常渣掺炼VGO催化裂化反应性能的研究

2022-11-03张美琼朱静何军张静马蕊燕

炼油与化工 2022年5期

关键词：剂油原料油液化气

张美琼，朱静，何军，张静，马蕊燕

（中石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院，新疆克拉玛依 834000）

原油越来越重质化，而市场对轻质油品的需求在不断增长。催化裂化是1项重要的重油轻质化技术，其原料主要是直馏减压馏分油（VGO），由于对轻质油品的需求增长及技术进步，在催化裂化原料中掺炼或全炼渣油已被广泛采用［1，2］。

此项目是在小型固定流化床上对某油区掺常压渣油的减压馏分油进行催化裂化性能考察，从3个方面进行研究。

（1）剂油比、空速、压力等条件都一定，改变反应温度，找出轻油收率最高的温度点；

（2）空速、温度、压力等条件都一定，改变剂油比，找出轻油收率最高的剂油比点；

（3）在以上2种情况下，分别找出干气、液化气、焦炭收率的变化规律。

1 反应装置系统

研究主要使用小型固定流化床实验装置。小型固定流化床在进料及油剂混合状态等方面与工业提升管还存在着一定的差距，但是，实验流程简单，操作方便快捷，调控灵活，可以用来进行催化剂评价、工艺条件考察及动力学研究，并能够得到较为准确可靠的数据［3］。

小型固定流化床的结构包括5个系统［4］。

1.1 进油系统

进油系统置于1个温度保持在120℃的恒温箱中，使原料油具有流动性。通过柱塞计量泵输送原料油，采用电热加热使输油管线保温，用电子天平称量来读取反应的进油量。

1.2 反应系统

反应器的材质为薄壁不锈钢，水蒸气和夹带的原料油从进油口进入反应器后从底部喷出，保持一定的水蒸气线速度来维持流化床操作。

1.3 进水系统

使用微量高压平流泵来输送蒸馏水，蒸馏水必须经过预热段加热到300～320℃成过热蒸汽，与原料油混合后进入恒温在350℃的预热段，再进入反应器中。

1.4 收集系统

产品分3段收集：气体产品、液体产品和焦炭收集。采用排饱和食盐水收集不凝气，用真空泵抽出反应后的结焦催化剂，进行定碳。

1.5 温控系统

采用仪表温控，控温点有：恒温箱，水蒸气加热炉，预热段，反应器的上部和下部。温显点设置在反应器上。

2 主要分析方法

2.1 气体产品分析

采用气相色谱仪对催化裂化反应气体进行分析，得到气体中各个组分的体积含量，利用公式（1）计算各个组分的质量。

式中mi—气体中i组分的质量，g；Mi—气体中i组分的分子量，g/mol；yi—气体中i组分的体积含量；P—气体的压力，Pa；V—气体的体积，m3；R—热力学常数，8.314 Pa·m3/（mol·K）；T—气体的温度，K。

将H2、CO、CO2、C1、C2归为干气，C3、C4组分归为液化气，C5、C6组分归为汽油。

2.2 液体产品馏分分析

液体产品包括轻油和重油，其中轻油包括汽油、柴油。利用气相色谱仪对液体产品进行模拟蒸馏分析，得到汽、柴油的收率。

2.3 待生剂生焦量分析

利用红外碳测定仪，测定反应后催化剂上存有的焦炭。

3 结果分析与讨论

3.1 反应温度对产品产率的影响

剂油比为5，空速为27.5 h-1，常压操作时，考察反应温度对反应性能的影响，不同温度下液体、气体、焦炭产率的分布情况见表1。

表1 反应温度对产物产率的影响

从表1可以看出，随着温度升高，液体和焦炭产率减小，气体产率增大。

干气产率、液化气产率和焦炭产率随温度变化的结果见图1。

图1 温度对干气、液化气、焦炭产率的影响

由图1可知：（1）随着反应温度的升高，干气和液化气产率增加，原因是反应温度升高，反应速率加快，必然导致裂化深度增加，同时伴随的热裂化反应速度也加快，使得原料在催化剂上的裂化反应加剧，导致干气和液化气产率增加；（2）焦炭产率随温度的升高呈现下降的趋势。从热力学角度看，生成焦炭的反应是放热反应，温度升高对反应不利，生焦量减少；从动力学角度看，反应温度升高会导致裂化反应加剧，使生成焦炭的反应加快；热力学因素和动力学因素之间关系较为复杂，2者共同作用，使得焦炭产率随温度的升高呈现下降的趋势［5］。

轻油产率随温度的变化情况见图2。

图2 温度对轻油产率的影响

从图2可以看出，在510℃前，汽油、轻油产率均随温度的升高而增大；在510℃后，2种产率均随温度的升高而降低，510℃成为轻油收率最高的温度点。原因是：510℃前，原料→轻油的反应速度大于轻油→气体等最终产物的反应速度；510℃后，原料→轻油的反应速度小于轻油→气体等最终产物的反应速度，从而510℃成为1个转折点。