渣油掺炼加氢柴油降低焦炭产率研究

田　娟，彭伟才，黄　华，朱国荣，佘喜春

(湖南长岭石化科技开发有限公司，湖南　岳阳　414012)



渣油掺炼加氢柴油降低焦炭产率研究

田娟，彭伟才，黄华，朱国荣，佘喜春

(湖南长岭石化科技开发有限公司，湖南岳阳414012)

针对目前延迟焦化装置普遍存在的焦炭产率偏高和加热炉管易结焦的问题，研究了渣油掺炼加氢柴油的协同效应，并考察了以渣油掺炼加氢柴油为原料时焦炭塔顶压力、加热炉出口温度、循环比以及加氢柴油掺炼比对焦化产品分布的影响，结果表明，渣油掺炼加氢柴油能提高焦化液体收率降低焦炭产率。焦炭塔顶压力越低焦炭产率越低，加热炉出口温度越高焦炭产率越低，焦化循环比越高焦炭产率越高，在一定范围内，加氢柴油掺炼比越高，降低焦炭协同效应越好。

延迟焦化；焦炭产率；加氢柴油

随着原油的劣质化以及环境保护对油品要求的日益严格，如何将渣油高效优质转化为轻质油品已成为炼油行业亟待解决的问题。延迟焦化因具有投资少、操作费用低和转化深度高等优点，已成为重油轻质化的主要途径[1]。

延迟焦化装置的经济性直接取决于其液体收率的高低。因此，在渣油进行焦化的过程中，其技术关键和难点就是最大限度地提高焦化液收，降低焦炭和气体产率。目前，炼厂在保证延迟焦化装置运行周期的前提下，提高液收、降低焦炭产率常采取的主要措施有工艺优化、焦化助剂的使用和技术创新[2-4]。

本试验采用加氢柴油为供氢剂，与渣油共焦化，通过改善原料的性质和焦化反应过程的干预，从而改善焦化反应的产品分布，提高焦化液收，降低焦炭产率。

1　焦化机理

延迟焦化原料经加热炉快速加热后进入焦炭塔内，在焦炭塔内发生焦化反应，生成气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭。焦化反应主要分为两类，一类是利于生成轻馏分的裂解反应，另一类是烯烃、芳烃聚合生成焦炭的缩聚反应，前者是吸热反应，加快其速度，利于轻收和液收提高，后者是放热反应，降低焦炭塔压力，降低其速度，可降低焦炭生成[5-7]。

2　结果与讨论

鉴于焦化反应过程的复杂多样性，影响延迟焦化装置产品分布的因素很多。为了更好地了解渣油-加氢柴油共焦化产物分布，首先对焦化原料性质进行分析，在相同条件下分别以纯渣油为原料和渣油掺炼加氢柴油为原料进行对比焦化试验，并考察了渣油掺炼加氢柴油为原料时焦炭塔顶压力、加热炉出口温度、循环比以及加氢柴油掺炼比对焦化产品分布的影响。

2.1技术指标定义与计算

首先对焦化协同效应进行了定义：

i产率(%)=收集到的i质量/总进料量

(1)

i理论产率(%)=纯渣油进料时i产率×(1-掺炼比)+纯加氢柴油进料时i产率×掺炼比

(2)

△i(%)=实际产率-理论产率

(3)

△表示加氢柴油与渣油共焦化的协同效应。

2.2试验过程

在小型焦化试验装置上进行试验，装置处理量为0.5～1.5 kg/h，工艺流程如图1所示。

图1　延迟焦化工艺流程图

原料油加热到 120～160 ℃左右，由原料泵抽出，经计量与一定质量比例的高温水蒸汽混合后进入加热炉加热，控制加热炉的出口温度为 330～500 ℃之间，然后高温原料混合物从焦炭塔的底部进入具有加热恒温设备的焦炭塔中进行焦化反应，该过程控制焦炭塔的反应温度为480～510 ℃；其生成油气经一级冷凝器和二级冷却器冷却后不凝气体通过湿式流量计计量，然后再进入碱液桶吸收气体中的硫化氢。回收的C5及以上馏分到液收罐，计量轻烃和混合油量。试验结束时，装置停电、停水。待焦炭塔自然冷却到 200 ℃左右后再完全打开焦炭塔的保温炉，待焦炭塔的温度降低到 45 ℃以下时，对焦炭塔进行称重并除焦。分别计算出焦化液体产率、气体产率和焦炭产率。

2.3原料性质

试验所用渣油和加氢柴油均来自中石化长岭炼化分公司，性质列于表1。

表1　原料性质Table 1　The properties of feedstock

从表1中可看出，随着加氢柴油掺炼比的增加，混合焦化原料的性质变好，特别是影响焦炭产率的胶质和沥青质含量逐渐减少。这说明加氢柴油的加入有利于抑制加热炉管结焦。

2.4对比试验

在加热炉出口温度500 ℃、焦炭塔顶压力0.12 MPa以及进料注水量为2%的试验条件下，分别考察了纯渣油为原料与渣油掺炼加氢柴油为原料时的焦化产品分布，试验结果如表2所示。

表2对比试验焦化产品分布

Table 2　The coking products distribution of contrast test(%)

从表2可看出，掺炼加氢柴油能提高焦化液体收率0.91个百分点，这是因为加氢柴油加入到焦化原料中，高温下释放活性氢原子，减慢缩聚反应速度，抑制焦炭生成。同时，加氢柴油自身裂解较少，所以能带入焦化反应所需热量，加快裂解反应速度，有利提高焦化液体产率。

2.5焦炭塔顶压力对焦化产品分布的影响

焦炭塔顶压力直接影响焦化油气在焦炭塔内的停留时间。在加热炉出口温度500 ℃、进料注水量为2%的试验条件下，考察了焦炭塔顶压力对焦化产品分布的影响。如表3所示。

表3　焦炭塔顶压力对焦化产品分布的影响Table 3　The influence of coke tower pressure on coking products distribution　 (%)

从表3可看出，在其它条件相同的情况下，随着焦炭塔顶压力的越低，焦炭产率越低。这是因为降低焦炭塔顶压力可缩短高温油气在焦炭塔内的停留时间，抑制二次裂化反应的机会，从而降低了焦化气体和焦炭产率，提高了焦化液体产率。

2.6加热炉出口温度对焦化产品分布的影响

加热炉出口温度直接影响焦化反应的裂解深度，是影响延迟焦化装置焦炭产率的重要操作指标。在焦炭塔顶压力0.12 MPa、进料注水量为2%的试验条件下，考察了加热炉出口温度对焦化产品分布的影响，试验结果如表4所示。

表4　加热炉出口温度对焦化产品分布的影响Table 4　The influence of outlet temperature on coking products distribution　(%)

从表4可以看出，随着加热炉出口温度的提高焦炭产率逐渐减少，焦化液体产率逐渐增加。对于同一原料，加热炉出口温度升高，裂解深度加深，焦炭产率降低，但是加热炉温度过高，会引起加热炉结焦严重，影响装置稳定性。

2.7循环比对焦化产品分布的影响

焦化循环油的加入主要是为了改善焦化原料的性质，减缓加热炉结焦。由于焦化循环油的焦炭产率比焦化原料的高，降低焦化循环比能降低焦炭产率，但循环比的降低加速了加热炉管结焦。加氢柴油的加入能改善焦化原料性质，在不影响焦化装置稳定运行周期的同时降低焦化循环比。在加热炉出口温度500 ℃、焦炭塔顶压力0.12 MPa以及进料注水量为2%的试验条件下，考察了循环比对焦化产品分布的影响，试验结果如表5所示。

表5　循环比对焦化产品分布的影响Table 5　The influence of recycle ratio on coking products distribution　(%)

从表5中可看出，降低循环比能明显降低焦炭产率，这是因为循环油中含有大量的胶质沥青质，具有较高的生焦率。

2.8加氢柴油掺炼比对焦化产品分布的影响

在加热炉出口温度500 ℃、焦炭塔顶压力0.12 MPa以及进料注水量为2%的试验条件下，考察了加氢柴油掺炼比对焦化产品分布的影响，试验结果如表6所示。

表6　加氢柴油掺炼比对焦化产品分布的影响Table 6　The influence of blending ratio on coking products distribution　(%)

从表6看出，在焦化条件相同的情况下，随着加氢柴油掺炼比增加，焦炭产率逐渐减少，这是因为加氢柴油本身不生焦，同时加氢柴油有效抑制了焦化原料的大分子自由基缩合，降低了焦炭产率。当加氢柴油的掺炼比为9%时，降低焦炭协同效应为0.84%，增加加氢柴油的掺炼比到12%时，降低焦炭协同效应为0.91%，考虑到焦化装置的处理量以及综合效应，加氢柴油的最佳掺炼比为9%。

3　结　论

在小型延迟焦评价装置上，焦炭塔顶压力越低焦炭产率越低，加热炉出口温度越高焦炭产率越低，焦化循环比越高焦炭产率越高，在一定范围内，加氢柴油掺炼比越高，降低焦炭协同效应越好。在加热炉出口温度为500 ℃、焦炭塔顶压力0.12 MPa以及进料注水量为2%的试验条件下，掺炼9%的加氢柴油，焦炭产率降低0.84%，液体收率增加0.91%。同时，加入加氢柴油能改善焦化进料的性质，减缓加热炉结焦。

[1]瞿国华.延迟焦化工艺与工程[M].北京:中国石化出版社,2008:10-15,127-159.

[2]李出和,李蕾,李卓.国内现有延迟焦化技术状况及优化的探讨[J].石油化工设计,2012, 29(1):10-35.

[3]Vezirov R, Obukhova S, Vezirova N, et al.Improving the effectiveness of delayed coking by its combination with viscosity breaking[J].Chemistry and Technology of Fuels and Oils,2009,45(2):65-67.

[4]单燕.延迟焦化液体增收剂的开发应用现状[J].广州化工,2013,41(10):25-26.

[5]杨富明,唐嗣伟,赵岩,等.低循环比条件下的延迟焦化技术分析[J].石油炼制与化工,2013,44(4):24-28.

[6]石斌,阙国和.供氢剂与分散型催化剂在不同减压渣油转化中的协同作用[J].石油大学学报(自然科学版),2002,26(4):77-83.

[7]Etter, Roger G. System and method for introducing an additive into a coking process to improve quality and yields of coker products[P].美国:US8372264,2013-2-12.

Study on Reducing the Coke Yield While Residual Oil Blending Hydrogenated Diesel

TIAN Juan， PENG Wei-cai， HUANG Hua， ZHU Guo-rong， SHE Xi-chun

(Hunan Changling Petrochemical S&T Developing Co., Ltd., Hunan Yueyang 414012, China)

In view of the problem that the coke yield was high and the heating furnace tube coke easily in the delayed coking unit at the present, the synergies of resid blending hydrogenated diesel was researched，and the impact of coke tower pressure，heating furnace outlet temperature，recycle ratio and blending ratio on the coking product distribution was studied．The results showed that the residual oil blending hydrogenated diesel can increase the yield of coking liquid and reduce the yield of coke，with in a certain range，the lower the coke tower pressure and heating furnace outlet temperature，the lower the coke yield，the higher recycle ratio, the higher the yield of coke. And blending ratio was higher，the synergies was better．

delay coking; coke yield; hydrogenated diesel

田娟(1986-)，女，助理工程师，主要从事炼油工艺研究。

TE624.3+2

A

1001-9677(2016)014-0106-03