陳曉梅(盤錦北方瀝青燃料有限公司，遼寧 盤錦 124221)

0 引言

加氫裂化技術(shù)原料適應(yīng)性強(qiáng)，工藝流程種類眾多，產(chǎn)品靈活多變，是煉化一體化總流程中的關(guān)鍵裝置之一?？筛鶕?jù)煉廠總體產(chǎn)品規(guī)劃，選擇針對性強(qiáng)的催化劑體系，分別實(shí)現(xiàn)石腦油、航煤、柴油和尾油等不同的產(chǎn)品方案[1-3]，其中主要包括最大化生產(chǎn)石腦油、多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化工原料、多產(chǎn)中間餾分油、多產(chǎn)尾油用于潤滑油基礎(chǔ)油料方案。

某石化公司120萬噸/年加氫裂化裝置采用以減壓蠟油和焦化蠟油為原料的多產(chǎn)中間餾分油方案，兼顧尾油供給下游30萬噸/年異構(gòu)脫蠟裝置生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油。隨著原油價(jià)格的不斷上漲和中間餾分油產(chǎn)能的過剩，裝置經(jīng)濟(jì)效益顯著下降。因此，有必要實(shí)施挖潛增效措施，提高裝置的經(jīng)濟(jì)性。在未對裝置進(jìn)行較大改造的前提下，通過優(yōu)化裝置原料成本及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)裝置利潤增長的最佳方式。

30萬噸/年異構(gòu)脫蠟裝置以加氫裂化尾油為原料，目標(biāo)產(chǎn)品為API II類及II+潤滑油基礎(chǔ)油。目前基礎(chǔ)油市場上高黏度基礎(chǔ)油產(chǎn)品的價(jià)格普遍高于低黏度基礎(chǔ)油，若能結(jié)合產(chǎn)品市場情況變化，優(yōu)化異構(gòu)脫蠟裝置的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，靈活多產(chǎn)高黏度基礎(chǔ)油或低黏度基礎(chǔ)油，便可實(shí)現(xiàn)裝置經(jīng)濟(jì)效益的增長。而異構(gòu)脫蠟裝置各牌號基礎(chǔ)油收率是由原料加氫裂化尾油的黏度來決定的，尾油黏度高，大黏度基礎(chǔ)油收率高，反之亦然。

脫瀝青油是溶劑脫瀝青裝置采用丙烷、丁烷等作溶劑，經(jīng)過萃取分離出膠質(zhì)和瀝青質(zhì)后，得到的輕脫油和重脫油，前者由于殘?zhí)恐递^低可用作潤滑油料，后者由于殘?zhí)恐蹈咄ǔＳ米鞔呋鸦?。而且輕、重脫油的黏度均較高，通常輕脫油100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度可達(dá)到20 mm2/s以上，重脫油100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度可高于35 mm2/s。

因此，為了調(diào)整加氫裂化尾油的黏度，某石化公司首次在加氫裂化原料中摻煉廉價(jià)的高黏度丙烷輕脫油以增加加氫裂化尾油的黏度。通過優(yōu)化操作條件，探索輕脫油的最佳摻煉比例，并評估了摻煉輕脫油對加氫裂化-異構(gòu)脫蠟聯(lián)合裝置的運(yùn)行狀況、產(chǎn)品分布及經(jīng)濟(jì)效益的影響。

1 裝置概況

120萬噸/年加氫裂化裝置采用一次通過流程，裝置共設(shè)有兩臺固定床反應(yīng)器，每臺反應(yīng)器分三個(gè)床層，分別裝填法國Axens公司加氫精制劑HR1058和裂化劑HK752。裝置原料為90%減壓蠟油(VGO)和10%焦化蠟油(CGO)。加氫裂化裝置原料性質(zhì)如表1所示。同時(shí)，表1也給出了輕脫油DAO的典型性質(zhì)。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，焦化蠟油具有密度大，雜質(zhì)硫、氮和C7不溶物含量高的特點(diǎn)；同時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度高，但是黏度指數(shù)偏低。因此，對于尾油做潤滑油原料的加氫裂化裝置來講，焦化蠟油并不是理想的原料，但是為了降低原料成本，摻煉合適比例的焦化蠟油并不會(huì)對產(chǎn)品產(chǎn)生影響，并解決了焦化蠟油因芳烴和氮含量高難加工的問題。與減壓蠟油和焦化蠟油相比，輕脫油的密度、硫氮含量、酸值等均介于二者之間，但是輕脫油的黏度遠(yuǎn)高于減壓蠟油和焦化蠟油。并且DAO的餾程較寬，5%餾出溫度446 ℃，95%點(diǎn)高達(dá)675 ℃，說明DAO中重質(zhì)潤滑油餾分較多。

為了考察加氫裂化原料中摻煉DAO后的運(yùn)行情況，首先在原有混合原料基礎(chǔ)上，引入5%的DAO，同時(shí)焦化蠟油和減壓蠟油的比例分別降至8.5%和86.5%。之后，為保證加氫裂化裝置原料不出現(xiàn)較大波動(dòng)，按照每天增加約1%逐步提高DAO摻煉比例，并相應(yīng)降低焦化蠟油和減壓蠟油的比例。詳細(xì)摻煉過程和數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，在第13天時(shí)，DAO加工比例最大，達(dá)到12.13%，此時(shí)減壓蠟油的比例至82.26%，焦化蠟油比例為5.61%。之后逐漸降低DAO和焦化蠟油的量，減壓蠟油比例略有升高。

表2 加氫裂化裝置原料配比變化

摻煉DAO前后，混合原料的典型性質(zhì)見表3。其中混合原料一為引入DAO前，原料組成為90%VGO和10%CGO，原料二組成為86.5%VGO、8.5%CGO和6%DAO，原 料 三 組 成 為85%VGO、5%CGO和10%DAO。

摻煉DAO初期，如表3中工況二所示，減壓蠟油VGO和焦化蠟油CGO占比下降，此時(shí)由于原料中焦化蠟油比例降低，混合原料的密度、硫氮含量及黏度與摻煉DAO前相比均下降。當(dāng)DAO比例達(dá)到10%時(shí)，如工況三所示，CGO比例繼續(xù)下降，混合原料的黏度高于摻煉DAO之前，但是混合原料密度、硫、氮等雜質(zhì)含量均增加不明顯。由于DAO中重質(zhì)潤滑油組分較多，但是其密度和硫、氮含量均低于焦化蠟油，因此摻煉DAO后混合原料的密度及硫氮含量無明顯升高。

表3 摻煉DAO后混合原料性質(zhì)

2 加氫裂化裝置運(yùn)行情況分析

2.1 摻煉DAO后裝置運(yùn)行情況

為了考察不同原料配比變化對加氫裂化裝置運(yùn)行的影響，DAO在加氫裂化原料中的摻煉比例從5%開始增加到12.13%為止。從裝置實(shí)際運(yùn)行情況來看，隨著DAO摻煉比例的增加，原料中重質(zhì)組分增加，為了保證原料的加氫精制深度不降低，精制反應(yīng)器進(jìn)料溫度提高。隨著精制反應(yīng)溫度的升高，裂化反應(yīng)器進(jìn)料溫度也相應(yīng)提高，但是為防止裂化反應(yīng)器內(nèi)原料發(fā)生過度裂解造成尾油收率降低，裂化段冷氫注入量增加。

通過分析裝置實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在保持尾油收率不低于28%的前提下，DAO摻煉初期，石腦油、中間餾分油和尾油產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)標(biāo)；當(dāng)DAO摻煉比例達(dá)到12%左右時(shí)，石腦油和中間餾分油產(chǎn)品質(zhì)量仍然滿足指標(biāo)要求，但是加氫裂化尾油的硫含量達(dá)到5.7 mg/L，氮含量達(dá)到2.6 mg/L，此時(shí)尾油的氮含量已無法滿足下游異構(gòu)脫蠟催化劑對原料的要求。這說明在當(dāng)前原料配比及操作條件下，加氫裂化原料中輕脫油的最大摻煉比例不應(yīng)超過12%。因此，為了保持裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，將DAO的摻煉比例控制在10%。

2.2 主要操作參數(shù)及產(chǎn)品情況

表4對比了摻煉DAO前后加氫裂化裝置操作條件的變化，其中工況一為摻煉DAO前，原料組成為90%VGO和10%CGO，摻煉DAO后，原料組成為85%VGO、5%CGO和10%DAO。從表4可以看出，在總進(jìn)料量不變的條件下，摻煉10%DAO后，精制反應(yīng)器入口溫度提高1.4 ℃，床層平均反應(yīng)溫度提高0.7 ℃，總溫升提高2.0 ℃。由于摻煉DAO后，原料中重組分增加，為了保證重組分深度精制，保證加氫裂化尾油硫含量不大于5 mg/L、氮含量不大于2 mg/L的產(chǎn)品指標(biāo)要求，因此精制段反應(yīng)進(jìn)料溫度增加。

同時(shí)，為了保證尾油收率，避免DAO中重質(zhì)潤滑油餾分過度裂化，因此在裂化反應(yīng)器中需要注入大量的冷氫以維持裂化反應(yīng)溫度不會(huì)大幅升高。從表4數(shù)據(jù)看出，通過增加注入冷氫的量，保證了裂化反應(yīng)器入口溫度維持385 ℃不變，裂化床層總溫升提高了2.5 ℃，裂化床層平均溫度由377.7 ℃提高至382.8 ℃，提高了5.1 ℃。

由于原料變重，加氫精制深度增加，反應(yīng)氫耗也略增加，總氫耗由0.274%增加到了0.277%。此外，由于裂化反應(yīng)器冷氫注入量增大，造成反應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)氫量降低，從而造成氫油比下降。循環(huán)氫量由摻煉DAO前的12 500 Nm3/h降低至11 800 Nm3/h，相應(yīng)氫油比由830∶1下降至780∶1。而氫油比對加氫反應(yīng)的深度有很大的影響。氫油比降低，反應(yīng)器內(nèi)氫分壓減小，參與反應(yīng)的氫氣分子數(shù)減少，從而降低加氫反應(yīng)深度，影響反應(yīng)效果。同時(shí)，氫油比降低意味著循環(huán)氫量減少，可帶走的反應(yīng)熱降低，不利于控制反應(yīng)器內(nèi)床層溫度。因此，通過以上分析，在當(dāng)前原料及操作條件下，加氫裂化原料中DAO的摻煉比例不宜超過10%。

2.3 產(chǎn)品收率及性質(zhì)

表5給出了摻煉DAO前和摻煉10%DAO后加氫裂化裝置的物料平衡數(shù)據(jù)，其中工況一為90%VGO和10%CGO，工況二為85%VGO、5%CGO和10%DAO。摻煉DAO后各產(chǎn)品收率出現(xiàn)了小幅波動(dòng)，主要表現(xiàn)為石腦油收率增加0.77%，輕重柴油收率降低0.81%，尾油收率提高了0.66%。主要原因?yàn)閾饺隓AO后原料中重組分增加，在裂化溫度不變的條件下，裂化反應(yīng)減少，未裂化的重組分增加并最終進(jìn)入到尾油中，使尾油的收率表現(xiàn)出增加的趨勢。

表5 摻煉DAO前后加氫裂化裝置物料平衡

通過分析摻煉DAO前后產(chǎn)品性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，石腦油和柴油性質(zhì)均無明顯變化，加氫裂化尾油的黏度增加。表6對比了摻煉DAO前和摻煉10%DAO后加氫裂化尾油的性質(zhì)，從表6中數(shù)據(jù)可以看出，工況二的尾油的密度和初餾點(diǎn)升高，40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度提高了4.4 mm2/s，100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度提高了0.219 mm2/s，黏度指數(shù)提高了1個(gè)單位。由于加氫精制反應(yīng)進(jìn)料溫度升高2 ℃，保證了尾油的硫和氮含量幾乎保持不變，且均滿足下游異構(gòu)脫蠟裝置對尾油原料的要求。

表6 摻煉DAO前后尾油性質(zhì)對比

3 對異構(gòu)脫蠟裝置的影響

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，加氫裂化裝置原料中摻煉10%DAO后，尾油的黏度和收率均增加，此時(shí)將尾油用作異構(gòu)脫蠟裝置原料，與加氫裂化摻煉DAO之前相比，異構(gòu)脫蠟裝置基礎(chǔ)油收率發(fā)生了明顯變化，結(jié)果見表7。其中，4#基礎(chǔ)油收率下降了7.52%，6#基礎(chǔ)油收率提高了9.15%，2#基礎(chǔ)油收率變化不明顯，僅增加0.17%?；A(chǔ)油總收率提高了1.8%。從以上數(shù)據(jù)可以看出，雖然加氫裂化摻煉DAO后，尾油100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度僅增加0.219 mm2/s，但是尾油中重組分增加導(dǎo)致異構(gòu)脫蠟裝置產(chǎn)品中6#基礎(chǔ)油收率顯著增加，同時(shí)4#基礎(chǔ)油收率明顯下降。

表7 異構(gòu)脫蠟產(chǎn)品收率

4 聯(lián)合裝置經(jīng)濟(jì)效益分析

對于加氫裂化裝置來說，盡管摻煉DAO后產(chǎn)品收率變化不大，經(jīng)濟(jì)效益無顯著提升。但是，聯(lián)合裝置異構(gòu)脫蠟的柴油收率降低，基礎(chǔ)油總收率增加，并且6#基礎(chǔ)油收率明顯提高，4#基礎(chǔ)油收率顯著下降。根據(jù)當(dāng)前油品市場的行情，潤滑油基礎(chǔ)油的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于燃料油，并且大黏度基礎(chǔ)油產(chǎn)品效益優(yōu)于小黏度基礎(chǔ)油，通過對聯(lián)合裝置的效益測算發(fā)現(xiàn)，結(jié)果如表8所示，在加氫裂化摻煉10%DAO的情況下，與摻煉DAO前相比，加工每噸原料油可實(shí)現(xiàn)增效49.5元。按照DAO摻煉量12萬噸/年計(jì)算，聯(lián)合裝置可實(shí)現(xiàn)增效約594萬元。

表8 加氫裂化-異構(gòu)脫蠟摻煉DAO的經(jīng)濟(jì)效益測算 單位：元/噸原料油

5 結(jié)語

120萬噸/年加氫裂化裝置摻煉10%DAO后，原料性質(zhì)無明顯變化，裝置運(yùn)行平穩(wěn)：

(1)由于原料中重組分增加，黏度增加，精制反應(yīng)進(jìn)料溫度提高約2 ℃，裂化反應(yīng)溫度保持不變，裂化反應(yīng)器冷氫量增加，導(dǎo)致循環(huán)氫量降低700 Nm3/h，氫油比由830∶1下降至780∶1；

(2)加氫裂化尾油收率增加0.66%；聯(lián)合裝置異構(gòu)脫蠟產(chǎn)品中4#基礎(chǔ)油收率降低7.52%，6#基礎(chǔ)油收率增加9.15%，潤滑油基礎(chǔ)油總收率增加1.8%；當(dāng)DAO摻煉比例提高至12%時(shí)，尾油氮含量達(dá)到2.6 mg/L，不能滿足下游異構(gòu)脫蠟裝置對原料的指標(biāo)要求；

(3)加氫裂化-異構(gòu)脫蠟聯(lián)合裝置的產(chǎn)品利潤顯著增加，年約增產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油5 400 t；每加工1 t DAO可增效49.5元，按照DAO加工量12萬噸/年，年增效約594萬元。