加氫裂化-異構(gòu)脫蠟聯(lián)合裝置摻煉輕脫油運(yùn)行研究

陳曉梅(盤錦北方瀝青燃料有限公司，遼寧 盤錦 124221)

0 引言

加氫裂化技術(shù)原料適應(yīng)性強(qiáng)，工藝流程種類眾多，產(chǎn)品靈活多變，是煉化一體化總流程中的關(guān)鍵裝置之一?？筛鶕?jù)煉廠總體產(chǎn)品規(guī)劃，選擇針對性強(qiáng)的催化劑體系，分別實(shí)現(xiàn)石腦油、航煤、柴油和尾油等不同的產(chǎn)品方案[1-3]，其中主要包括最大化生產(chǎn)石腦油、多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化工原料、多產(chǎn)中間餾分油、多產(chǎn)尾油用于潤滑油基礎(chǔ)油料方案。

某石化公司120萬噸/年加氫裂化裝置采用以減壓蠟油和焦化蠟油為原料的多產(chǎn)中間餾分油方案，兼顧尾油供給下游30萬噸/年異構(gòu)脫蠟裝置生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油。隨著原油價格的不斷上漲和中間餾分油產(chǎn)能的過剩，裝置經(jīng)濟(jì)效益顯著下降。因此，有必要實(shí)施挖潛增效措施，提高裝置的經(jīng)濟(jì)性。在未對裝置進(jìn)行較大改造的前提下，通過優(yōu)化裝置原料成本及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)裝置利潤增長的最佳方式。

30萬噸/年異構(gòu)脫蠟裝置以加氫裂化尾油為原料，目標(biāo)產(chǎn)品為API II類及II+潤滑油基礎(chǔ)油。目前基礎(chǔ)油市場上高黏度基礎(chǔ)油產(chǎn)品的價格普遍高于低黏度基礎(chǔ)油，若能結(jié)合產(chǎn)品市場情況變化，優(yōu)化異構(gòu)脫蠟裝置的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，靈活多產(chǎn)高黏度基礎(chǔ)油或低黏度基礎(chǔ)油，便可實(shí)現(xiàn)裝置經(jīng)濟(jì)效益的增長。而異構(gòu)脫蠟裝置各牌號基礎(chǔ)油收率是由原料加氫裂化尾油的黏度來決定的，尾油黏度高，大黏度基礎(chǔ)油收率高，反之亦然。

脫瀝青油是溶劑脫瀝青裝置采用丙烷、丁烷等作溶劑，經(jīng)過萃取分離出膠質(zhì)和瀝青質(zhì)后，得到的輕脫油和重脫油，前者由于殘?zhí)恐递^低可用作潤滑油料，后者由于殘?zhí)恐蹈咄ǔＳ米鞔呋鸦稀６逸p、重脫油的黏度均較高，通常輕脫油100 ℃運(yùn)動黏度可達(dá)到20 mm2/s以上，重脫油100 ℃運(yùn)動黏度可高于35 mm2/s。

因此，為了調(diào)整加氫裂化尾油的黏度，某石化公司首次在加氫裂化原料中摻煉廉價的高黏度丙烷輕脫油以增加加氫裂化尾油的黏度。通過優(yōu)化操作條件，探索輕脫油的最佳摻煉比例，并評估了摻煉輕脫油對加氫裂化-異構(gòu)脫蠟聯(lián)合裝置的運(yùn)行狀況、產(chǎn)品分布及經(jīng)濟(jì)效益的影響。

1 裝置概況

120萬噸/年加氫裂化裝置采用一次通過流程，裝置共設(shè)有兩臺固定床反應(yīng)器，每臺反應(yīng)器分三個床層，分別裝填法國Axens公司加氫精制劑HR1058和裂化劑HK752。裝置原料為90%減壓蠟油(VGO)和10%焦化蠟油(CGO)。加氫裂化裝置原料性質(zhì)如表1所示。同時，表1也給出了輕脫油DAO的典型性質(zhì)。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，焦化蠟油具有密度大，雜質(zhì)硫、氮和C7不溶物含量高的特點(diǎn)；同時運(yùn)動黏度高，但是黏度指數(shù)偏低。因此，對于尾油做潤滑油原料的加氫裂化裝置來講，焦化蠟油并不是理想的原料，但是為了降低原料成本，摻煉合適比例的焦化蠟油并不會對產(chǎn)品產(chǎn)生影響，并解決了焦化蠟油因芳烴和氮含量高難加工的問題。與減壓蠟油和焦化蠟油相比，輕脫油的密度、硫氮含量、酸值等均介于二者之間，但是輕脫油的黏度遠(yuǎn)高于減壓蠟油和焦化蠟油。并且DAO的餾程較寬，5%餾出溫度446 ℃，95%點(diǎn)高達(dá)675 ℃，說明DAO中重質(zhì)潤滑油餾分較多。

為了考察加氫裂化原料中摻煉DAO后的運(yùn)行情況，首先在原有混合原料基礎(chǔ)上，引入5%的DAO，同時焦化蠟油和減壓蠟油的比例分別降至8.5%和86.5%。之后，為保證加氫裂化裝置原料不出現(xiàn)較大波動，按照每天增加約1%逐步提高DAO摻煉比例，并相應(yīng)降低焦化蠟油和減壓蠟油的比例。詳細(xì)摻煉過程和數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，在第13天時，DAO加工比例最大，達(dá)到12.13%，此時減壓蠟油的比例至82.26%，焦化蠟油比例為5.61%。之后逐漸降低DAO和焦化蠟油的量，減壓蠟油比例略有升高。

表2 加氫裂化裝置原料配比變化

摻煉DAO前后，混合原料的典型性質(zhì)見表3。其中混合原料一為引入DAO前，原料組成為90%VGO和10%CGO，原料二組成為86.5%VGO、8.5%CGO和6%DAO，原 料 三 組 成 為85%VGO、5%CGO和10%DAO。

摻煉DAO初期，如表3中工況二所示，減壓蠟油VGO和焦化蠟油CGO占比下降，此時由于原料中焦化蠟油比例降低，混合原料的密度、硫氮含量及黏度與摻煉DAO前相比均下降。當(dāng)DAO比例達(dá)到10%時，如工況三所示，CGO比例繼續(xù)下降，混合原料的黏度高于摻煉DAO之前，但是混合原料密度、硫、氮等雜質(zhì)含量均增加不明顯。由于DAO中重質(zhì)潤滑油組分較多，但是其密度和硫、氮含量均低于焦化蠟油，因此摻煉DAO后混合原料的密度及硫氮含量無明顯升高。

表3 摻煉DAO后混合原料性質(zhì)

2 加氫裂化裝置運(yùn)行情況分析

2.1 摻煉DAO后裝置運(yùn)行情況

為了考察不同原料配比變化對加氫裂化裝置運(yùn)行的影響，DAO在加氫裂化原料中的摻煉比例從5%開始增加到12.13%為止。從裝置實(shí)際運(yùn)行情況來看，隨著DAO摻煉比例的增加，原料中重質(zhì)組分增加，為了保證原料的加氫精制深度不降低，精制反應(yīng)器進(jìn)料溫度提高。隨著精制反應(yīng)溫度的升高，裂化反應(yīng)器進(jìn)料溫度也相應(yīng)提高，但是為防止裂化反應(yīng)器內(nèi)原料發(fā)生過度裂解造成尾油收率降低，裂化段冷氫注入量增加。

通過分析裝置實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在保持尾油收率不低于28%的前提下，DAO摻煉初期，石腦油、中間餾分油和尾油產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)標(biāo)；當(dāng)DAO摻煉比例達(dá)到12%左右時，石腦油和中間餾分油產(chǎn)品質(zhì)量仍然滿足指標(biāo)要求，但是加氫裂化尾油的硫含量達(dá)到5.7 mg/L，氮含量達(dá)到2.6 mg/L，此時尾油的氮含量已無法滿足下游異構(gòu)脫蠟催化劑對原料的要求。這說明在當(dāng)前原料配比及操作條件下，加氫裂化原料中輕脫油的最大摻煉比例不應(yīng)超過12%。因此，為了保持裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，將DAO的摻煉比例控制在10%。

2.2 主要操作參數(shù)及產(chǎn)品情況

表4對比了摻煉DAO前后加氫裂化裝置操作條件的變化，其中工況一為摻煉DAO前，原料組成為90%VGO和10%CGO，摻煉DAO后，原料組成為85%VGO、5%CGO和10%DAO。從表4可以看出，在總進(jìn)料量不變的條件下，摻煉10%DAO后，精制反應(yīng)器入口溫度提高1.4 ℃，床層平均反應(yīng)溫度提高0.7 ℃，總溫升提高2.0 ℃。由于摻煉DAO后，原料中重組分增加，為了保證重組分深度精制，保證加氫裂化尾油硫含量不大于5 mg/L、氮含量不大于2 mg/L的產(chǎn)品指標(biāo)要求，因此精制段反應(yīng)進(jìn)料溫度增加。

同時，為了保證尾油收率，避免DAO中重質(zhì)潤滑油餾分過度裂化，因此在裂化反應(yīng)器中需要注入大量的冷氫以維持裂化反應(yīng)溫度不會大幅升高。從表4數(shù)據(jù)看出，通過增加注入冷氫的量，保證了裂化反應(yīng)器入口溫度維持385 ℃不變，裂化床層總溫升提高了2.5 ℃，裂化床層平均溫度由377.7 ℃提高至382.8 ℃，提高了5.1 ℃。

由于原料變重，加氫精制深度增加，反應(yīng)氫耗也略增加，總氫耗由0.274%增加到了0.277%。此外，由于裂化反應(yīng)器冷氫注入量增大，造成反應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)氫量降低，從而造成氫油比下降。循環(huán)氫量由摻煉DAO前的12 500 Nm3/h降低至11 800 Nm3/h，相應(yīng)氫油比由830∶1下降至780∶1。而氫油比對加氫反應(yīng)的深度有很大的影響。氫油比降低，反應(yīng)器內(nèi)氫分壓減小，參與反應(yīng)的氫氣分子數(shù)減少，從而降低加氫反應(yīng)深度，影響反應(yīng)效果。同時，氫油比降低意味著循環(huán)氫量減少，可帶走的反應(yīng)熱降低，不利于控制反應(yīng)器內(nèi)床層溫度。因此，通過以上分析，在當(dāng)前原料及操作條件下，加氫裂化原料中DAO的摻煉比例不宜超過10%。

2.3 產(chǎn)品收率及性質(zhì)

表5給出了摻煉DAO前和摻煉10%DAO后加氫裂化裝置的物料平衡數(shù)據(jù)，其中工況一為90%VGO和10%CGO，工況二為85%VGO、5%CGO和10%DAO。摻煉DAO后各產(chǎn)品收率出現(xiàn)了小幅波動，主要表現(xiàn)為石腦油收率增加0.77%，輕重柴油收率降低0.81%，尾油收率提高了0.66%。主要原因?yàn)閾饺隓AO后原料中重組分增加，在裂化溫度不變的條件下，裂化反應(yīng)減少，未裂化的重組分增加并最終進(jìn)入到尾油中，使尾油的收率表現(xiàn)出增加的趨勢。

表5 摻煉DAO前后加氫裂化裝置物料平衡

通過分析摻煉DAO前后產(chǎn)品性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，石腦油和柴油性質(zhì)均無明顯變化，加氫裂化尾油的黏度增加。表6對比了摻煉DAO前和摻煉10%DAO后加氫裂化尾油的性質(zhì)，從表6中數(shù)據(jù)可以看出，工況二的尾油的密度和初餾點(diǎn)升高，40 ℃運(yùn)動黏度提高了4.4 mm2/s，100 ℃運(yùn)動黏度提高了0.219 mm2/s，黏度指數(shù)提高了1個單位。由于加氫精制反應(yīng)進(jìn)料溫度升高2 ℃，保證了尾油的硫和氮含量幾乎保持不變，且均滿足下游異構(gòu)脫蠟裝置對尾油原料的要求。

表6 摻煉DAO前后尾油性質(zhì)對比

3 對異構(gòu)脫蠟裝置的影響

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，加氫裂化裝置原料中摻煉10%DAO后，尾油的黏度和收率均增加，此時將尾油用作異構(gòu)脫蠟裝置原料，與加氫裂化摻煉DAO之前相比，異構(gòu)脫蠟裝置基礎(chǔ)油收率發(fā)生了明顯變化，結(jié)果見表7。其中，4#基礎(chǔ)油收率下降了7.52%，6#基礎(chǔ)油收率提高了9.15%，2#基礎(chǔ)油收率變化不明顯，僅增加0.17%?；A(chǔ)油總收率提高了1.8%。從以上數(shù)據(jù)可以看出，雖然加氫裂化摻煉DAO后，尾油100 ℃運(yùn)動黏度僅增加0.219 mm2/s，但是尾油中重組分增加導(dǎo)致異構(gòu)脫蠟裝置產(chǎn)品中6#基礎(chǔ)油收率顯著增加，同時4#基礎(chǔ)油收率明顯下降。

表7 異構(gòu)脫蠟產(chǎn)品收率

4 聯(lián)合裝置經(jīng)濟(jì)效益分析

對于加氫裂化裝置來說，盡管摻煉DAO后產(chǎn)品收率變化不大，經(jīng)濟(jì)效益無顯著提升。但是，聯(lián)合裝置異構(gòu)脫蠟的柴油收率降低，基礎(chǔ)油總收率增加，并且6#基礎(chǔ)油收率明顯提高，4#基礎(chǔ)油收率顯著下降。根據(jù)當(dāng)前油品市場的行情，潤滑油基礎(chǔ)油的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于燃料油，并且大黏度基礎(chǔ)油產(chǎn)品效益優(yōu)于小黏度基礎(chǔ)油，通過對聯(lián)合裝置的效益測算發(fā)現(xiàn)，結(jié)果如表8所示，在加氫裂化摻煉10%DAO的情況下，與摻煉DAO前相比，加工每噸原料油可實(shí)現(xiàn)增效49.5元。按照DAO摻煉量12萬噸/年計算，聯(lián)合裝置可實(shí)現(xiàn)增效約594萬元。

表8 加氫裂化-異構(gòu)脫蠟摻煉DAO的經(jīng)濟(jì)效益測算 單位：元/噸原料油

5 結(jié)語

120萬噸/年加氫裂化裝置摻煉10%DAO后，原料性質(zhì)無明顯變化，裝置運(yùn)行平穩(wěn)：

(1)由于原料中重組分增加，黏度增加，精制反應(yīng)進(jìn)料溫度提高約2 ℃，裂化反應(yīng)溫度保持不變，裂化反應(yīng)器冷氫量增加，導(dǎo)致循環(huán)氫量降低700 Nm3/h，氫油比由830∶1下降至780∶1；

(2)加氫裂化尾油收率增加0.66%；聯(lián)合裝置異構(gòu)脫蠟產(chǎn)品中4#基礎(chǔ)油收率降低7.52%，6#基礎(chǔ)油收率增加9.15%，潤滑油基礎(chǔ)油總收率增加1.8%；當(dāng)DAO摻煉比例提高至12%時，尾油氮含量達(dá)到2.6 mg/L，不能滿足下游異構(gòu)脫蠟裝置對原料的指標(biāo)要求；

(3)加氫裂化-異構(gòu)脫蠟聯(lián)合裝置的產(chǎn)品利潤顯著增加，年約增產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油5 400 t；每加工1 t DAO可增效49.5元，按照DAO加工量12萬噸/年，年增效約594萬元。