焦化蜡油催化裂化中试研究

王逸平，韩连福，刘兴斌，王延军，李　雷，王　敏

(1 浙大方圆化工有限公司，浙江　杭州　310013；2 大庆油田测试技术服务分公司，黑龙江　大庆　163453)



焦化蜡油催化裂化中试研究

王逸平1，韩连福2，刘兴斌2，王延军2，李雷2，王敏2

(1 浙大方圆化工有限公司，浙江杭州310013；2 大庆油田测试技术服务分公司，黑龙江大庆163453)

讨论焦化蜡油独立催化裂化反应时，油剂混合温度、反应温度、剂油比和反应时间等及综合操作条件对催化裂化反应的影响，考察了不同工艺条件对焦化蜡油催化裂化反应性能的影响，分析原料转化深度、产物分布与反应条件的关系，为焦化蜡油加工新技术的开发提供基础数据。实验结果表明，油剂接触瞬间的温度条件、剂油比和考察反应时间三个因素对反应结果影响较大。

焦化蜡油；催化裂化；中试研究

焦化蜡油(Coker Gas Oil，CGO)是焦化过程的中间馏分产物，它的产率一般为30wt%左右。一般作为催化裂化(Fluid Catalytic Cracking, FCC)或加氢裂化的原料[1-4]。由于其裂化性质差，转化率低，导致所产汽，柴油质量差等问题，一直受到业界的关注[5]。例如：我国由于受到炼油工艺结构组成的限制，一般直接作为FCC原料进行反应。但是因CGO中的高含量的碱性氮化物及非碱性氮化物的存在，使得裂化性能较差，生产实践中掺炼比受到严格的限制[6-8]。

为了得到CGO FCC反应过程的深入认识，本研究利用中试试验装置对CGO的FCC反应性能进行了考察，研究了油剂混合温度、反应温度、剂油比和反应时间等工艺操作参数对CGO FCC反应性能的影响。

1　实　验

1.1实验原料与催化剂

实验选用CGO作为原料油，原料油的基本性质见表1。由表1中数据可知， CGO中氮含量较高，尤其是碱性氮含量更高。对于族组成来说，CGO中芳香烃含量高，饱和烃含量低。实验选用常用工业FCC催化剂作为实验所用催化剂，催化剂的性质见表2。

表1　原料油的基本性质Table 1　Basic properties of raw oil

表2　催化剂性质Table 2　Catalyst properties

1.2实验及产物分析方法

本课题是在提升管催化裂化中试装置上进行。该装置分为原料油进料及蒸汽发生系统、反应-再生系统、产品回收及计量系统、控制系统及其它辅助设备组成。如图1所示，装置采用高低并列式流程设计，连续反应-再生操作。装置中安装了小型待生塞阀、烟气控制阀、裂化气控制阀，能够对催化剂循环量、剂油比、停留时间等进行实时监测和有效控制。利用该装置可进行FCC工业装置工艺条件的模拟和优化实验，可对各种原料油的裂化性能及其产品分布进行考察，可对催化裂化催化剂、各种FCC助剂进行性能评价，以及进行反应-再生动力学等方面的实验研究。实验数据准确可靠、与工业生产装置数据有较好的可比性。

用Agilent 6890 色谱仪对气体产物进行色谱分析，计算得到气体中的组分组成和分布。收集的液体产物称重后，然后用模拟蒸馏色谱仪Agilent 6890分析其组成。裂化后催化剂上的焦炭含量用HV—4B型微机数显碳硫自动分析仪分析。

2　结果与讨论

2.1油剂混合温度对大港CGO催化裂化反应性能的影响

图1　油剂混合温度对大港CGO产品产率的影响

图2　油剂混合温度对大港CGO转化率、轻质油收率及液收率的影响

利用LBO-16催化剂，在剂油比、反应温度和反应时间分别在7、510 ℃和1.5 s的操作条件下，考察了不同油剂混合温度(510～540 ℃)对CGO FCC反应性能的影响。各产物产率、转化率、液收率及轻质油收率随油剂混合温度变化的曲线见图1和图2。

由图1和图2可以看出，油剂混合温度对CGO FCC反应存在显著影响。随着油剂混合温度升高，原料转化率、液收率及轻质油收率均有明显的提高；在较低的油剂混合温度条件下，裂化产物收率较低，但是焦炭产率较高，而随着油剂混合温度的提高，液化气、汽油产率逐渐上升，柴油产率变化不大，提高油剂混合温度，使焦炭产率显著下降。由此可见，适当提高油剂混合温度，强化剂油接触瞬间的反应，有利于提高CGO的转化深度，降低焦炭产率，改善产物分布。

2.2反应温度对大港CGO催化裂化反应性能的影响

在油剂混合温度510 ℃，剂油比7，反应时间1.5 s的操作条件下，考察了不同反应温度(470～510 ℃)条件下CGO FCC反应性能的影响。各产物产率、转化率、液收率及轻质油收率随反应温度变化的曲线，见图3和图4。

图3　反应温度对产品收率的影响

图4　反应温度对转化率、轻质油收率及液收率的影响

由图3和图4可以看出，反应温度对CGO FCC反应影响不大。随着反应温度升高，原料转化率、液收率及轻质油收率基本保持不变。由此可以得出结论，与油剂接触瞬间的温度条件相比，在提升管中上部的反应温度不是影响CGO FCC反应的主要因素。

2.3剂油比对大港CGO催化裂化反应性能的影响

在油剂混合温度510 ℃，反应温度510 ℃，反应时间1.5 s的操作条件下，考察了不同剂油比(5～9)对CGO FCC反应性能的影响。各产物产率、转化率、液收率及轻质油收率随反应温度变化曲线，见图5和图6。

图5　剂油比对产品收率的影响

图6　剂油比对转化率、轻质油收率及液收率的影响

由图5和6可以看出，剂油比对CGO FCC反应有显著的影响。随着剂油比升高，原料转化率、液收率及轻质油收率均有明显的提高；汽油产率上升幅度较大，液化气、柴油产率变化较小，在实验条件下，提高剂油比对焦炭产率的影响不大。由此可以得出以下结论，剂油比对CGO FCC反应结果影响较大，而且在较短反应时间条件下，不会造成焦炭产率的显著增加。

2.4不同操作条件对大港CGO催化裂化反应性能的影响

在反应时间为1.5 s，考察了综合操作条件对CGO FCC反应的影响，结果见表3。由表3中数据可见，采用不同的工艺方案，转化率和产物分布变化明显。与低温小剂油比相比，高温大剂油比条件下，液化气，汽油，转化率，轻质油收率和液收率均上升。

表3　操作苛刻度对催化裂化产物分布的影响Table 3　Influence of operating severity on the FCC product distribution

3　结　论

本研究在提升管催化裂化装置上，使用LBO-16催化剂考察了大港CGO不同操作条件下的FCC反应性能。通过实验得出以下结论：

(1) 随着油剂混合温度升高、随剂油比增大，各产物产率，原料转化率、液收率及轻质油收率均有明显的提高，油剂接触瞬间的温度条件对结果影响较大。

(2) 反应温度对结果影响不大。

[1]Meng X X, Xun C M, Gao J S. Hydrofining and Catalytic Cracking of Coker Gas oil[J]. Pet. Sci. Technol.,2009, 27: 279-290.

[2]Woods J R, Kung J, Pleizier G. Characterization of a coker gas oil fraction from athabasca oilsands bitumen[J]. Fuel, 2004, 83: 1907-1914.

[3]Wang G, Liu Y D, Wang X Q, et al. Studies on the Catalytic Cracking Performance of Coker Gas Oil[J]. Energy Fuels, 2009, 23: 1942-1949.

[4]赵启龙,李东胜,李晓鸥. 焦化蜡油碱性氮化物的脱除[J]. 辽宁石油化工大学学报,2010(1):19-22.

[5]袁萌萌,韩冬云,石薇薇,等. 页岩蜡油脱氮精制及其对催化裂化的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2011(3):33-35.

[6]张宝君,王绍勤. 焦化蜡油非加氢脱氮技术评价[J]. 广州化工, 2012,40(15):13-17.

[7]张宝君. 焦化蜡油脱碱氮技术研究进展[J]. 广州化工, 2012, 40(16):15-19.

Pilot Plant Research on FCC Reaction Performance of Coker Gas Oil

WANG Yi-ping, HAN Lian-fu, LIU Xing-bin, WANG Yan-jun, LI Lei, WANG Min

(1 Zhejiang University Fangyuan Chemical Co., Ltd., Zhenjiang Hangzhou 310013;2Logging&TestingServicesCompanyofDaqingOilfieldCompanyLtd.,HeilongjiangDaqing163453,China)

The effects of oil catalyst mixing temperature, reaction temperature, catalysts to oil ratio and reaction time on Coker Gas Oil (CGO) Fluid Catalytic Cracking (FCC) performance were been investigated on a pilot plant test, the relationship with conversion depth of feedstock, distribution of products and reaction conditions were analyzed, and basic data were offered to new technologies for upgrading CGO.

Coker Gas Oil (CGO); Fluid Catalytic Cracking (FCC); basic nitrogen compounds; non-basic condensed aromatics

王逸平，男，1997年毕业于浙江工业大学化学工程专业，现任职于浙江浙大方圆化工有限公司从事润滑油脂产品开发工作，获浙江省优秀工业新产品一项。

TQ314.24

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1001-9677(2016)014-0085-03