航煤冰點(diǎn)不合格原因分析與應(yīng)對措施

慕星華

(中海油惠州石化有限公司,廣東 惠州 516086)

某煉油企業(yè)的1.9 Mt/a航煤加氫裝置采用FZC系列加氫保護(hù)劑和FH-40A輕質(zhì)餾分油加氫精制催化劑,以1#、2#常減壓蒸餾裝置切割的直餾煤油餾分為原料,主要目的產(chǎn)品為加氫煤油。反應(yīng)部分原料油和氫氣的混合采用國內(nèi)成熟的爐前混氫方案,分餾部分采用分餾塔再沸爐,還設(shè)置了硫化氫吸附罐脫除航煤產(chǎn)品中的微量硫化氫、金屬離子,以確保產(chǎn)品銀片腐蝕的穩(wěn)定。在氫氣和加氫催化劑存在的條件下進(jìn)行加氫脫硫反應(yīng)、加氫脫氮反應(yīng)、加氫脫氧反應(yīng)、加氫脫金屬反應(yīng)和芳烴的加氫飽和反應(yīng)[1],除去原料油中的硫、氮、金屬等雜質(zhì),生產(chǎn)的3#噴氣燃料滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6537—2018要求,供應(yīng)附近機(jī)場。

冰點(diǎn)是表征噴氣燃料低溫性能的指標(biāo),屬于航煤產(chǎn)品的重要質(zhì)量控制指標(biāo)。GB 6537—2018中規(guī)定航煤的冰點(diǎn)不高于-47 ℃,而航煤加氫裝置對航煤冰點(diǎn)的內(nèi)控指標(biāo)為不高于-48 ℃。航煤冰點(diǎn)是指在降低燃料溫度過程中,用肉眼觀測到燃料開始產(chǎn)生結(jié)晶,再使燃料升溫到所生成的結(jié)晶全部消失時的最低溫度。航煤冰點(diǎn)的高低決定了航空燃料的使用溫度,由于高空氣溫較低,冰點(diǎn)過高時會導(dǎo)致燃油在過濾器中產(chǎn)生凝結(jié)從而堵塞過濾器,造成燃油流動不暢,嚴(yán)重時將危及飛行安全,因此保持航煤產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定具有重要意義。2023年3—4月,隨著一期煉油系列裝置進(jìn)行停工檢修,某煉廠的航煤產(chǎn)品出現(xiàn)了冰點(diǎn)不合格的現(xiàn)象,針對這一問題,對其影響因素進(jìn)行分析并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,總結(jié)了此次事件中航煤冰點(diǎn)不合格的原因和措施,使航煤產(chǎn)品冰點(diǎn)不合格的問題得以解決。

1 航煤冰點(diǎn)影響因素分析

通過對航煤加氫裝置日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)的回溯,發(fā)現(xiàn)航煤冰點(diǎn)與航煤密度、初餾點(diǎn)無明顯關(guān)系;航煤冰點(diǎn)與煙點(diǎn)的波動趨勢一致,主要受航煤終餾點(diǎn)的影響;在石蠟基原油比例、原油蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)波動較小時,石蠟基原油比例和原油蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)對航煤冰點(diǎn)無明顯影響。分析文獻(xiàn)[2]可知：影響航煤冰點(diǎn)不合格的因素主要包括原料油的組成、石蠟基原油摻煉比例、航煤終餾點(diǎn)以及航煤含水量。

1.1 原料油的影響

1.9 Mt/a航煤加氫裝置的原料油來源于一期煉油的12 Mt/a常減壓 Ⅰ 裝置所產(chǎn)的766.8 kt/a直餾煤油和二期煉油的10 Mt/a常減壓Ⅱ裝置所產(chǎn)的1.06 Mt/a直餾煤油混合后的原料。通過對不同裝置原料來源采樣化驗(yàn)分析、數(shù)據(jù)對比,得出航煤加氫裝置原料油主要影響因素(見表1)。

由表1可知：一期煉油常減壓Ⅰ裝置所產(chǎn)直餾煤油冰點(diǎn)為-67 ℃,二期煉油常減壓Ⅱ裝置所產(chǎn)的直餾煤油冰點(diǎn)為-57.4 ℃,二期煉油航煤冰點(diǎn)高于一期煉油約10 K;一、二期常減壓蒸餾裝置所產(chǎn)的直餾煤油混合后原料冰點(diǎn)在-61 ℃。但隨著一期煉油常減壓Ⅰ裝置的停工檢修,僅剩二期煉油常減壓Ⅱ裝置單獨(dú)運(yùn)行,其所生產(chǎn)的直餾煤油作為航煤加氫裝置原料,由于原料冰點(diǎn)較高且無法利用一期煉油直餾煤油進(jìn)行調(diào)和從而降低原料冰點(diǎn),也是造成航煤產(chǎn)品冰點(diǎn)升高的因素。

1.2 石蠟基原油摻煉比例的影響

根據(jù)文獻(xiàn)[3],3#噴氣燃料的冰點(diǎn)與C12～C16正構(gòu)烷烴的含量有關(guān),也受環(huán)烷烴、芳烴以及更重的正構(gòu)烷烴的影響。其中芳烴的飽和開環(huán)反應(yīng)受熱力學(xué)平衡的限制,導(dǎo)致單環(huán)芳烴與萘系烴集中于噴氣燃料中,對冰點(diǎn)造成影響。

二期煉油常減壓Ⅱ裝置原設(shè)計(jì)國產(chǎn)原油與進(jìn)口中東原油的加工比例為20∶80,規(guī)模為10 Mt/a。由于2023年3—4月采購的中東原油存在油輪到岸時間滯后、原油總體庫存低等問題,為了保障高負(fù)荷生產(chǎn),將國產(chǎn)原油摻煉比例由20%調(diào)整為40%。

目前在加工的國內(nèi)原油主要以新文昌、潿洲、西江等原油為主,加工原油蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低將直接影響二次加工裝置的冰點(diǎn)。通過對加工原油進(jìn)行采樣分析,得出原油蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)(見圖1)。由圖1原油蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比可知：西江、潿洲和新文昌原油均屬于蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的原油。由于石蠟基原油中烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,摻煉較高比例石蠟基原油時,直餾煤油組分中烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對增加,烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對減少,從而使航煤冰點(diǎn)升高[4]。隨著國內(nèi)原油摻煉比例的提高,二期煉油常減壓蒸餾裝置原料油中的石蠟基質(zhì)量分?jǐn)?shù)也逐步提高,蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)高不利于油品的低溫流動性,導(dǎo)致二期煉油常減壓蒸餾裝置產(chǎn)出的常一線油冰點(diǎn)逐步提高。

1.3 航煤含水量的影響

航煤中若含有微量的水分也會對航煤冰點(diǎn)產(chǎn)生影響。飛機(jī)在飛行過程中,由于受到飛行速度、高度以及飛行里程的影響,航煤的溫度也會受到影響,飛機(jī)在高海拔飛行時,水在低溫狀態(tài)下會結(jié)冰,嚴(yán)重時容易造成燃料系統(tǒng)管道堵塞,致使飛機(jī)引擎失去動力,進(jìn)而導(dǎo)致飛行事故。所以一般規(guī)定3#噴氣燃料的冰點(diǎn)必須低于飛機(jī)油箱的最低操作溫度,標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定冰點(diǎn)不高于-47 ℃[3]。

在3#噴氣燃料的生產(chǎn)和輸送過程中,有表面活性物質(zhì)混入時,會使油水分離難度增加或難以分離,可能導(dǎo)致燃料過濾系統(tǒng)堵塞,影響飛機(jī)發(fā)動機(jī)的正常工作,嚴(yán)重時會造成較大故障。噴氣燃料的水分離指數(shù)受抗靜電劑加入影響,當(dāng)抗靜電劑與抗磨劑同時存在時,影響會加大。同時噴氣燃料水分離指數(shù)也受加氫工藝的影響,如加氫裂化工藝生產(chǎn)的噴氣燃料水分離指數(shù)幾乎不受添加劑影響,加氫精制工藝生產(chǎn)的噴氣燃料受抗靜電劑影響較大。

一般通過加強(qiáng)過濾、提高裝置反應(yīng)溫度、提高催化劑的脫氮能力等方式降低噴氣燃料的含水量,提高噴氣燃料的潔凈度。

1.4 航煤終餾點(diǎn)的影響

航煤終餾點(diǎn)是影響航煤冰點(diǎn)的一個重要因素。在日常加工過程中,如果航煤終餾點(diǎn)指標(biāo)較高,會導(dǎo)致分餾產(chǎn)品切割偏重;或是在常減壓蒸餾裝置出現(xiàn)異常狀況時,常壓塔降溫、降低進(jìn)料量過快,在同等切割溫度下產(chǎn)品側(cè)線餾分干點(diǎn)升高。主要是由于產(chǎn)品切割時,常一線油攜帶柴油組分等原因,導(dǎo)致航煤餾分終餾點(diǎn)升高,也必然導(dǎo)致冰點(diǎn)升高[2]。航煤終餾點(diǎn)與冰點(diǎn)對應(yīng)變化趨勢如圖2所示。

圖2 航煤終餾點(diǎn)與冰點(diǎn)變化趨勢

從圖2可以看出：航煤冰點(diǎn)與終餾點(diǎn)變化趨勢基本一致,說明航煤冰點(diǎn)受航煤終餾點(diǎn)的影響較大。隨著航煤餾程下調(diào),航煤的冰點(diǎn)相應(yīng)下降,但下降幅度相對較小。說明航煤終餾點(diǎn)不是導(dǎo)致航煤冰點(diǎn)連續(xù)出現(xiàn)不合格的根本原因。

2 生產(chǎn)調(diào)整措施

2.1 降低常一線的終餾點(diǎn)

常一線油的終餾點(diǎn)是主要質(zhì)量控制指標(biāo),主要與油品的輕重、餾程的寬窄相關(guān),反映了常一線油餾程的重組分分布情況。一般常一線油抽出溫度高、抽出量大,易造成常一線干點(diǎn)高;反之常一線油抽出溫度低、抽出量小,則常一線油干點(diǎn)低。通過增大返塔回流量、降低塔頂溫度、提高塔頂壓力、降低常一線抽出溫度等措施,降低常一線油的干點(diǎn),避免常一線油攜帶柴油組分。

高壓加氫裂化航煤含有一定的C15以上組分,而常一線油一般不含C15以上組分。當(dāng)常一線油航煤冰點(diǎn)不合格時,其主要原因之一是航煤產(chǎn)品切割較重,航煤攜帶部分柴油組分。生產(chǎn)上采取增加分餾塔內(nèi)回流量的措施,降低航煤產(chǎn)品抽出量,從而達(dá)到降低航煤終餾點(diǎn)的目的。生產(chǎn)調(diào)整后,航煤終餾點(diǎn)與冰點(diǎn)變化如表2所示。

表2 航煤冰點(diǎn)與終餾點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系 ℃

從表2可以看出航煤冰點(diǎn)與其終餾點(diǎn)的趨勢,隨著航煤餾程下調(diào),航煤的冰點(diǎn)相應(yīng)下降。

2.2 調(diào)整國內(nèi)原油摻煉比例

根據(jù)前面分析可知,降低國產(chǎn)原油比例可以有效降低航煤冰點(diǎn)。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,將國產(chǎn)原油摻煉比例由40%逐步調(diào)整為30%,其變化如表3所示。

表3 航煤冰點(diǎn)趨勢

由表3可知：隨著石蠟基原油摻煉比例的降低,航煤冰點(diǎn)也隨之降低,航煤冰點(diǎn)從3月21日的-47.5 ℃降至3月25日的-52.0 ℃,說明國內(nèi)石蠟基原油摻煉比例是影響航煤冰點(diǎn)的主要因素。

2.3 航煤產(chǎn)品加強(qiáng)脫水

航煤進(jìn)入產(chǎn)品調(diào)和罐前的管線設(shè)有過濾器和聚結(jié)器,進(jìn)行罐前雜質(zhì)過濾和脫水,且調(diào)和罐設(shè)有自動脫水器進(jìn)行沉降脫水;航煤出廠管線也設(shè)有過濾器和聚結(jié)器,進(jìn)行出廠前雜質(zhì)過濾和脫水,經(jīng)過層層嚴(yán)格控制,降低航煤含水量。

3 結(jié)語

航煤冰點(diǎn)是保證在低溫環(huán)境下航煤燃料能夠在飛機(jī)燃料系統(tǒng)中保持流動性、無烴類結(jié)晶析出的重要質(zhì)量指標(biāo)。隨著航空工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展以及飛機(jī)發(fā)動機(jī)的更新迭代,設(shè)備精密程度越來越高,對航煤質(zhì)量的要求也越來越苛刻。對航煤冰點(diǎn)的影響因素進(jìn)行分析,得到航煤冰點(diǎn)不合格的主要原因：一是一期煉油裝置檢修后,二期煉油常減壓蒸餾裝置國內(nèi)石蠟基原油摻煉比例偏高,造成航煤冰點(diǎn)升高;二是航煤干點(diǎn)較高,導(dǎo)致航煤餾分偏重,造成航煤冰點(diǎn)偏高。通過調(diào)整原料油中不同組分的摻煉比例,減少原油中的石蠟基質(zhì)量分?jǐn)?shù);調(diào)整常壓塔的操作參數(shù),提高其中組分的分離效果;從航煤產(chǎn)品的收料到航煤產(chǎn)品的出廠,連續(xù)進(jìn)行脫水工作,降低航煤含水量等措施,不僅保證了航煤產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性,而且也能提高飛機(jī)飛行的安全性。