趙志飛，齊建勛，方 東

(中國石油華北石化分公司，河北 任丘 062552)

保守預(yù)計，2025年我國保稅船用燃料油的市場需求量將達到30.00 Mt以上[1]。隨著國內(nèi)煉油能力和成品油需求之間的矛盾越來越嚴重，低硫船用燃料油是未來煉化企業(yè)能夠增加產(chǎn)量的大宗產(chǎn)品之一，是解決重油平衡，緩解成品油過剩問題的一個突破點。

船用燃料油分為餾分燃料油和重質(zhì)燃料油(即殘渣型燃料油)，其中RMG180和RMG380兩種重質(zhì)燃料油主要用于遠洋低速發(fā)動機[2]，是市場主流消費品種，需求量最大。下文如無特別說明，所述船用燃料油均指這兩種重質(zhì)船用燃料油。低硫船用燃料油常用的調(diào)合組分有低硫減壓渣油(簡稱減渣)、加氫渣油、催化裂化脫固油漿(簡稱脫固油漿)、催化裂化柴油(簡稱催化柴油)等[3-4]。低硫減渣的黏度和傾點較高，催化裂化油漿(簡稱催化油漿)又受催化裂化加工規(guī)模的限制而產(chǎn)量不足，二者均難以大量調(diào)合到低硫船用燃料油，因而必須摻入大量附加值相對較高的加氫渣油和催化柴油，導(dǎo)致低硫船用燃料油生產(chǎn)成本居高不下，影響煉油廠效益。因此，通過降低低硫減渣的傾點和黏度而提高其摻入比例是降低低硫船用燃料油生產(chǎn)成本的有效途徑。

減黏裂化(簡稱減黏)的目的是通過淺度熱裂化反應(yīng)把重質(zhì)高黏度渣油轉(zhuǎn)化為較低黏度和較低傾點的燃料油調(diào)合組分，以使燃料油達到規(guī)格要求，或雖未達到要求但可以減少摻合的輕質(zhì)餾分的量[5]。國內(nèi)減黏裝置數(shù)量較少的主要原因是減黏過程的輕油收率低，為增加輕油收率而提高轉(zhuǎn)化深度時生焦嚴重，影響運行周期[6]。隨著成品油需求減少，低硫船用燃料油需求增加，應(yīng)重視減黏工藝對低硫船用燃料油生產(chǎn)的作用。

以下以某煉化公司為例，研究低硫船用燃料油調(diào)合組分特性，改進減黏工藝條件，優(yōu)化調(diào)合方案，在低成本生產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油的同時改善催化裂化裝置進料，提高公司整體經(jīng)濟效益。

1 低硫船用燃料油生產(chǎn)現(xiàn)狀

某原油加工規(guī)模為10 Mt/a的煉化公司采用常減壓蒸餾-渣油加氫-催化裂化的加工路線，其催化裂化裝置的規(guī)模較小，且閑置一套0.40 Mt/a減黏裝置。隨著加工的原油越來越重質(zhì)化，該公司低硫重質(zhì)船用燃料油生產(chǎn)規(guī)模越來越大，達到0.72 Mt/a，公司面臨低成本生產(chǎn)大量低硫船用燃料油并解決重油加工瓶頸的問題。

1.1 生產(chǎn)流程

該公司原有的船用燃料油生產(chǎn)流程如圖1所示。兩套常減壓蒸餾裝置中，一套加工國內(nèi)低硫原油，一套加工進口中東高硫原油；渣油加氫裝置有兩個系列(兩個系列均帶汽提塔)，根據(jù)不同原油特性分輸分煉，加氫產(chǎn)物在分餾單元合并。根據(jù)船用燃料油調(diào)合組分低附加值、重質(zhì)化等原則，調(diào)合組分以低硫減渣、加氫渣油為主，催化油漿脫固處理后作為調(diào)合組分，并補充部分催化柴油。

圖1 原有船用燃料油生產(chǎn)流程

1.2 調(diào)合組分及調(diào)合結(jié)果

該公司低硫重質(zhì)船用燃料油調(diào)合組分的種類及性質(zhì)見表1。由表1可以看出：低硫減渣黏度大，傾點高，硫含量較高；催化油漿的黏度較小，傾點較低，采用脫灰劑脫固處理后其金屬含量仍較高，密度較大；加氫渣油性質(zhì)居中，硫含量較低，黏度較小，傾點稍高；催化柴油的硫含量和黏度均較小，傾點較低，調(diào)合時用作稀釋組分。

表1 低硫船用燃料油調(diào)合組分及性質(zhì)

目前該公司油漿產(chǎn)量為0.11 Mt/a，常用的低硫船用燃料油調(diào)合配方有3種，分別是：①m(低硫減渣)∶m(催化柴油)=40∶60；②m(加氫渣油)∶m(催化柴油)=75∶25；③m(低硫減渣)∶m(加氫渣油)∶m(脫固油漿)∶m(催化柴油)=20∶35∶15∶30。其中，配方③的調(diào)合成本最低，采用該方案調(diào)合所得低硫船用燃料油的性質(zhì)見表2。配方③中輕質(zhì)餾分的占比仍較高，由表2可以看出，此配方下低硫船用燃料油的殘?zhí)績H7.58%。

表2 配方③所得低硫船用燃料油的性質(zhì)

因低硫減渣黏度大，傾點高，限制了其調(diào)合比例，需研究解決降低其黏度和傾點的方法，以降低輕質(zhì)餾分的調(diào)合比例，另外增大低硫減渣調(diào)合比例后，需通過增加更低硫含量的組分來滿足低硫船用燃料油的硫含量要求。

2 采用減黏工藝生產(chǎn)低硫船用燃料油方案

減黏裂化過程中主要發(fā)生裂解和縮合反應(yīng)，帶有側(cè)鏈的化合物側(cè)鏈斷裂，形成小分子，黏度減小，傾點降低；膠質(zhì)除了裂解成小分子外，還易縮合成瀝青質(zhì)；當反應(yīng)達到一定深度后，瀝青質(zhì)含量增加到超過體系容納能力時則會析出，嚴重時會形成焦炭(甲苯不溶物)。因此，需針對進料性質(zhì)及產(chǎn)品要求，對減黏裝置進行工藝優(yōu)化。

2.1 優(yōu)化減黏條件生產(chǎn)減黏重油

減黏裝置設(shè)計加工量為0.40 Mt/a，采用上流式反應(yīng)器減黏裂化工藝，具有低溫、長停留時間特點，操作條件比較緩和，有利于裂化反應(yīng)而不利于縮合反應(yīng)，產(chǎn)品安定性較好，生焦率較低。文獻[7]以塔河常壓渣油為原料考察了減黏過程反應(yīng)溫度對產(chǎn)品的黏度和甲苯不溶物含量的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 反應(yīng)溫度對產(chǎn)品黏度、甲苯不溶物含量的影響

由圖2可以看出：渣油的減黏效果明顯；當反應(yīng)溫度大于420 ℃后產(chǎn)品黏度下降不再明顯，但甲苯不溶物含量快速增加，生焦加快[7]。借鑒上述結(jié)果，本研究中，以生產(chǎn)低硫船用燃料油為目的的減黏過程，操作溫度區(qū)間以400～420 ℃為宜。

對于已建成裝置，影響渣油減黏效果的關(guān)鍵因素為反應(yīng)溫度和進料性質(zhì)，反應(yīng)溫度低，裂化反應(yīng)緩和，生成油黏度改善程度低，生焦率低，運行周期長；反應(yīng)溫度高，裂化反應(yīng)加劇，生成油黏度改善程度高，生焦率高，運行周期短；原料性質(zhì)好，減黏產(chǎn)品黏度小，傾點低，但可加工的減壓渣油量降低，因此需綜合考慮產(chǎn)品性質(zhì)和加工量關(guān)系。根據(jù)文獻[5]，采用芳香性較強的物料作稀釋組分有利于降低調(diào)合產(chǎn)品的黏度，結(jié)合公司現(xiàn)有低硫船用燃料油調(diào)合組分情況，可采用摻入部分脫固油漿的方法改善進料性質(zhì)。為此，分別針對100%低硫減渣和m(低硫減渣)∶m(脫固油漿)=3∶1的混合原料(簡稱3比1混合原料)進行了減黏試驗，結(jié)果見表3。其中，3比1混合原料的運動黏度(50 ℃)為10 551 mm2/s，傾點為42 ℃。

表3 兩種原料不同溫度下減黏改質(zhì)結(jié)果

由表3可以看出，與100%低硫減渣原料相比，混合進料的減黏改質(zhì)效果明顯更好。綜合考慮減黏效果和裝置長周期運行要求，對于3比1混合原料，反應(yīng)溫度以410 ℃為佳，此時改質(zhì)油的運動黏度(50 ℃)降至1 000 mm2/s以下，傾點降至30 ℃以下，為實現(xiàn)調(diào)合低硫船用燃料油提供了良好的基礎(chǔ)，雖然黏度指標仍高于低硫船用燃料油要求，但可通過與其他組分調(diào)合來滿足要求。

2.2 低硫船用燃料油調(diào)合配方優(yōu)化

由于減黏渣油傾點基本降至30 ℃以下，配方篩選主要考察硫含量、黏度指標，為了減小高價值低硫組分的調(diào)合比例，采用硫含量較低的渣油加氫裝置第1系列汽提塔塔底加氫渣油(含8%柴油組分)作為低硫調(diào)合組分，該加氫渣油(簡稱1系列加氫渣油)的性質(zhì)見表4。

表4 1系列加氫渣油的性質(zhì)

經(jīng)優(yōu)化分析，RMG380低硫船用燃料油的配方為m(減黏渣油)∶m(1系列加氫渣油)=60∶40。由于1系列加氫渣油中含有8%柴油組分，折合輕質(zhì)餾分調(diào)入比例為3.2%，即生產(chǎn)RMG380燃料油時輕質(zhì)餾分調(diào)入比例從30%降低至3.2%，輕質(zhì)餾分比例大幅降低。調(diào)合RMG180低硫船用燃料油時，通過添加催化柴油進一步降黏度，其調(diào)合配方為m(減黏渣油)∶m(1系列加氫渣油)∶m(催化柴油)=60∶30∶10。調(diào)合所得減黏低硫船用燃料油的性質(zhì)見表5。由表5可以看出，調(diào)合油的各性質(zhì)符合指標要求，RMG380調(diào)合油的殘?zhí)吭黾拥?3.53%，RMG180調(diào)合油的殘?zhí)吭黾拥?2.76%。

表5 調(diào)合所得減黏低硫船用燃料油的性質(zhì)

3 減黏工藝生產(chǎn)船用燃料油方案效果分析

應(yīng)用RPMS軟件，從全廠總流程角度對多產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油的原有方案和減黏方案進行比較。

3.1 減黏工藝生產(chǎn)船用燃料油流程

減黏船用燃料油的生產(chǎn)流程見圖3，其中標紅色的為與原有船用燃料油調(diào)合方案流程不同的部分。

圖3 減黏船用燃料油生產(chǎn)流程

3.2 生產(chǎn)方案對比

兩方案采用相同原油結(jié)構(gòu)，汽油、柴油限制產(chǎn)量上限，低硫船用燃料油產(chǎn)量為0.72 Mt/a。原有方案船用燃料油配方為m(低硫減渣)∶m(加氫渣油)∶m(脫固油漿)∶m(催化柴油)=20∶35∶15∶30，減黏方案船用燃料油配方為m(減黏渣油)∶m(1系列加氫渣油)=60∶40。兩種船用燃料油生產(chǎn)方案下全廠原料量和主要產(chǎn)品量及催化裂化裝置進料性質(zhì)對比見表6。

表6 兩種船用燃料油生產(chǎn)方案的對比

由表6可以看出：采用減黏方案生產(chǎn)低硫船用燃料油，降低了渣油加氫裝置負荷，減少了用于制氫的天然氣消耗量和制氫尾氣損失；減黏過程沒有摻入蠟油等高價值稀釋組分，大比例減黏渣油調(diào)合的低硫船用燃料油帶出更多的高殘?zhí)苛淤|(zhì)組分，從而使催化裂化裝置進料得到改善(殘?zhí)坑?.03%降至4.65%)，反應(yīng)生焦量減少，催化裝置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化；另外，減黏過程中也產(chǎn)生少量的減黏汽油，而由于受制于汽柴油上限要求，全廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化后增加了噴氣燃料和二甲苯產(chǎn)品；但因低硫減渣來源于石蠟基原油，導(dǎo)致石蠟基原料在催化裂化裝置進料中的占比降低，催化裂化裝置液化氣收率稍降，全廠液化氣產(chǎn)品量有所減少。

3.3 經(jīng)濟效益對比

采用80美元/bbl(1 bbl≈159 L)價格體系，噴氣燃料價格為4 739元/t，液化氣價格為4 600元/t，二甲苯價格為5 100元/t，硫磺價格為1 504元/t，該公司兩種船用燃料油生產(chǎn)方案下經(jīng)濟效益的對比如表7所示。由表7可以看出，減黏方案比原有方案增加效益7 982萬元/a，其中產(chǎn)品增效2 547萬元/a，成本方面因渣油加氫規(guī)模減小使制氫天然氣費用減少3 488萬元/a，渣油加氫負荷降低，運行減黏裂化裝置，變動加工費減少1 947萬元/a(渣油加氫的綜合能耗為961.4 MJ/t，減黏裂化的綜合能耗為418.0 MJ/t，后者遠小于前者)。與原調(diào)合方案相比，噸油效益增加13.51元，噸油加工成本降低3.72元。

表7 兩種船用燃料油生產(chǎn)方案經(jīng)濟效益對比

4 結(jié) 論

(1)減黏工藝可以大幅降低減壓渣油的黏度和傾點，對提高減壓渣油在低硫重質(zhì)船用燃料油中調(diào)合比例具有重要意義。

(2)通過流程調(diào)整，可用渣油加氫汽提塔塔底油來調(diào)合低硫重質(zhì)船用燃料油，對具有渣油加氫雙系列加工流程的煉油廠，可根據(jù)不同渣油特性，選擇合適組分來調(diào)合船用燃料油，具有調(diào)節(jié)靈活性。

(3)通過減黏方案生產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油，具有流程短、成本低的優(yōu)勢，可減少高價值輕餾分調(diào)合比例，改善了催化裂化裝置進料，全廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，與原調(diào)合方案相比，顯著增加了企業(yè)效益。

(4)經(jīng)減黏工藝生產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油對低硫船用燃料油的生產(chǎn)和低硫減渣的高效利用均具有借鑒意義，企業(yè)可根據(jù)實際情況選擇合適的生產(chǎn)加工路線。