加氫裂化反應(yīng)工藝參數(shù)對噴氣燃料餾分收率和性質(zhì)的影響

莫昌藝，趙廣樂，趙 陽，任 亮，錢繼志，胡志海

(中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083)

近年來，我國成品油市場需求逐步分化，其中車用柴油市場需求進入負增長區(qū)，車用汽油市場需求增速減緩，而受民航運輸業(yè)發(fā)展的影響，噴氣燃料市場需求快速增長[1]?，F(xiàn)階段，國外煉油企業(yè)側(cè)重于從生物質(zhì)原料加氫裂化來生產(chǎn)噴氣燃料[2-4]，而國內(nèi)煉油廠主要采用2種方式增產(chǎn)噴氣燃料：一是通過改造常減壓蒸餾裝置拓寬常一線油的餾程來增產(chǎn)噴氣燃料[5-6]，二是通過技術(shù)改造加氫裂化裝置或更換催化劑來提高噴氣燃料餾分收率[7-9]。

在原油組成和性質(zhì)一定的情況下，通過改造常減壓蒸餾裝置拓寬常一線油餾程的方式增產(chǎn)噴氣燃料雖然具有較好的成本優(yōu)勢，但因受冰點限制，噴氣燃料產(chǎn)量的增加幅度有限。加氫裂化裝置以大分子蠟油為原料，經(jīng)過開環(huán)裂化后，可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的噴氣燃料，因而具有較強的原料適應(yīng)性和產(chǎn)品方案靈活性，已成為越來越多煉油廠增產(chǎn)噴氣燃料的重要技術(shù)手段。為滿足采用加氫裂化技術(shù)增產(chǎn)噴氣燃料需要，考察反應(yīng)條件對噴氣燃料餾分收率和性質(zhì)的影響，以期對反應(yīng)條件進行優(yōu)化，提高噴氣燃料餾分收率和質(zhì)量。

1 實 驗

選擇典型中間基減壓蠟油為試驗原料，其性質(zhì)列于表1。由表1可知，原料蠟油的密度(20 ℃)為914.4 kgm3，硫質(zhì)量分數(shù)為2.76%，氮質(zhì)量分數(shù)為807 μgg，芳烴質(zhì)量分數(shù)為52.2%，BMCI為47.9，初餾點為275 ℃，終餾點為524 ℃，是典型的加氫裂化原料。

表1 原料性質(zhì)

蠟油加氫裂化試驗在500 mL小型加氫裂化裝置上進行，工藝流程如圖1所示。裝置流程為典型的單段雙劑串聯(lián)一次通過流程，其中精制反應(yīng)器和裂化反應(yīng)器分別裝填中國石化石油化工科學(xué)研究院(簡稱石科院)已工業(yè)應(yīng)用的精制催化劑RN-32V和裂化催化劑RHC-3。蠟油原料和氫氣混合后依次經(jīng)過精制反應(yīng)器和裂化反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)高壓分離器分離后得到氣相和液相物流，其中液相物流經(jīng)穩(wěn)定塔汽提脫除硫化氫后進入產(chǎn)品罐收集，得到裂化生成油。試驗后，通過餾分切割得到噴氣燃料餾分。

圖1 加氫裂化裝置工藝流程示意

試驗過程中，調(diào)整精制反應(yīng)溫度，控制進入裂化反應(yīng)器的精制油中氮質(zhì)量分數(shù)約為10 μg/g。為盡可能得到更多質(zhì)量合格的噴氣燃料餾分，控制噴氣燃料餾分切割的初餾點約為160 ℃，終餾點約為280 ℃。另外，為表征蠟油原料的轉(zhuǎn)化程度，定義大于350 ℃餾分轉(zhuǎn)化率(簡稱原料轉(zhuǎn)化率)如下：

原料轉(zhuǎn)化率=100%×(原料中大于350 ℃餾分質(zhì)量分數(shù)-裂化生成油中大于350 ℃餾分質(zhì)量分數(shù))/原料中大于350 ℃餾分質(zhì)量分數(shù)。

2 結(jié)果與討論

加氫裂化裝置裂化反應(yīng)單元的工藝條件包括裂化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度、入口氫分壓(簡稱為氫分壓)、體積空速和氫油體積比，以下分析裂化反應(yīng)單元各工藝條件對噴氣燃料餾分收率和性質(zhì)的影響。

2.1 裂化反應(yīng)溫度對噴氣燃料餾分收率和性質(zhì)的影響

試驗在氫分壓為13.0 MPa、體積空速為1.64 h-1、氫油體積比為1 100下進行，通過調(diào)節(jié)裂化反應(yīng)溫度來控制原料轉(zhuǎn)化率。

裂化反應(yīng)溫度對原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的影響見圖2。由圖2可知，在原料轉(zhuǎn)化率為60%～85%的范圍內(nèi)，隨著裂化反應(yīng)溫度提高，原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率均呈增加趨勢，裂化反應(yīng)溫度每升高1 ℃，原料轉(zhuǎn)化率提高1.92百分點，噴氣燃料餾分收率提高0.84百分點。

圖2 裂化反應(yīng)溫度對原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的影響●—原料轉(zhuǎn)化率； ■—噴氣燃料餾分收率。圖3～圖5同

裂化反應(yīng)溫度對噴氣燃料餾分性質(zhì)的影響見表2。由表2可知，隨著裂化反應(yīng)溫度由360 ℃升高至376 ℃，噴氣燃料餾分的密度(20 ℃)由818.9 kgm3降至802.2 kgm3，煙點由29.5 mm升至33.8 mm，芳烴質(zhì)量分數(shù)由11.4%降至7.7%，閃點和冰點性質(zhì)無明顯變化。

表2 裂化反應(yīng)溫度對噴氣燃料餾分性質(zhì)的影響

2.2 氫分壓對噴氣燃料餾分收率和性質(zhì)的影響

在裂化反應(yīng)溫度為370 ℃、體積空速為1.64 h-1、氫油體積比為1 100的條件下，考察不同氫分壓下蠟油原料轉(zhuǎn)化率、噴氣燃料餾分收率及性質(zhì)的變化規(guī)律。

圖3 氫分壓對原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的影響

氫分壓對原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的影響見圖3。由圖3可知，在氫分壓為9.0～15.0 MPa的范圍內(nèi)，調(diào)整氫分壓，原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的變化幅度均不大于1百分點，表明氫分壓對原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率影響不明顯。

氫分壓對噴氣燃料餾分性質(zhì)的影響見表3。由表3可知，隨著氫分壓由9.0 MPa升高到15.0 MPa，在相近的原料轉(zhuǎn)化深度下噴氣燃料餾分的密度(20 ℃)由813.6 kgm3降至803.1 kgm3，煙點由26.4 mm升至34.8 mm，芳烴質(zhì)量分數(shù)由16.6%降至6.4%，閃點和冰點的變化幅度較小。

表3 氫分壓對噴氣燃料餾分性質(zhì)的影響

2.3 空速對噴氣燃料餾分收率和性質(zhì)的影響

在氫分壓為13.0 MPa、氫油體積比為1 100、裂化反應(yīng)溫度為365 ℃的條件下，考察空速對原料轉(zhuǎn)化率及噴氣燃料餾分收率和性質(zhì)的影響。

不同空速下原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的變化趨勢見圖4。由圖4可知，在體積空速為1.18～2.48 h-1的范圍內(nèi)，原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率隨空速的提高幾乎呈線性降低的趨勢，體積空速每提高0.01 h-1，原料轉(zhuǎn)化率降低約1.79百分點，噴氣燃料餾分收率增加約0.78百分點，即欲達到相近的轉(zhuǎn)化深度平均需提高1.1 ℃的裂化反應(yīng)溫度進行補償。

圖4 空速對原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的影響

空速對噴氣燃料餾分性質(zhì)的影響見表4。由表4可知，隨著體積空速由1.18 h-1提高到2.48 h-1，噴氣燃料餾分密度(20 ℃)由801.6 kgm3增至827.8 kgm3，煙點由31.8 mm降至23.8 mm，芳烴質(zhì)量分數(shù)由6.9%增至18.0%。

表4 空速對噴氣燃料餾分性質(zhì)的影響

2.4 氫油比對噴氣燃料餾分收率和性質(zhì)的影響

在氫分壓為13.0 MPa、體積空速為1.64 h-1、裂化反應(yīng)溫度為365 ℃的條件下，考察氫油比對原料轉(zhuǎn)化率及噴氣燃料餾分收率和性質(zhì)的影響。

不同氫油比下蠟油原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的變化趨勢見圖5。由圖5可知：在氫油體積比為800～1 100的范圍內(nèi)，原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率均隨氫油比的提高而增加，且提高幅度呈逐步減緩趨勢；氫油體積比每提高100，原料轉(zhuǎn)化率增加2.62百分點，噴氣燃料餾分收率增加1.58百分點，折合提高裂化反應(yīng)溫度約1.36 ℃。

圖5 氫油比對原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的影響

氫油比對噴氣燃料餾分性質(zhì)的影響見表5。由表5可知，隨著氫油體積比由800提高到1 400，噴氣燃料餾分密度(20 ℃)由821.0 kgm3降至806.6 kgm3，煙點由24.5 mm增至27.8 mm，芳烴質(zhì)量分數(shù)由15.1%降至6.3%。

表5 氫油比對噴氣燃料餾分性質(zhì)的影響

2.5 反應(yīng)工藝參數(shù)對噴氣燃料餾分收率的影響

除裂化反應(yīng)氫分壓對原料轉(zhuǎn)化率的影響不明顯外，調(diào)節(jié)裂化反應(yīng)的反應(yīng)溫度、空速和氫油比均會對原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率造成明顯影響，且噴氣燃料餾分收率與原料轉(zhuǎn)化率的變化趨勢較為一致。

為此，將不同反應(yīng)條件下對應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率進行Pearson相關(guān)分析[10]，結(jié)果見圖6。由圖6可知，單獨調(diào)節(jié)某一反應(yīng)條件時，原料轉(zhuǎn)化率與噴氣燃料餾分收率的Pearson決定系數(shù)R2為0.961 0，表明原料轉(zhuǎn)化率與噴氣燃料餾分收率呈現(xiàn)較強的線性相關(guān)關(guān)系。由此可推斷，在試驗范圍內(nèi)，工藝條件因影響原料的轉(zhuǎn)化深度而影響噴氣燃料餾分的收率，原料轉(zhuǎn)化率越高，噴氣燃料餾分收率越高。需要說明的是，計算得到原料轉(zhuǎn)化率范圍內(nèi)，調(diào)整裂化反應(yīng)的反應(yīng)溫度、空速和氫油比時對應(yīng)的單位原料轉(zhuǎn)化率下噴氣燃料餾分收率的變化值分別為0.437，0.435，0.603百分點。由此可知，在相同的原料轉(zhuǎn)化率增幅下，提高裂化反應(yīng)氫油比，可得到更高的噴氣燃料餾分收率。

圖6 原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分收率的Pearson相關(guān)分析■—氫分壓； ■—反應(yīng)溫度； ■—體積空速； ■—氫油體積比。圖7同

2.6 反應(yīng)工藝條件對噴氣燃料餾分性質(zhì)的影響

由表2～表5可知，調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，噴氣燃料餾分的閃點和冰點變化不明顯，但密度、族組成和煙點的變化較大。已有研究[11]表明，噴氣燃料餾分的密度與其族組成密切相關(guān)，不同反應(yīng)工藝條件主要通過影響噴氣燃料餾分的族組成而影響其密度。

因此，本研究主要分析反應(yīng)工藝條件對噴氣燃料餾分煙點的影響。將不同工藝條件對應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分煙點進行Pearson相關(guān)分析，結(jié)果見圖7。

圖7 原料轉(zhuǎn)化率和噴氣燃料餾分煙點的Pearson相關(guān)分析

由圖7可知，總體上原料轉(zhuǎn)化率與噴氣燃料餾分煙點的Pearson決定系數(shù)R2為0.679 7，表明原料轉(zhuǎn)化率與噴氣燃料餾分的煙點呈較強的正相關(guān)關(guān)系。但需要注意的是不同反應(yīng)條件對噴氣燃料餾分煙點性質(zhì)的影響方式不同，其中調(diào)節(jié)反應(yīng)氫分壓可在不明顯調(diào)整原料轉(zhuǎn)化深度的情況下通過對噴氣燃料餾分油中芳烴的加氫飽和來提高其煙點；其余的反應(yīng)條件對噴氣燃料餾分族組成的改變和噴氣燃料餾分煙點的影響均與蠟油原料的轉(zhuǎn)化深度相關(guān)。

3 結(jié) 論

(1)裂化反應(yīng)工藝條件通過影響蠟油原料轉(zhuǎn)化率而影響加氫裂化反應(yīng)的噴氣燃料餾分收率，原料轉(zhuǎn)化率越高，噴氣燃料餾分收率越高。

(2)調(diào)整裂化反應(yīng)器入口氫分壓對原料轉(zhuǎn)化率影響不明顯；單位原料轉(zhuǎn)化率下，提高裂化反應(yīng)氫油比、提高裂化反應(yīng)溫度或降低裂化空速時，噴氣燃料餾分收率提高。

(3)反應(yīng)氫分壓因影響噴氣燃料餾分中芳烴的加氫飽和而影響其煙點，而其他反應(yīng)條件對噴氣燃料餾分煙點的影響均和蠟油原料的轉(zhuǎn)化深度相關(guān)。