陳　松，周　揚，丁會敏，王曉棟

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱150090）

全餾分頁巖油制取催化熱裂解原料工藝的研究

陳松，周揚，丁會敏，王曉棟

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱150090）

本文提出了以全餾分頁巖油作為原料，經預處理、常減壓蒸餾、加氫處理、產品分餾工藝單元生產催化熱裂解原料，主產品為加氫精制蠟油，可作為后續(xù)催化熱裂解裝置的優(yōu)質原料；副產品為高附加值的LPG、加氫石腦油、加氫柴油；工藝裝置甩出的輕質頁巖油和殘油餾分可去下游進一步加工。該工藝可拓寬催化熱裂解裝置的原料來源，解決國內由于原料短缺造成催化熱裂解裝置開工率不足的問題；化解當前油頁巖產業(yè)結構“大頭小尾”和“油-化”結合度不足的難點，提升頁巖油煉化一體化的能力。

全餾分頁巖油；催化熱裂解原料；加氫精制蠟油

頁巖油是油頁巖熱解時有機質受熱分解生成的產物，其碳氫比類似天然石油，也稱“頁巖原油”，我國典型頁巖油性質表現(xiàn)為“三高一低”即蠟含量高、烯烴含量高、氮含量高及瀝青質含量較低，均屬高氮石蠟基油種。頁巖油中的餾分分布：汽油餾分占2.5%～2.7%，360℃以前餾分約占40%～50%，含蠟重油餾分約占25%～30%，渣油約占20%～30%［1］。頁巖油深加工是以頁巖油為原料通過加氫和熱解手段將頁巖油轉化為運輸燃料油和裂解料，從而拉長油頁巖產業(yè)鏈，提高頁巖油附加值。

“十二五”期間，受國內油頁巖開發(fā)利用升溫的影響，油頁巖干餾制油項目紛紛啟動，頁巖油產能擴充超過300萬t。由于國內深加工總體技術水平落后，加上新技術、新工藝仍處于研究開發(fā)階段，造成油頁巖產業(yè)結構呈現(xiàn)“大頭小尾”的局面。企業(yè)生產的頁巖油普遍存在未經深加工直接銷售的現(xiàn)象，從經濟效益和資源利用角度都不合理。如何加快開發(fā)頁巖油深加工工藝的步伐，將工藝創(chuàng)新應用到實際生產中，成為科研工作者亟待研究和努力的課題。

1　工藝開發(fā)背景

我國經濟總量大，經濟增長速度快，帶動化工產品需求量的快速增加，對基礎化工原料的需求強勁。低碳烯烴（乙烯、丙烯、丁烯等）是發(fā)展石化產業(yè)的關鍵基礎原料，目前，國內烯烴原料供應不能滿足下游消費需求，特別是乙烯較為短缺。因此，要實現(xiàn)增加供給能力、提升國內化工產業(yè)競爭力的目的，其途徑之一是要拓展烯烴的原料來源，實現(xiàn)烯烴原料多元化。

催化熱裂解工藝 CPP（Catalytic PyrolysisProcess）是將含蠟重油在專用催化劑上經催化熱裂解反應，實現(xiàn)最大量生產乙烯和丙烯的技術。隨著世界原油重質化、劣質化的趨勢，CPP工藝原料的質量越來越差，而該工藝對原料要求比較嚴格，其中的一項關鍵指標是原料的平均氫含量需要達到12（m）%以上。我國進口原油主要是含硫中間基原油，地方煉廠進口的重質油也基本上為中間基原油，例如目前我國大量進口的俄羅斯原油和委內瑞拉重油，受原油性質的限制而無法作為CPP工藝的原料。此外，隨著大慶石蠟基原油產量的下滑，原料供應短缺的局面還將持續(xù)。因此，在原料市場上很難找到合適的CPP原料。

根據頁巖油的輕油餾分約占36%（≤350℃餾分），含蠟重油餾分約占64%（＞350℃）的餾分分布特點，及其含蠟重油餾分的平均氫含量接近12（m）%的特性，將含蠟重油餾分從全餾分頁巖油中切分并通過加氫改質作為優(yōu)質的CPP原料，可拓寬CPP裝置的原料來源，彌補國內原料缺口，并提高裝置生產低碳烯烴的轉化率。

由黑龍江省能源環(huán)境研究院開發(fā)的新工藝以全餾分頁巖油作為原料，經預處理、常減壓蒸餾、加氫處理、產品分餾工藝單元生產催化熱裂解原料。工藝方案的主產品為加氫精制蠟油，作為后續(xù)催化熱裂解裝置的原料；副產品為高價值的LPG、加氫石腦油、加氫柴油；工藝裝置甩出的輕質頁巖油（≤350℃）和殘油（＞500℃）可去下游裝置進一步加工利用。該工藝一方面可拓寬催化熱裂解裝置的原料來源，解決國內由于原料短缺造成催化熱裂解裝置開工率不足的問題；另一方面可延長頁巖油深加工的產業(yè)鏈，解決當前油頁巖產業(yè)結構“大頭小尾”和“油-化”結合度不足的難點，提升頁巖油煉化一體化的能力。

2　工藝流程

本工藝采取的技術方案是：預處理、常減壓蒸餾、加氫處理、產品分餾工藝單元生產催化熱裂解原料，其原則工藝流程見圖1。

圖1　原則流程圖Fig.1　Principle process flow of all fraction shale oil

（1）原料預處理單元自罐區(qū)來的全餾分頁巖油（可摻煉適當二次加工含蠟重油），經兩段換熱進入自動反沖洗過濾器進行過濾，過濾后進入原料油緩沖罐。其工藝流程見圖2。

（2）常壓蒸餾單元自減壓蒸餾單元來的全餾分頁巖油經換熱進入常壓爐加熱后，進入常壓蒸餾塔進行分餾。輕質頁巖油從塔頂排出，重質頁巖油由塔底抽出去減壓蒸餾單元。塔頂氣經冷凝冷卻進入常壓塔頂回流罐進行氣液分離，含硫污水送酸性水罐，輕質頁巖油分為3路：（1）去原料預處理單元換熱后送出裝置；（2）送至吸收塔作為吸收劑吸收不凝氣中的重組分；（3）作為常壓塔塔頂回流；不凝氣經壓縮進入吸收塔，利用輕質頁巖油作為吸收劑，吸收塔作為吸收裝置對不凝氣中的LPG組分進行吸收，并利用閃蒸罐將吸收油中的LPG組分分離，分離后的解析氣（LPG）作為送出裝置，解吸油返常壓塔頂回流罐。其工藝流程見圖3。

圖2　原料預處理單元工藝原則流程圖Fig.2　Principle process flow of pretreatment unit

圖3　常壓蒸餾單元工藝原則流程圖Fig.3　Principle process flow of Atmospheric distillation unit

（3）減壓蒸餾單元自常壓塔底油泵來的重質頁巖油入減壓爐加熱后，進入減壓蒸餾塔進行蒸餾。從減壓塔側線分別切分出：減一線柴油餾分、減二線及減三線蠟油餾分，減一線柴油餾分一部分返回塔頂作為回流，另一部分經換熱冷卻后匯入輕質頁巖油送出裝置；減二線及減三線蠟油餾分一部分經換熱返塔作為回流，另一部分作為蠟油餾分去加氫處理單元改質；塔底殘油經蒸汽發(fā)生器、換熱冷卻后送出裝置；塔頂油氣經冷凝冷卻進入減壓塔頂回流罐進行氣液分離，分出輕油送預處理單元，含硫污水送酸性水罐，塔頂不凝氣經放空氣體分液罐分液后放空，過汽化油匯入塔底殘油。其工藝流程見圖4。

圖4　減壓蒸餾單元工藝原則流程圖Fig.4　Principle process flow of Vacuum distillation unit

（4）加氫處理單元自減壓蒸餾單元來的蠟油餾分與自新氫壓縮機和循環(huán)氫壓縮機來的混合氫混合，經一系列換熱后進入加氫進料加熱爐，將進料加熱至反應所需溫度送至加氫反應器中，加氫反應產物經一系列換熱后，進入高壓分離器進行分離。高分氣進行循環(huán)氫脫硫后進入循環(huán)氫壓縮機升壓，并與來自新氫壓縮機的新氫混合，混合氫分為三路：一路作為急冷氫進入反應器；一路與蠟油餾分混合作為加氫反應的進料；一路與反應器入口進料混合，作為氣路調節(jié)。高分油經減壓調節(jié)閥進入低壓分離器，低分氣去產品分餾塔頂回流罐，低分油經換熱去產品分餾單元，含硫污水送酸性水罐。其工藝流程見圖5。

（5）產品分餾單元自加氫處理單元來的低分油經換熱進入產品分餾塔進行分餾，分餾塔頂油氣經塔頂回流罐分出石腦油餾分，部分石腦油返回塔頂作為回流，另一部分經冷卻作為副產品送出裝置；不凝氣去燃料氣管網，工藝系統(tǒng)產生的含硫污水匯入酸性水罐，統(tǒng)一去污水處理裝置處理。從分餾塔側線抽出柴油餾分進入柴油汽提塔，塔底設置重沸器作為汽提塔熱源，柴油汽提塔物流分為三路：一路由塔頂排出作為回流返回分餾塔；一路經塔底重沸器加熱后返回汽提塔；一路由塔底泵抽出，一部分經冷卻作為回流返回汽提塔，另一部分經冷卻后作為加氫柴油送出裝置。分餾塔底油分為兩路：一路經重沸爐加熱后作為熱源返回產品分餾塔，另一路作為柴油汽提塔重沸器的熱源，經換熱冷卻后作為催化熱裂解原料送出裝置。其工藝流程見圖6。

圖5　加氫處理單元工藝原則流程圖Fig.5　Principle process flow of Hydrogenation unit

圖6　產品分餾單元工藝原則流程圖Fig.6　Principle process flow of fractional unit

3　結論

（1）采用該工藝加工全餾分頁巖油，可拓寬催化熱裂解裝置的原料來源，降低催化熱裂解工藝的原料成本；經加工后的加氫精制蠟油質量好，可提高后續(xù)催化熱裂解裝置生產低碳烯烴的轉化率。

（2）采用該工藝加工全餾分頁巖油可對原料進行優(yōu)化，可摻煉適當二次加工的含蠟重油，擴大了常減壓裝置的進料來源和開工率。

（3）該工藝采取常壓蒸餾塔不設側線，減壓蒸餾塔設置三個側線，低操作苛刻度的加氫處理反應，“雙塔”分餾產品等工藝方案，具有工藝流程簡單、能耗低、氫耗量??；此外還具有裝置選材要求低、節(jié)省投資的特點。

（4）采用該工藝加工全餾分頁巖油，在常壓蒸餾單元增設吸收塔和閃蒸罐，利用輕質頁巖油作為吸收油回收不凝氣中的LPG組分，可省去在產品分餾單元需要增設產品穩(wěn)定塔來分出LPG和石腦油，實現(xiàn)降本增效的目的。

［1］ 錢家麟，尹亮，等.油頁巖-石油的補充能源［M］.中國石化出版社，2008.7.

Study on producing catalytic pyrolysis raw material by all fraction shale oil

CHEN Song，ZHOU Yang，DING Hui-min，WANG Xiao-dong
（Energy and Environmental Research Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150090，China）

This paper provide the way of producing catalytic pyrolysis raw material by all fraction shale oil. The main products are hydrofining wax oil which can be used as a follow-up catalytic pyrolysis device，a by-product of high value-added LPG hydrogenation，hydrogenation diesel，naphtha，Light shale oil and residual oil distillate from the process unit can be further processed downstream.The process can be used to broaden the source of raw material for catalytic pyrolysis apparatus.To solve the problem of low operating rate of catalytic pyrolysis equipment due to the shortage of raw materials in China，To resolve the current oil shale industry structure"Large head and a small tail"and"Oil refining and chemical engineering"with insufficient degree of difficulty，To enhance the ability of shale oil refinery.

all fraction shale oil；catalytic pyrolysis raw material；hydrofining wax oil

TE122.1

A

2016-06-16

陳松，男，碩士，高級工程師，現(xiàn)從事石油化工及煤化工能源研究和技術開發(fā)工作。