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        常渣摻煉VGO催化裂化反應性能的研究

        2022-11-03 10:44:28張美瓊朱靜何軍張靜馬蕊燕
        煉油與化工 2022年5期
        關鍵詞:輕油劑油原料油

        張美瓊,朱靜,何軍,張靜,馬蕊燕

        (中石油克拉瑪依石化有限責任公司煉油化工研究院,新疆 克拉瑪依 834000)

        原油越來越重質(zhì)化,而市場對輕質(zhì)油品的需求在不斷增長。催化裂化是1項重要的重油輕質(zhì)化技術,其原料主要是直餾減壓餾分油(VGO),由于對輕質(zhì)油品的需求增長及技術進步,在催化裂化原料中摻煉或全煉渣油已被廣泛采用[1,2]。

        此項目是在小型固定流化床上對某油區(qū)摻常壓渣油的減壓餾分油進行催化裂化性能考察,從3個方面進行研究。

        (1)劑油比、空速、壓力等條件都一定,改變反應溫度,找出輕油收率最高的溫度點;

        (2)空速、溫度、壓力等條件都一定,改變劑油比,找出輕油收率最高的劑油比點;

        (3)在以上2種情況下,分別找出干氣、液化氣、焦炭收率的變化規(guī)律。

        1 反應裝置系統(tǒng)

        研究主要使用小型固定流化床實驗裝置。小型固定流化床在進料及油劑混合狀態(tài)等方面與工業(yè)提升管還存在著一定的差距,但是,實驗流程簡單,操作方便快捷,調(diào)控靈活,可以用來進行催化劑評價、工藝條件考察及動力學研究,并能夠得到較為準確可靠的數(shù)據(jù)[3]。

        小型固定流化床的結構包括5個系統(tǒng)[4]。

        1.1 進油系統(tǒng)

        進油系統(tǒng)置于1個溫度保持在120℃的恒溫箱中,使原料油具有流動性。通過柱塞計量泵輸送原料油,采用電熱加熱使輸油管線保溫,用電子天平稱量來讀取反應的進油量。

        1.2 反應系統(tǒng)

        反應器的材質(zhì)為薄壁不銹鋼,水蒸氣和夾帶的原料油從進油口進入反應器后從底部噴出,保持一定的水蒸氣線速度來維持流化床操作。

        1.3 進水系統(tǒng)

        使用微量高壓平流泵來輸送蒸餾水,蒸餾水必須經(jīng)過預熱段加熱到300~320℃成過熱蒸汽,與原料油混合后進入恒溫在350℃的預熱段,再進入反應器中。

        1.4 收集系統(tǒng)

        產(chǎn)品分3段收集:氣體產(chǎn)品、液體產(chǎn)品和焦炭收集。采用排飽和食鹽水收集不凝氣,用真空泵抽出反應后的結焦催化劑,進行定碳。

        1.5 溫控系統(tǒng)

        采用儀表溫控,控溫點有:恒溫箱,水蒸氣加熱爐,預熱段,反應器的上部和下部。溫顯點設置在反應器上。

        2 主要分析方法

        2.1 氣體產(chǎn)品分析

        采用氣相色譜儀對催化裂化反應氣體進行分析,得到氣體中各個組分的體積含量,利用公式(1)計算各個組分的質(zhì)量。

        式中mi—氣體中i組分的質(zhì)量,g;Mi—氣體中i組分的分子量,g/mol;yi—氣體中i組分的體積含量;P—氣體的壓力,Pa;V—氣體的體積,m3;R—熱力學常數(shù),8.314 Pa·m3/(mol·K);T—氣體的溫度,K。

        將H2、CO、CO2、C1、C2歸為干氣,C3、C4組分歸為液化氣,C5、C6組分歸為汽油。

        2.2 液體產(chǎn)品餾分分析

        液體產(chǎn)品包括輕油和重油,其中輕油包括汽油、柴油。利用氣相色譜儀對液體產(chǎn)品進行模擬蒸餾分析,得到汽、柴油的收率。

        2.3 待生劑生焦量分析

        利用紅外碳測定儀,測定反應后催化劑上存有的焦炭。

        3 結果分析與討論

        3.1 反應溫度對產(chǎn)品產(chǎn)率的影響

        劑油比為5,空速為27.5 h-1,常壓操作時,考察反應溫度對反應性能的影響,不同溫度下液體、氣體、焦炭產(chǎn)率的分布情況見表1。

        表1 反應溫度對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

        從表1可以看出,隨著溫度升高,液體和焦炭產(chǎn)率減小,氣體產(chǎn)率增大。

        干氣產(chǎn)率、液化氣產(chǎn)率和焦炭產(chǎn)率隨溫度變化的結果見圖1。

        圖1 溫度對干氣、液化氣、焦炭產(chǎn)率的影響

        由圖1可知:(1)隨著反應溫度的升高,干氣和液化氣產(chǎn)率增加,原因是反應溫度升高,反應速率加快,必然導致裂化深度增加,同時伴隨的熱裂化反應速度也加快,使得原料在催化劑上的裂化反應加劇,導致干氣和液化氣產(chǎn)率增加;(2)焦炭產(chǎn)率隨溫度的升高呈現(xiàn)下降的趨勢。從熱力學角度看,生成焦炭的反應是放熱反應,溫度升高對反應不利,生焦量減少;從動力學角度看,反應溫度升高會導致裂化反應加劇,使生成焦炭的反應加快;熱力學因素和動力學因素之間關系較為復雜,2者共同作用,使得焦炭產(chǎn)率隨溫度的升高呈現(xiàn)下降的趨勢[5]。

        輕油產(chǎn)率隨溫度的變化情況見圖2。

        圖2 溫度對輕油產(chǎn)率的影響

        從圖2可以看出,在510℃前,汽油、輕油產(chǎn)率均隨溫度的升高而增大;在510℃后,2種產(chǎn)率均隨溫度的升高而降低,510℃成為輕油收率最高的溫度點。原因是:510℃前,原料→輕油的反應速度大于輕油→氣體等最終產(chǎn)物的反應速度;510℃后,原料→輕油的反應速度小于輕油→氣體等最終產(chǎn)物的反應速度,從而510℃成為1個轉(zhuǎn)折點。

        3.2 劑油比對產(chǎn)品產(chǎn)率的影響

        干氣、液化氣、焦炭產(chǎn)率的變化情況見圖3。

        圖3 劑油比對干氣、液化氣、焦炭產(chǎn)率的影響

        從圖3可以看出,干氣、液化氣、焦炭產(chǎn)率均隨劑油比的增大而升高。原料油裂化反應和焦炭生成反應在催化劑上進行,催化劑越多,反應場所越多,隨著劑油比升高,裂化速度和焦炭生成速度加快[6],導致干氣、液化氣和焦炭產(chǎn)率增大。

        輕油產(chǎn)率隨劑油比的變化情況見圖4。

        圖4 劑油比對輕油產(chǎn)率的影響

        從圖4可以看出,輕油產(chǎn)率隨劑油比的增大先升高后降低,在劑油比為5時輕油產(chǎn)率最大(68.3%)。原因是催化劑既能催化原料油→輕油,也能催化輕油2次裂化,當劑油比<5時,前者速度大于后者,輕油產(chǎn)率升高,當劑油比>5時,后者速度大于前者,輕油產(chǎn)率降低。

        保持反應溫度在510℃,空速在27.5 h-1,常壓操作,改變劑油比,考察劑油比對反應性能的影響,不同劑油比下液體、氣體和焦炭產(chǎn)率的分布情況見表2。

        表2 劑油比對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

        從表2可以看出,隨劑油比增大,液體產(chǎn)率減小,氣體和焦炭產(chǎn)率增大。

        4 結論

        將某油區(qū)減壓餾分油和常壓渣油質(zhì)量比為7:3的混合油作為催化裂化的原料油,在小型固定流化床上考察反應溫度和劑油比對催化裂化性能的影響,結果如下:

        (1)其他反應條件一定的情況下,隨反應溫度的升高:干氣、液化氣產(chǎn)率均升高,焦炭產(chǎn)率降低;汽油、柴油、輕油的產(chǎn)率先增大后降低,在510℃處有最大輕油產(chǎn)率;

        (2)其他反應條件一定的情況下,隨劑油比的增大:干氣、液化氣和焦炭產(chǎn)率均升高;汽油、柴油、輕油的產(chǎn)率先增大后降低,當劑油比為5時出現(xiàn)最大值;

        (3)當溫度為510℃、劑油比為5時,輕油收率最高,為68.3%。

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