燃料油的配方為m(減黏渣油)∶m(1系列加氫渣油)=60∶40。由于1系列加氫渣油中含有8%柴油組分，折合輕質(zhì)餾分調(diào)入比例為3.2%，即生產(chǎn)RMG380燃料油時(shí)輕質(zhì)餾分調(diào)入比例從30%降低至3.2%，輕質(zhì)餾分比例大幅降低。調(diào)合RMG180低硫船用燃料油時(shí)，通過(guò)添加催化柴油進(jìn)一步降黏度，其調(diào)合配方為m(減黏渣油)∶m(1系列加氫渣油)∶m(催化柴油)=60∶30∶10。調(diào)合所得減黏低硫船用燃料油的性質(zhì)見(jiàn)表5。由表5可以看出，調(diào)合油的各性質(zhì)符合指標(biāo)要求，RMG380調(diào)合油的殘?zhí)吭黾拥?3.53%，RMG180調(diào)合油的殘?zhí)吭黾拥?2.76%。

表5 調(diào)合所得減黏低硫船用燃料油的性質(zhì)

3 減黏工藝生產(chǎn)船用燃料油方案效果分析

應(yīng)用RPMS軟件，從全廠總流程角度對(duì)多產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油的原有方案和減黏方案進(jìn)行比較。

3.1 減黏工藝生產(chǎn)船用燃料油流程

減黏船用燃料油的生產(chǎn)流程見(jiàn)圖3，其中標(biāo)紅色的為與原有船用燃料油調(diào)合方案流程不同的部分。

圖3 減黏船用燃料油生產(chǎn)流程

3.2 生產(chǎn)方案對(duì)比

兩方案采用相同原油結(jié)構(gòu)，汽油、柴油限制產(chǎn)量上限，低硫船用燃料油產(chǎn)量為0.72 Mt/a。原有方案船用燃料油配方為m(低硫減渣)∶m(加氫渣油)∶m(脫固油漿)∶m(催化柴油)=20∶35∶15∶30，減黏方案船用燃料油配方為m(減黏渣油)∶m(1系列加氫渣油)=60∶40。兩種船用燃料油生產(chǎn)方案下全廠原料量和主要產(chǎn)品量及催化裂化裝置進(jìn)料性質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表6。

表6 兩種船用燃料油生產(chǎn)方案的對(duì)比

由表6可以看出：采用減黏方案生產(chǎn)低硫船用燃料油，降低了渣油加氫裝置負(fù)荷，減少了用于制氫的天然氣消耗量和制氫尾氣損失；減黏過(guò)程沒(méi)有摻入蠟油等高價(jià)值稀釋組分，大比例減黏渣油調(diào)合的低硫船用燃料油帶出更多的高殘?zhí)苛淤|(zhì)組分，從而使催化裂化裝置進(jìn)料得到改善(殘?zhí)坑?.03%降至4.65%)，反應(yīng)生焦量減少，催化裝置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化；另外，減黏過(guò)程中也產(chǎn)生少量的減黏汽油，而由于受制于汽柴油上限要求，全廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化后增加了噴氣燃料和二甲苯產(chǎn)品；但因低硫減渣來(lái)源于石蠟基原油，導(dǎo)致石蠟基原料在催化裂化裝置進(jìn)料中的占比降低，催化裂化裝置液化氣收率稍降，全廠液化氣產(chǎn)品量有所減少。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

采用80美元/bbl(1 bbl≈159 L)價(jià)格體系，噴氣燃料價(jià)格為4 739元/t，液化氣價(jià)格為4 600元/t，二甲苯價(jià)格為5 100元/t，硫磺價(jià)格為1 504元/t，該公司兩種船用燃料油生產(chǎn)方案下經(jīng)濟(jì)效益的對(duì)比如表7所示。由表7可以看出，減黏方案比原有方案增加效益7 982萬(wàn)元/a，其中產(chǎn)品增效2 547萬(wàn)元/a，成本方面因渣油加氫規(guī)模減小使制氫天然氣費(fèi)用減少3 488萬(wàn)元/a，渣油加氫負(fù)荷降低，運(yùn)行減黏裂化裝置，變動(dòng)加工費(fèi)減少1 947萬(wàn)元/a(渣油加氫的綜合能耗為961.4 MJ/t，減黏裂化的綜合能耗為418.0 MJ/t，后者遠(yuǎn)小于前者)。與原調(diào)合方案相比，噸油效益增加13.51元，噸油加工成本降低3.72元。

表7 兩種船用燃料油生產(chǎn)方案經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

4 結(jié) 論

(1)減黏工藝可以大幅降低減壓渣油的黏度和傾點(diǎn)，對(duì)提高減壓渣油在低硫重質(zhì)船用燃料油中調(diào)合比例具有重要意義。

(2)通過(guò)流程調(diào)整，可用渣油加氫汽提塔塔底油來(lái)調(diào)合低硫重質(zhì)船用燃料油，對(duì)具有渣油加氫雙系列加工流程的煉油廠，可根據(jù)不同渣油特性，選擇合適組分來(lái)調(diào)合船用燃料油，具有調(diào)節(jié)靈活性。

(3)通過(guò)減黏方案生產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油，具有流程短、成本低的優(yōu)勢(shì)，可減少高價(jià)值輕餾分調(diào)合比例，改善了催化裂化裝置進(jìn)料，全廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，與原調(diào)合方案相比，顯著增加了企業(yè)效益。

(4)經(jīng)減黏工藝生產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油對(duì)低硫船用燃料油的生產(chǎn)和低硫減渣的高效利用均具有借鑒意義，企業(yè)可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的生產(chǎn)加工路線。