重油淺度熱裂化反應(yīng)深度對(duì)延遲焦化過(guò)程的影響

黃新龍，王洪彬，張瑞風(fēng)，李和杰

（中國(guó)石化洛陽(yáng)工程有限公司，河南洛陽(yáng)471003）

重油淺度熱裂化反應(yīng)深度對(duì)延遲焦化過(guò)程的影響

黃新龍，王洪彬，張瑞風(fēng)，李和杰

（中國(guó)石化洛陽(yáng)工程有限公司，河南洛陽(yáng)471003）

為了提高延遲焦化的液體產(chǎn)品收率，中國(guó)石化洛陽(yáng)工程有限公司對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)，把淺度熱裂化反應(yīng)和深度熱裂化反應(yīng)有機(jī)地結(jié)合在一起，開(kāi)發(fā)出了ADCP新工藝。在新研制的減黏-焦化-連續(xù)蒸餾聯(lián)合試驗(yàn)裝置上考察了劣質(zhì)重油淺度熱裂化深度對(duì)焦化產(chǎn)品分布的影響。結(jié)果表明，當(dāng)重油的減黏率分別為33.03%，52.43%，78.21%時(shí)，與常規(guī)工藝相比，液體產(chǎn)品收率分別提高了0.48，0.97，1.71百分點(diǎn)，其中輕質(zhì)油收率分別提高了1.04，1.11，2.19百分點(diǎn)，輕質(zhì)油收率的提高主要體現(xiàn)在柴油餾分收率提高上，而焦化汽油、柴油和蠟油等產(chǎn)品的性質(zhì)與常規(guī)工藝的產(chǎn)品無(wú)明顯區(qū)別，不會(huì)影響各產(chǎn)品的后續(xù)加工過(guò)程。

焦化 淺度熱裂化 減黏 加熱爐 液體收率

隨著煉油企業(yè)加工原油的重質(zhì)化以及減壓深拔技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)延遲焦化工藝技術(shù)不斷進(jìn)步，其加工能力也不斷提高。2000年我國(guó)延遲焦化裝置的加工能力僅為20.65 Mt/a［1］，2006年增加到53.50 Mt/a［2］，到了2010年快速提高到110 Mt/a［3］，成為加工劣質(zhì)重油的主要手段。

目前，我國(guó)延遲焦化技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)：①液體產(chǎn)品收率較低，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益較差；②原料劣質(zhì)化后，導(dǎo)致加熱爐管易結(jié)焦、焦粉夾帶嚴(yán)重以及生成彈丸焦引起的焦炭塔震動(dòng)等，使開(kāi)工周期縮短以及出現(xiàn)安全生產(chǎn)隱患［4-6］；③開(kāi)放式除焦過(guò)程帶來(lái)的環(huán)境保護(hù)壓力；④進(jìn)一步擴(kuò)大現(xiàn)有裝置的加工能力等［7］。

為了改善延遲焦化裝置加熱爐輻射段進(jìn)料性質(zhì)、延長(zhǎng)開(kāi)工周期、提高液體產(chǎn)品的收率，中國(guó)石化洛陽(yáng)工程有限公司（LPEC）對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)，把淺度熱裂化反應(yīng)和深度熱裂化反應(yīng)有機(jī)地結(jié)合在一起，開(kāi)發(fā)出了一種重油加工新工藝，簡(jiǎn)稱ADCP工藝［8-9］。本文主要介紹劣質(zhì)重油淺度熱裂化后作為焦化加熱爐輻射段進(jìn)料時(shí)，其裂化深度對(duì)產(chǎn)品分布和產(chǎn)品性質(zhì)的影響。

1 工藝流程及原料性質(zhì)

1.1 工藝流程

重油的淺度熱裂化和深度熱裂化聯(lián)合試驗(yàn)以及常規(guī)的延遲焦化試驗(yàn)在LPEC開(kāi)發(fā)的減黏-焦化-連續(xù)蒸餾一體化中型試驗(yàn)裝置上進(jìn)行，其模擬工藝流程示意見(jiàn)圖1和圖2。

裝置進(jìn)料量為1.0～13 kg/h；減黏反應(yīng)器空塔體積為3.2 L，外帶絕熱層，內(nèi)置FG高效填料；重油加熱爐合理設(shè)計(jì)，減緩了爐管結(jié)焦；從重油加熱爐出口到減黏反應(yīng)器（或焦化塔）入口的距離縮短到0.5～0.75 m，有效降低了熱損失；焦化塔的空塔體積為35 L，可充焦約20 kg，內(nèi)置快速除焦設(shè)備，清焦快捷、方便；焦化生成油氣進(jìn)入分餾塔后進(jìn)行高效分餾，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)油的在線循環(huán)操作。

進(jìn)行ADCP工藝試驗(yàn)時(shí)（見(jiàn)圖1），將重油預(yù)熱到120℃左右，與一定比例的高溫水蒸氣混合后進(jìn)入重油加熱爐Ⅰ，加熱到目標(biāo)溫度后進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行淺度熱裂化反應(yīng)；反應(yīng)生成的油氣再與一定量的高溫水蒸氣以及來(lái)自分餾塔塔底的循環(huán)油混合后去重油加熱爐Ⅱ，加熱到495℃左右后進(jìn)入焦化塔進(jìn)行深度熱裂化反應(yīng)（控制塔頂壓力）；反應(yīng)生成的油氣在分餾塔進(jìn)行連續(xù)蒸餾切割，塔底重油（即循環(huán)油）經(jīng)計(jì)量后直接返回到重油加熱爐Ⅱ，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)油的在線循環(huán)操作；來(lái)自分餾塔塔頂?shù)挠蜌饨?jīng)冷凝冷卻后進(jìn)入氣液分離罐，氣體經(jīng)計(jì)量（分析）后去火炬系統(tǒng)，回收的液體產(chǎn)品在實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置上經(jīng)分餾得到汽油餾分、柴油餾分和焦化蠟油；試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)焦化塔進(jìn)行冷卻、稱重、除焦。

進(jìn)行常規(guī)延遲焦化工藝試驗(yàn)時(shí)（見(jiàn)圖2），將重油預(yù)熱到120℃左右，與一定量的高溫水蒸氣以及來(lái)自分餾塔塔底的循環(huán)油在線混合后直接進(jìn)入焦化塔進(jìn)料加熱爐加熱，其它試驗(yàn)過(guò)程同上。

圖1 ADCP工藝中試裝置流程示意

圖2 常規(guī)延遲焦化工藝中試裝置流程示意

1.2 原料性質(zhì)

試驗(yàn)所用減壓渣油及其經(jīng)淺度熱裂化后重油的性質(zhì)見(jiàn)表1。從表1可看出，與減壓渣油相比，淺度熱裂化重油的殘?zhí)?、瀝青質(zhì)以及重金屬含量較高，但其傾點(diǎn)較低，黏度較小，流動(dòng)性明顯變好。

表1 減壓渣油及其淺度熱裂化后重油的性質(zhì)

2 結(jié)果與討論

2.1 操作條件和產(chǎn)品分布對(duì)比

以減壓渣油為原料，ADCP工藝與常規(guī)延遲焦化工藝的操作條件和產(chǎn)品分布對(duì)比見(jiàn)表2。從表2可以看出：與常規(guī)焦化工藝相比，ADCP工藝顯著改善了焦化的產(chǎn)品分布，低附加值的干氣和焦炭產(chǎn)率降低，液體收率增加；當(dāng)重油的減黏率分別為33.03%，52.43%，78.21%時(shí)，氣體產(chǎn)率分別降低了0.20，0.36，0.57百分點(diǎn)，焦炭產(chǎn)率分別降低了0.41，0.70，1.09百分點(diǎn)，液體收率則分別提高了0.48，0.97，1.71百分點(diǎn)，輕油收率分別提高了1.04，1.11，2.19百分點(diǎn)，而輕油收率的增加主要體現(xiàn)在柴油收率的增加上，分別提高了1.18，1.23，2.44百分點(diǎn)。

盡管提高重油的減黏率可提高液體產(chǎn)品的收率，但重油的減黏率過(guò)高時(shí)，淺度熱裂化反應(yīng)器易結(jié)焦，導(dǎo)致開(kāi)工周期縮短，因此應(yīng)選擇適宜的淺度熱裂化反應(yīng)工藝條件。

2.2 液體產(chǎn)品的性質(zhì)

典型操作條件下（即減黏率為78.21%時(shí)，下同）的ADCP工藝與常規(guī)焦化工藝的液體產(chǎn)品性質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表3。從表3可以看出，兩種工藝加工劣質(zhì)重油生產(chǎn)的汽油餾分、柴油餾分和焦化蠟油性質(zhì)無(wú)明顯差異。

兩種工藝生產(chǎn)的焦化蠟油殘?zhí)枯^低，但硫含量、氮含量較高，經(jīng)加氫脫硫后可直接作為催化裂化裝置的進(jìn)料。

表2 兩種工藝的操作條件和產(chǎn)品分布對(duì)比

表3 兩種工藝的液體產(chǎn)品性質(zhì)對(duì)比

2.3 硫平衡和氫分布

典型操作條件下的ADCP工藝與常規(guī)焦化工藝的焦化產(chǎn)品硫平衡和氫分布數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表4和表5。從表4可以看出：焦化產(chǎn)品中的硫與原料中的硫基本平衡；兩種工藝生產(chǎn)的汽油餾分、柴油餾分、焦化蠟油中的硫分別占新鮮進(jìn)料硫的3%，16%，11%左右；而氣體和焦炭中的硫則占新鮮進(jìn)料硫的2/3，分別約為24%和42%。從表5可以看出，ADCP工藝充分利用了原料中的氫資源，與常規(guī)延遲焦化工藝相比，氫的利用率提高2.14百分點(diǎn)。

表4 焦化產(chǎn)品的硫平衡

表5 焦化產(chǎn)品的氫分布

2.4 加熱爐輻射段進(jìn)料的餾程分析

兩種工藝的加熱爐輻射段進(jìn)料的餾程數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表6。從表6可以看出，ADCP工藝的輻射段進(jìn)料中小于350℃餾分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.51%，小于500℃餾分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.87%，分別是常規(guī)延遲焦化工藝的104倍和2.35倍。重油在淺度熱裂化過(guò)程中表現(xiàn)為吸熱反應(yīng)，有10℃左右的溫降，在輻射段加熱到常規(guī)工藝的爐出口溫度時(shí)，部分輕組分吸熱汽化，相當(dāng)于為焦化塔內(nèi)重油的熱反應(yīng)提供了更多的熱量，經(jīng)核算，ADCP工藝比常規(guī)工藝的能耗增加7%。據(jù)文獻(xiàn)［10］報(bào)道，加熱爐出口溫度提高5.6℃時(shí)，粗柴油收率（體積分?jǐn)?shù)）可增加1.1%，這表明如果為重油的熱反應(yīng)提供更多的熱量則可提高液體產(chǎn)品的收率。

表6 輻射段進(jìn)料的餾程數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

（1）在適宜的工藝條件下重油先經(jīng)淺度的熱裂化反應(yīng)后再進(jìn)入加熱爐的輻射室加熱的ADCP工藝，改善了輻射段進(jìn)料的性質(zhì)（黏度降低，輕餾分含量提高），同時(shí)因輕組分吸熱汽化又帶給焦化塔更多的熱量，提供給重油熱反應(yīng)，有利于提高液體收率。

（2）ADCP工藝中，隨著重油減黏率的提高，液體產(chǎn)品的收率以及輕質(zhì)油的收率提高。與常規(guī)焦化工藝相比，采用典型操作條件下的ADCP工藝時(shí)，原料氫的利用率提高了2.14百分點(diǎn)，干氣和焦炭產(chǎn)率分別降低了0.57和1.09百分點(diǎn)，液體收率提高了1.71百分點(diǎn)，其中柴油收率提高了2.44百分點(diǎn)。

（3）采用ADCP工藝加工重油時(shí)，其產(chǎn)品性質(zhì)與常規(guī)焦化工藝相比無(wú)明顯不同，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的后續(xù)加工產(chǎn)生影響。

［1］晁可繩.延遲焦化工藝技術(shù)及其進(jìn)展（2）［J］.煉油設(shè)計(jì)，2001，31（11）：34-38

［2］劉方濤.延遲焦化技術(shù)的現(xiàn)狀及展望［J］.廣州化工，2010，38（1）：27-352

［3］李出和，李蕾，李卓.國(guó)內(nèi)現(xiàn)有延遲焦化技術(shù)狀況及優(yōu)化的探討［J］.石油化工設(shè)計(jì)，2012，29（1）：10-352

［4］余桁，沈海軍.延遲焦化裝置加工劣質(zhì)油出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)策［J］.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2009，30（1）：42-44

［5］張力，張政偉.延遲焦化加熱爐管結(jié)焦原因分析及對(duì)策［J］.石油煉制與化工，2010，41（1）：21-25

［6］宋太安.塔河常壓渣油結(jié)焦特性及焦化加工對(duì)策［J］.煉油技術(shù)與工程，2004，34（7）：6-9

［7］顧承瑜.延遲焦化裝置擴(kuò)產(chǎn)及節(jié)能技術(shù)改造運(yùn)行分析［J］.石油煉制與化工，2010，41（3）：6-10

［8］黃新龍，江莉，王少鋒，等.ADCP工藝加熱爐輻射段進(jìn)料淺度熱裂化研究［J］.煉油技術(shù)與工程，2013，43（2）：7-10

［9］黃新龍，王洪彬，李節(jié)，等.高液收延遲焦化工藝（ADCP）研究［J］.煉油技術(shù)與工程，2013，43（3）：20-23

［10］晁可繩.延遲焦化工藝技術(shù)及其進(jìn)展（1）［J］.煉油設(shè)計(jì)，2001，31（10）：1-5

EFFECT OF CRACKING DEPTH OF HEAVY OIL MILD THERMAL-CRACKING ON DELAYED COKING PROCESS

Huang Xinlong，Wang Hongbin，Zhang Ruifeng，Li Hejie
（Luoyang Petrochemical Engineering Corporation，SINOPEC，Luoyang，Henan 471003）

As the feedstocks of delayed coker become heavier and inferior，there are more challenges for coker unit，such as higher liquid product yield，long-term and safe operation，environmental protection and capacity of the unit.A new process named ADCP which integrates a mild thermal cracking stage with a deep thermal cracking stage with one furnace in a coking unit is realized by LPEC for higher liquid product yield.Studies were conducted in LPEC pilot plant with visbreaking，delayed coking and continuous distillation to investigate the effect of heavy oil mild thermal cracking depth on the properties and compositions of coking products.The results show that the yields of liquid products are improved by 0.48，0.97 and 1.71 percentage points，respectively when visbreaking ratios of heavy oil are 33.03%，52.43%and 78.21%.The yields of light liquid products are increased by 1.04，1.11 and 2.19 percentage points，respectively，compared with that of the traditional process.The improvement in light oil yields is mainly manifested in yield increase of the diesel fraction.However，the properties of ADCP products are almost the same as the ones of traditional process products，so the new process has no negative effects on down-stream processes.

coking；mild thermal cracking；visbreaking；furnace；liquid y ield

2013-10-09；修改稿收到日期：2013-11-06。

黃新龍（1962—），男，學(xué)士，教授級(jí)高級(jí)工程師，1986年畢業(yè)于武漢化工學(xué)院，一直從事石油加工技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，獲部級(jí)一、二、三等科學(xué)進(jìn)步獎(jiǎng)各1項(xiàng)，申請(qǐng)專利56項(xiàng)，授權(quán)31項(xiàng)，發(fā)表論文19篇。

黃新龍，E-mail：huangxinl.lpec＠sinopec.com。