王 慧

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

中海油惠州石化有限公司(簡(jiǎn)稱惠州石化)4.8 Mt/a催化裂化裝置于2017年9月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)以加氫蠟油和加氫重油為原料，生產(chǎn)液化氣、汽油、柴油等產(chǎn)品。反應(yīng)部分采用中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱石科院)開(kāi)發(fā)的MIP技術(shù)，提升管出口采用密閉旋流式快速分離系統(tǒng)(VQS)，再生部分采用中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司(簡(jiǎn)稱SEI)開(kāi)發(fā)的重疊式兩段不完全再生技術(shù)。

惠州石化常減壓蒸餾(Ⅰ)裝置的減四線油在原全廠加工流程中由延遲焦化裝置加工，再加上后續(xù)的蠟油加氫裂化等裝置的配合，用以生產(chǎn)石腦油、汽柴油、石油焦等產(chǎn)品。受近期石油產(chǎn)品價(jià)格波動(dòng)影響，石腦油、石油焦價(jià)格不斷走低，焦化裝置加工減四線油的經(jīng)濟(jì)性變差。2019年4月，惠州石化將減四線油全部改進(jìn)4.8 Mt/a催化裂化裝置進(jìn)行加工，將減四線油更多地轉(zhuǎn)化為當(dāng)時(shí)市場(chǎng)條件下附加值更高的汽油、低碳烯烴組分，以提高公司的整體經(jīng)濟(jì)效益。

在摻煉減四線油之前，催化裂化裝置加工的原料為加氫蠟油和加氫重油，2019年4月30日開(kāi)始減四線油進(jìn)催化裂化原料中間罐區(qū)，隨即開(kāi)始摻煉，并逐步提高摻煉量，于2019年5月10日摻煉量穩(wěn)定在40 t/h，減四線油摻煉比(w，下同)達(dá)到8.59%。為考察裝置摻煉減四線油前后的運(yùn)行情況，分別取摻煉前和減四線油摻煉比為8.59%時(shí)(簡(jiǎn)稱摻煉后)兩個(gè)階段的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

1 原料油性質(zhì)

加氫蠟油、加氫重油和減四線油的性質(zhì)如表1所示。裝置摻煉減四線油前后的混合原料油性質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表2。由表1和表2可以看出：減四線油的殘?zhí)扛哌_(dá)8.19%，鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.1 μg/g，鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為126.1 μg/g，均明顯高于裝置摻煉減四線油前的混合原料油的相應(yīng)值；當(dāng)摻煉40 t/h的減四線油后，混合原料油的相應(yīng)指標(biāo)也有明顯提升，故摻煉減四線油時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注這些指標(biāo)變化對(duì)裝置運(yùn)行的影響。

表1 裝置所加工加氫蠟油、加氫重油及減四線油的性質(zhì)

表2 摻煉減四線油前后的混合原料油性質(zhì)對(duì)比

2 結(jié)果與討論

2.1 主要操作條件

摻煉減四線油前后裝置的主要操作條件見(jiàn)表3。由表3可以看出，摻煉減四線油后，由于原料變重，裝置適當(dāng)提高了反應(yīng)溫度，并降低了回?zé)捰偷幕責(zé)捔?，并且由于原料變重，生焦量增加，耗風(fēng)量也有所增加。其他操作參數(shù)變化不大。

表3 主要操作條件對(duì)比

2.2 平衡劑性質(zhì)

摻煉減四線油前后的平衡劑性質(zhì)見(jiàn)表4。由于減四線油性質(zhì)差，摻煉減四線油后，加大了催化劑的置換速率，由表4可以看出，平衡劑微反活性略有增加，比表面積也有所回升。盡管加大了催化劑的置換速率，但平衡劑上鐵、鎳、鈣含量還是明顯增加，分別由原來(lái)的3 127，4 289，1 983 μg/g上漲至4 198，4 677，4 445 μg/g，上漲了1 071，388，2 462 μg/g，這與減四線油中的鐵、鎳、鈣含量高直接相關(guān)。

表4 平衡劑性質(zhì)對(duì)比

2.3 產(chǎn)品分布

裝置摻煉減四線油前后的產(chǎn)品分布對(duì)比見(jiàn)表5。由表5可以看出：由于減四線油殘?zhí)扛?、芳烴組分多，催化裂化性能差，造成裝置摻煉減四線油后的產(chǎn)品分布變差；減四線油摻煉比達(dá)8.59%后，受混合原料變重的影響，干氣、輕柴油、油漿和焦炭產(chǎn)率分別增加0.06，0.63，0.36，0.33百分點(diǎn)，而液化氣和汽油收率分別下降0.82百分點(diǎn)和0.58百分點(diǎn)，總液體收率下降0.77百分點(diǎn)。

表5 產(chǎn)品分布對(duì)比 w，%

盡管摻煉減四線油后催化裂化裝置的產(chǎn)品分布變差，但由于在當(dāng)前市場(chǎng)條件下，石油焦價(jià)格較低，低碳烯烴價(jià)格相對(duì)較高，相比減四線油進(jìn)焦化裝置加工后生產(chǎn)約3%的液化氣、56%的汽柴油、25%的石油焦，催化裂化裝置加工減四線油的經(jīng)濟(jì)性更好。

2.4 產(chǎn)品性質(zhì)

裝置摻煉減四線油前后的干氣、液化氣、汽油和柴油性質(zhì)對(duì)比分別見(jiàn)表6～表8。由表6可以看出，摻煉減四線油后，由于平衡劑上重金屬污染更嚴(yán)重，干氣的H2/CH4物質(zhì)的量比由摻煉前的1.44增加至摻煉后的1.45。由表7可以看出，摻煉減四線油后，由于原料油性質(zhì)整體變重，不利于氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，所以反應(yīng)的氫轉(zhuǎn)移指數(shù)下降，使得裝置所產(chǎn)液化氣中的烯烴體積分?jǐn)?shù)由摻煉前的63.07%增加到摻煉后的63.28%，增加0.21百分點(diǎn)。由表8可以看出，摻煉減四線油后，裝置所產(chǎn)汽油的密度(20 ℃)增加2.1 kg/m3，研究法辛烷值增加0.6個(gè)單位，芳烴體積分?jǐn)?shù)增加1.9百分點(diǎn)，烯烴體積分?jǐn)?shù)增加1.3百分點(diǎn)，苯體積分?jǐn)?shù)下降0.08百分點(diǎn)。這主要是因?yàn)樵献冎睾螅现械姆紵N含量增加，汽油中的芳烴含量也相應(yīng)增加，從而使汽油辛烷值增加[1]；氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)減弱，因而汽油中烯烴含量增加。此外，由于原料變重后，反應(yīng)溫度提高幅度不大，相應(yīng)的反應(yīng)苛刻度有所下降，原料中單環(huán)芳烴脫側(cè)鏈的裂化反應(yīng)減弱，所以生成的苯減少，造成汽油中的苯含量下降。

表6 干氣組成對(duì)比 φ，%

表7 液化氣性質(zhì)對(duì)比

表8 汽油性質(zhì)對(duì)比

2.5 能 耗

裝置摻煉減四線油前后的能耗對(duì)比見(jiàn)表9。由表9可以看出，摻煉減四線油后，裝置能耗由1 865.01 MJ/t升高到1 981.48 MJ/t，增加了116.47 MJ/t。由于原料變重、生焦量增加而導(dǎo)致的燒焦能耗升高113.21 MJ/t，是總能耗上升的主要原因。由于生焦量增加，裝置產(chǎn)出蒸汽量增加，除鹽水能耗增加2.54 MJ/t，3.5 MPa蒸汽和1.0 MPa蒸汽的能耗合計(jì)降低3.68 MJ/t。此外，摻煉減四線油后，生焦量增加，耗風(fēng)量增加，雙動(dòng)滑閥開(kāi)大以維持再生壓力基本不變，導(dǎo)致裝置電耗增加3.27 MJ/t。

表9 裝置能耗對(duì)比 MJ/t

2.6 長(zhǎng)周期運(yùn)行影響

由于減四線油的殘?zhí)?、鎳、鈣含量明顯比加氫重油高，因此摻煉減四線油需重點(diǎn)關(guān)注這些指標(biāo)對(duì)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響。

原料殘?zhí)扛?，生焦量增加，主風(fēng)機(jī)、再生器、外取熱器負(fù)荷會(huì)增加。由于裝置加工負(fù)荷并未達(dá)到設(shè)計(jì)值(按摻煉時(shí)的加工量核算，加工負(fù)荷為81.79%)，此幾項(xiàng)問(wèn)題并不突出，但由于外取熱器襯里施工缺陷、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等原因，外取熱器負(fù)荷增加后，外取熱器筒體上的外壁溫度高于400 ℃的熱點(diǎn)增加，是長(zhǎng)周期運(yùn)行的一個(gè)隱患。

在上述對(duì)比標(biāo)定中，由于減四線油的摻煉時(shí)間不長(zhǎng)，平衡劑上的金屬含量還未達(dá)到平衡狀態(tài)。按設(shè)計(jì)劑耗(相對(duì)于原料加工量)為0.9 kg/t和現(xiàn)有原料性質(zhì)、進(jìn)料量估算，摻煉減四線油后，穩(wěn)態(tài)平衡劑上鎳、鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)將分別達(dá)7 700 μg/g和12 000 μg/g[2]。實(shí)際上，在后續(xù)生產(chǎn)中由于原油性質(zhì)、減四線油摻煉量、加工量等因素變化，平衡劑上的鎳、鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高曾分別達(dá)到7 288 μg/g和19 556 μg/g，威脅裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

鎳對(duì)催化裂化催化劑的毒性表現(xiàn)為強(qiáng)烈的催化脫氫作用，它使裂化反應(yīng)選擇性變差，增加氫和焦炭的產(chǎn)率。一般而言，鈣以無(wú)機(jī)物形式進(jìn)入催化裂化裝置，在再生器的高溫下，易轉(zhuǎn)化為氧化物，不能再與分子篩發(fā)生離子交換，所以它們對(duì)工業(yè)平衡劑的毒害并不是很嚴(yán)重[3]。但鈣在催化劑上的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)1.2%時(shí)，一方面對(duì)催化劑上分子篩的破壞急劇增加，致使其活性、比表面積和孔體積下降，重油轉(zhuǎn)化能力不足；另一方面，由于鈣在平衡劑上大部分是以硫酸鈣的形式存在，而硫酸鈣在催化裂化環(huán)境中具有較強(qiáng)的黏滯性，故隨著平衡劑上鈣含量的增加，催化劑還會(huì)結(jié)塊，可能造成煙機(jī)結(jié)垢、催化劑流化失常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致裝置停工[4-5]。中國(guó)石油烏魯木齊石油化工總廠煉油廠催化裂化裝置和中國(guó)石油蘭州石化公司煉油廠1.2 Mt/a重油催化裂化裝置都曾因原料中鈣含量高，催化劑結(jié)塊，導(dǎo)致裝置停工[6]。繼續(xù)摻煉減四線油時(shí)，裝置可針對(duì)性地采取優(yōu)化原油品種、加強(qiáng)原油脫鹽、提高催化劑置換速率、加注多功能金屬鈍化劑等措施，以保證裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3 結(jié) 論

(1)由于減四線油的殘?zhí)扛?、重金屬含量高，催化裂化裝置摻煉減四線油后，催化裂化原料性質(zhì)變重，原料油中的鎳、鈣含量上升明顯。減四線油的摻煉比達(dá)到8.59%后，產(chǎn)品分布變差，焦炭產(chǎn)率增加0.33百分點(diǎn)，總液體收率下降0.77百分點(diǎn)，能耗增加116.47 MJ/t。

(2)摻煉減四線油后，催化裂化干氣的H2/CH4物質(zhì)的量比略有增加，液化氣烯烴體積分?jǐn)?shù)增加0.21百分點(diǎn)，汽油密度(20 ℃)增加2.1 kg/m3，汽油研究法辛烷值增加0.6個(gè)單位，汽油中的烯烴和芳烴體積分?jǐn)?shù)分別增加到1.3百分點(diǎn)和1.9百分點(diǎn)，苯體積分?jǐn)?shù)降低0.08百分點(diǎn)。

(3)摻煉減四線油后，平衡劑的鎳、鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別由原來(lái)的4 289 μg/g和1 983 μg/g上漲至4 677 μg/g和4 445 μg/g，并最高曾分別由原來(lái)的4 289 μg/g、1 983 μg/g上漲至7 288 μg/g和19 556 μg/g。這不僅使裝置產(chǎn)品分布變差，還可能由于鈣含量過(guò)高，造成煙機(jī)結(jié)垢、催化劑流化失常。裝置可針對(duì)性地采取優(yōu)化原油品種、加強(qiáng)原油脫鹽、提高催化劑置換速率、加注多功能金屬鈍化劑等措施，以保證裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

(4)催化裂化裝置摻煉減四線油后，優(yōu)化了全廠物料平衡，相比原來(lái)的焦化加工路線，生產(chǎn)了更多高附加值的汽油、低碳烯烴等產(chǎn)品，提高了公司的整體經(jīng)濟(jì)效益。