陳遠(yuǎn)慶 龔朝兵 王澤愛(ài) 丁書文

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

惠州某乙烯廠乙烯工程項(xiàng)目二期(簡(jiǎn)稱C2)和乙烯工程項(xiàng)目一期(簡(jiǎn)稱C1)乙烯裝置分別副產(chǎn)乙烯焦油(又稱乙烯裂解重油)約100 kt/a，作為燃料時(shí)鍋爐廢氣排放超標(biāo)，特別是SOx排放超標(biāo)，需研究乙烯焦油在煉油裝置上加工的可行性。調(diào)研文獻(xiàn)資料得知，乙烯焦油的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，是制取碳質(zhì)材料，如碳質(zhì)吸附劑、碳黑等的優(yōu)質(zhì)原料；乙烯焦油中萘質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，可用于提取萘及萘系物。乙烯焦油因熱值較低，國(guó)內(nèi)主要用作燃料油調(diào)和組分。文章探討了乙烯裂解焦油作延遲焦化裝置油漿加熱爐原料的可行性。

1 乙烯裂解焦油及催化油漿基本性質(zhì)

乙烯焦油與催化油漿、焦化進(jìn)料的性質(zhì)見表1所示。

從表1可知：與二期催化油漿相比C2乙烯焦油的黏度、灰分和金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，硫和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，但膠質(zhì)和瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，餾程范圍寬。

與減渣為主的焦化裝置進(jìn)料相比，C2乙烯焦油的黏度、酸值、傾點(diǎn)和金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，硫和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，但芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，餾程中柴油餾分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。

表1 乙烯焦油與催化油漿、焦化進(jìn)料的性質(zhì)

續(xù)表1

2 乙烯裂解焦油與油漿摻混加工試驗(yàn)

2.1 乙烯裂解焦油與二期催化油漿的相容性試驗(yàn)

乙烯裂解焦油與二期催化油漿1∶4的配比料在90 ℃下攪拌2 h，然后移入分液漏斗中置于烘箱中，在100 ℃下恒溫30 h后分成上、下兩層，測(cè)量其密度和黏度，分析數(shù)據(jù)見表2。其互溶物在100 ℃下恒溫30 h后其上、下層油樣的黏度和密度差異很小，說(shuō)明C2乙烯裂解焦油與二期催化油漿有較好的相容性。

表2 C2焦油與二期油漿及C2焦油與焦化進(jìn)料的相容性試驗(yàn)

2.2 乙烯裂解重油與催化油漿的摻混加工試驗(yàn)

在總進(jìn)料為3 kg/h、重油加熱爐出口溫度為500 ℃、焦炭塔塔頂表壓為210 kPa的條件下，C2乙烯焦油和二期催化油漿以35∶65的摻混料以及純二期催化油漿作為延遲焦化中試裝置的進(jìn)料，進(jìn)行中試試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表3。表3數(shù)據(jù)顯示：C2乙烯焦油和二期催化油漿35∶65的混合料與二期催化油漿單獨(dú)作焦化料相比，其焦炭產(chǎn)率降低10.16個(gè)百分點(diǎn)，焦化蠟油產(chǎn)率降低5.95個(gè)百分點(diǎn)，焦化柴油產(chǎn)率增加16.24個(gè)百分點(diǎn)。焦化氣體與焦化汽油(-150 ℃)產(chǎn)率大致相同，但注汽量不同，二期催化油漿作原料時(shí)注汽量為1.68%，乙烯焦油時(shí)催化油漿的混合料(35∶65)作原料時(shí)注汽量為3%。

表3 乙烯裂解焦油與催化油漿的延遲焦化反應(yīng)結(jié)果

2.3 摻煉乙烯焦油時(shí)的加熱爐爐管結(jié)焦性試驗(yàn)

為進(jìn)一步確認(rèn)C2乙烯焦油比二期催化油漿更易結(jié)焦堵管的結(jié)論，進(jìn)行了以乙烯焦油為原料的加熱爐爐管結(jié)焦性試驗(yàn)(試驗(yàn)編號(hào)B1、B2、B3和B4)。在進(jìn)料量3 kg/h、注汽量3%和加熱爐管出口設(shè)定溫度500 ℃(試驗(yàn)編號(hào)B1)的條件下，加熱爐管380 ℃時(shí)進(jìn)乙烯焦油原料并升溫，20 min后升至407 ℃，加熱爐管底部的熱電偶和連接焦炭塔的轉(zhuǎn)油線彎管處結(jié)焦完全堵塞，試驗(yàn)被迫停止；轉(zhuǎn)油線彎管處堵塞物常溫下為固態(tài)，因脆而易呈粉末狀。

為再次證明C2乙烯焦油比二期催化油漿更易結(jié)焦堵管的結(jié)論，仍以乙烯焦油為原料，進(jìn)行了逐漸加大進(jìn)料條件苛刻度的試驗(yàn)。將進(jìn)料量提高至4 kg/h，注汽量提高至8%，加熱爐管出口設(shè)定溫度380 ℃(試驗(yàn)編號(hào)B2)，380 ℃下進(jìn)料2 h試驗(yàn)正常：然后將注汽量降至3%(試驗(yàn)編號(hào)B3)，進(jìn)料2 h試驗(yàn)仍正常；接著將加熱爐管出口溫度設(shè)定至500 ℃繼續(xù)進(jìn)料(試驗(yàn)編號(hào)B4)，從380℃升溫75 min時(shí)爐管堵管，從而停止試驗(yàn)，此時(shí)爐管出口溫度升至480 ℃。

乙烯焦油延遲焦化結(jié)焦性試驗(yàn)(結(jié)果見表4)表明：乙烯焦油雖然生焦量比二期油漿低，但其更易在爐管內(nèi)結(jié)焦堵管，爐管溫度是影響結(jié)焦最主要的因素，可能與乙烯焦油在爐管中高溫下的熱聚合相關(guān)。

該現(xiàn)象與中國(guó)石油蘭州石化公司(以下簡(jiǎn)稱蘭州石化)的生產(chǎn)實(shí)踐有相似性[1]。蘭州石化在1.2 Mt/a延遲焦化裝置上進(jìn)行了乙烯裂解重油摻煉試驗(yàn)，未對(duì)乙烯裂解重油進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，由于乙烯裂解重油與減壓渣油混合時(shí)有明顯的分層及凝聚現(xiàn)象，導(dǎo)致加熱爐爐管、冷換設(shè)備(如渣油-蠟油換熱器)、分餾塔塔底結(jié)焦傾向加劇，加工量下調(diào)(由摻煉前的52 t/h降至摻煉后的48 t/h)，且縮短裝置運(yùn)行周期[2]。

以純乙烯焦油作焦化原料時(shí)，降低注汽量、提高爐管溫度有助于提高焦化效果，但因爐管結(jié)焦嚴(yán)重，爐管溫度未能提升至500 ℃。B2、B3和B4中的焦炭塔塔頂內(nèi)溫度在443 ℃左右，比正常時(shí)的449 ℃低6 K。

表4 乙烯焦油結(jié)焦性試驗(yàn)

3 乙烯裂解焦油焦化加工的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3.1 可行性分析

惠州某煉油廠兩套催化裂化裝置共產(chǎn)催化油漿0.28 Mt/a，為改變催化油漿作為燃料油低價(jià)外銷的現(xiàn)狀，該煉油廠利用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的“油漿單獨(dú)加熱、爐后混煉”的工藝技術(shù)加工催化油漿，催化油漿經(jīng)油漿加熱爐加熱后進(jìn)入現(xiàn)有的延遲焦化焦炭塔進(jìn)行生焦。其流程示意見圖1。該設(shè)施于2019年10月開工，油漿加熱爐出口溫度控制在500 ℃，油漿進(jìn)料量30 t/h，運(yùn)行平穩(wěn)。檢修周期大約為一年。乙烯裂解焦油如果進(jìn)延遲焦化加工，可進(jìn)油漿爐與油漿摻混加工，油漿可適當(dāng)外銷，不影響全廠加工流程。

蘭州石化對(duì)乙烯裂解重油加注穩(wěn)定劑、膠溶劑并采用混合器進(jìn)行均勻混合[3-4]，有效緩解了延遲焦化裝置摻煉乙烯裂解重油時(shí)出現(xiàn)的換熱器、管線及加熱爐的結(jié)焦現(xiàn)象，自2017年11月30日起，乙烯裂解重油進(jìn)焦化裝置加工進(jìn)入工業(yè)試生產(chǎn)階段。工業(yè)運(yùn)行結(jié)果表明,延遲焦化裝置運(yùn)行周期達(dá)到一年以上(2018年4月檢修完運(yùn)行至2019年4月)。摻煉期間順利解決了乙烯焦油原料帶水問(wèn)題及動(dòng)態(tài)混合器機(jī)封泄漏等問(wèn)題。

圖1 油漿單獨(dú)加熱-爐后混煉流程示意

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

延遲焦化裝置穩(wěn)定摻煉乙烯裂解重油需要增加配套的穩(wěn)定劑、膠溶劑加注設(shè)施、混合設(shè)備及相應(yīng)流程，由于延遲焦化加工負(fù)荷存在不均衡性及油漿加熱爐加工負(fù)荷限制，按照加工C2乙烯裂解焦油50 kt/a計(jì)算，預(yù)計(jì)投資在1 000萬(wàn)元左右，折舊為每年100萬(wàn)元(10年折舊)。穩(wěn)定劑加注量300 μg/g，穩(wěn)定劑單價(jià)為9萬(wàn)元/t；膠溶劑注入量900 μg/g，膠溶劑單價(jià)為19萬(wàn)元/t。穩(wěn)定劑年消耗15 t，膠溶劑年消耗45 t，年助劑消耗金額為：15×9+45×19=990萬(wàn)元。

焦化裝置新建的油漿加熱爐標(biāo)定燃料動(dòng)力消耗如下：燃料氣單價(jià)為3 786元，消耗0.78 t/h；3.5 MPa蒸汽單價(jià)為208.21元，消耗2.25 t/h；1.0 MPa蒸汽單價(jià)136.52元，消耗2.4 t/h；電單價(jià)0.62元/kWh，消耗357 kWh/h；循環(huán)水單價(jià)0.32元，消耗64 t/h。油漿加熱爐燃動(dòng)成本為158.5元/t。

油漿加熱爐摻煉乙烯裂解焦油后，年運(yùn)行時(shí)間按照8 400 h計(jì)算，處理乙烯裂解焦油約6 t/h，增加的運(yùn)行成本為：(1 000 000+9 900 000)/50 000+158.5=376.5元/t。

按照公司內(nèi)部測(cè)算價(jià)格，焦化干氣的價(jià)格為3 620元/t，焦化液化氣價(jià)格為3 233元/t，焦化汽油價(jià)格為3 235元/t，焦化柴油價(jià)格為3 805元/t，焦化蠟油價(jià)格為2 830元/t，焦炭?jī)r(jià)格為900元/t，燃料油價(jià)格為1 315元/t。根據(jù)表3的反應(yīng)結(jié)果， 1 t乙烯焦油進(jìn)延遲焦化加工可產(chǎn)生的效益為：(3 805×0.162 4-2 830×0.059 5-900×0.101 6)×100/35-1 315×1=-291.837元，說(shuō)明乙烯裂解焦油進(jìn)油漿爐加工的效益低于催化油漿。延遲焦化通過(guò)油漿爐加工催化油漿為515.13元/t，其作油漿加熱爐原料時(shí)的效益為：515.13-291.837=223.293元/t；但比油漿加熱爐摻煉乙烯焦油時(shí)的燃動(dòng)和折舊成本376.5元/t低，加工效益為：223.293-376.5=-153.207元/t，其加工效益主要取決于柴油與蠟油的相對(duì)價(jià)差及燃料油的售價(jià)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

C2乙烯焦油與二期催化油漿和焦化裝置進(jìn)料有較好的相容性。C2乙烯焦油和二期催化油漿35∶65的混合料與二期催化油漿單獨(dú)作焦化料相比，焦炭降低約10個(gè)百分點(diǎn)，焦化蠟油降低約6個(gè)百分點(diǎn)，焦化柴油增加約16個(gè)百分點(diǎn)。相同條件下，乙烯焦油比二期催化油漿更易結(jié)焦堵塞爐管，爐管溫度是導(dǎo)致爐管結(jié)焦堵管最重要的因素，可能與乙烯焦油在爐管中高溫下的熱聚合相關(guān)。

根據(jù)同類裝置的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，需要增設(shè)穩(wěn)定劑、膠溶劑的加注和混合設(shè)施，可確保延遲焦化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行(運(yùn)行1年以上)。乙烯裂解焦油作油漿加熱爐原料相比作燃料油效益為223.293元/t，但比油漿加熱爐摻煉乙烯裂解焦油時(shí)的燃動(dòng)和折舊成本低，綜合加工效益為-153.207元/t。