25 多产轻质油品的延迟焦化工艺及工业应用(RIPP)

PAGE1PAGE10多产轻质油品的延迟焦化工艺及工业应用王玉章，申海平，李锐（石油化工科学研究院，北京100083）摘要：以沥青质含量为10.9%的新疆重质常压渣油为原料，在中型实验装置上进行了常规和多产轻质油品的延迟焦化实验。实验结果表明，多产轻质油品的延迟焦化可减缓加热炉炉管结焦；焦化蜡油80.60%转化成焦化汽油和柴油馏分，只有9.73%转化成焦炭。常规焦化和多产轻质油品延迟焦化的汽油、柴油性质变化不大，而焦化蜡油明显变轻，焦炭质量有所改善。通过装置工艺条件的适当调整，在工业焦化装置上采用多产轻质油品的延迟焦化技术加工新疆重质常渣可以减轻加热炉炉管结焦，保证装置的长周期运转，同时提高焦化汽油和焦化柴油馏分收率。关键词：延迟焦化，结焦，焦化柴油，焦化蜡油，转化1.前言延迟焦化是将渣油和低价值原料转化成气体，液体产品和焦炭的重油热加工工艺，它在渣油加工中发挥着十分重要的作用。目前我国延迟焦化总加工能力已达到3000×104t/a，在建的焦化装置加工能力还有500×104t/a。我国现有单套一炉两塔延迟焦化装置最大处理量为160×104t/a，新延迟焦化装置加热炉采用双面辐射加热、多点注汽、在线清焦等新技术，延长加热炉的操作周期，减少装置停工的机会。然而，延迟焦化在处理沥青质、硫和金属含量高的劣质渣油时，还会产生加热炉炉管结焦，生成弹丸焦等问题参考文献1JohnD.Elliottdelayedcokinginnovationsandnewdesigntrends,AM-99-012,NPRA,1999。1参考文献1JohnD.Elliottdelayedcokinginnovationsandnewdesigntrends,AM-99-012,NPRA,1999。2GaryL.Hamilton,AlokBhargava,W.S.Louie,Flexibility—Delayedcokinginthe90’s,AM-94-7,NPRA,1994。3US5,711,870,Storm,DavidAnthony,Ricci,PeterCharles,delayedcokingprocesswithwaterandhydrogendonors,January27,1998DELAYEDCOKINGWITHHIGHLCGOYIELDANDITSAPPILICATIONWangYuzhang,ShenHaiping,LiRui(ResearchInstituteofPetroleumProcessing,Beijing100083)AbstractXinjiangheavyatmosphericresiduewithasphaltenecontentof10.9%wasprocessedbyconventionalcokingandHighLightCokerGasOilyieldtechnology(HLCGO)inadelayedcokingpilotplant.ResultsshowthatHLCGOprocesscanalleviatecokedepositioninfurnacetube.80.60%ofHeavyCokerGasOil(HCGO)wasconvertedintonaphthaandLCGOandonly9.73%ofitwasconvertedintocoke.ThepropertiesofnaphthaandLCGOproducedbybothprocessesarelessdifference,butHCGOproducedbyHLCGOprocessismuchlightercomparedtothatproducedbyconventionalprocess,andcokequalityisslightlyimproved.Throughadjustingoperatingconditions,XinjiangheavyatmosphericresiduewasprocessedbyHLCGOprocessinacommercialdelayedcokingunit.ResultshowsHLCGOprocessreducescokedepositioninfurnacetubeandnoshotcokehasbeenfound.HLCGOprocessalsoguaranteesheaterrunlengthandgiveshighnaphthaandhighLCGOyields.KeyWords:Delayedcoking,coking,LCGO,HCGO,conversion作者简介：王玉章1987年毕业于抚顺石油学院石油加工工程专业，高级工程师。现在石油化工科学研究院从事渣油热加工方面的研究工作。通讯地址：北京914信箱6分箱邮政编码：100083电话8136email:wangyuz@2.实验及工业生产2.1中型实验2.1.1实验原料中型实验原料为新疆重质原油经中型蒸馏切割的常压渣油，性质见表1，表1中同时列出了新疆重质减渣的性质数据。数据表明新疆重质常渣密度、残炭、硫、沥青质和重金属含量均高，属于难加工的渣油。特别是沥青质含量很高达10.9%，芳烃与沥青质比只有3.32，导致沥青质与油的互溶程度下降，在焦化加热炉中沥青质容易从原料中析出，附着在加热炉辐射段炉管内壁上，并进一步造成加热炉炉管结焦。这一点可以从新疆重质原油中型蒸馏实验时蒸馏釜底有沥青质析出得到证实。新疆重质常渣的硫含量达到2.51%，重金属镍钒之和为250mg/kg。对于这样的原料，如果焦化时不在工艺上采取措施，很容易造成沥青质在加热炉炉管内表面沉积，进而造成炉管结焦，并有可能导致生成弹丸焦。新疆重质减渣的性质就更差，焦化加工时难度会更大，因此建议采用新疆重质常压渣油而不是减压渣油进焦化装置。2.1.2中型实验装置及实验条件延迟焦化实验是在10kg/hr的中型延迟焦化装置上进行的，中型装置工艺流程模拟工业装置流程。原料油以电子称计量，然后用原料油泵打入预热炉，在预热炉中加热至330℃后进入加热炉，在加热炉中加热至焦化温度后进入焦炭塔进行焦化反应。反应后生成的焦炭聚结在焦炭塔底部，高温油气则从焦炭塔顶逸出进入分馏塔，在分馏塔中分馏成焦化裂化气，塔顶轻质馏出油和塔底重质馏出油。裂化气经气表计量后放空并采样分析，轻质馏出油在蒸馏装置中进一步切割成汽油、柴油和蜡油馏分，重质循环油通过循环油泵在预热炉前与新鲜原料混合后进入预热炉，与新鲜原料一起进行焦化。中型常规延迟焦化实验选择0.4循环比，加热炉出口温度控制在500℃，注水2wt%，焦炭塔顶压力0.17MPa。多产轻质油品的延迟焦化实验循环比为1.0，由于循环比加大可为焦炭塔提供更多的热量维持焦化反应，因此可以适当降低加热炉辐射段出口温度到495℃，而其它条件维持不便。多产轻质油品的延迟焦化工艺一方面通过降低加热炉辐射段出口温度，减缓加热炉炉管的结焦，另一方面循环比加大后加热炉辐射段炉管内的物流流速增加，加大了物流对炉管的冲刷，进一步降低了炉管结焦的倾向。再者循环比加大后可以降低加热炉辐射段炉管内物料的沥青质含量。中型实验焦化原料沥青质含量10.9%，常规焦化实验0.4循环比和多产轻质油品焦化1.0循环比条件下，计算相当于加热炉辐射段进料中沥青质含量分别为7.78%和5.45%，多产轻质油品的延迟焦化加热炉辐射段炉管中物料沥青质含量比常规焦化降低了2.33%。由此可见，多产轻质油品的延迟焦化工艺降低了加热炉辐射段进料中沥青质含量，进而可减缓加热炉辐射段炉管结焦。2.2工业生产2.2.1工业实验原料油为新疆重质原油经沧州分公司常压蒸馏装置蒸馏得到的常压渣油，性质也列于表1中。对比表1数据可知，工业实验所用的新疆重质常渣与中型实验所用新疆重质常渣性质相近，同样具有高硫、高沥青质和高金属含量的特点。芳烃与沥青质比为3.13。2.2.2中国石化股份公司沧州分公司现有一套50×104t/a延迟焦化装置，一炉两塔流程，一直加工管输减压渣油。辐射段出口温度498-500℃，循环比0.3-0.4，焦炭塔顶压力为0.17Mpa，注水2.0wt%，从2001年9月份底开始正式加工新疆重质常渣。加工新疆重质常渣时，循环比提高到0.6-0.8，对流出口温度控制不超过330℃以防止加热炉对流段结焦，分馏塔底温度从常规焦化的385℃降到375℃，以防止分馏塔底结焦，同时由于加大了循环比给焦炭塔提供的热量增加，可以适当降低加热炉辐射段出口温度，维持在493±1℃，减缓加热炉辐射段炉管的结焦，其它操作条件不变。工业生产焦化原料沥青质含量11.4%，按常规焦化操作0.35循环比和多产轻质油品焦化0.7循环比条件下，计算相当于加热炉辐射段进料中沥青质含量分别为8.44%和6.71%，多产轻质油品的延迟焦化加热炉辐射段炉管中物料沥青质含量比常规焦化降低了1.73%。实验及工业应用结果及讨论3.1中型实验结果表2为新疆重质常压渣油常规和多产轻质油品的延迟焦化工艺条件下的物料平衡。数据表明，多产轻质油品的延迟焦化工艺，蜡油绝大部分已经转化掉，只剩下3.05%的蜡油。当循环比从0.40加大到1.00后，蜡油的转化率为85.43%，其中22.92%转化成汽油馏分，57.69%转化成柴油馏分，只有9.73%转化成焦炭，另有9.67%转化成气体；焦化蜡油转化成焦化汽油和柴油馏分的总和为80.60%。由此可见实现多产轻质油品的延迟焦化工艺后，大部分蜡油转化成焦化汽柴油馏分。表现为汽油收率提高4.10%，柴油收率提高10.32%，汽柴油综合收率提高14.42%。从表3和表4可以看出，多产轻质油品的延迟焦化与常规焦化工艺生产的焦化汽油和柴油馏分性质非常相近。无论是常规还是多产轻质油品的延迟焦化工艺，新疆重质常渣焦化生产的焦化柴油馏分十六烷值指数分别超过44，经加氢精制后可以生产优质柴油。表5数据表明，多产轻质油品的延迟焦化工艺生产的焦化蜡油要比常规焦化生产的焦化蜡油轻得多，而硫和氮含量变化不大。表6数据表明，多产轻质油品的延迟焦化工艺比常规焦化生产的焦炭挥发分相对较低，其它性质基本相同。新疆重质常渣常规焦化的焦化蜡油硫、氮、碱氮和残炭含量高，不经加氢精制催化裂化不宜直接加工该焦化蜡油。多产轻质油品的延迟焦化工艺将焦化蜡油在焦化装置上转化，生产的焦化蜡油量很少，相对常规焦化的焦化蜡油又轻得多。这既解决了劣质渣油焦化生产的劣质焦化蜡油催化裂化难于加工的问题，又多产了焦化汽油，特别是焦化柴油馏分。有利于提高我国整体柴汽比水平。从常规焦化的焦化蜡油性质可知，增加循环比后增加的循环油中沥青质含量很低，而芳烃含量相对很高，因此增加循环比后联合料的芳烃与沥青质比大幅度提高，可以改善辐射进料性质，有利于减缓加热炉炉管结焦，抑制弹丸焦的形成。新疆重质常渣常规焦化辐射进料芳烃与沥青质比为4.82，多产轻质油品的焦化辐射进料芳烃与沥青质比为6.43，同时计算多产轻质油品的延迟焦化加热炉辐射段炉管中物料沥青质含量比常规焦化降低了2.33%。由此可见，多产轻质油品的焦化辐射进料性质得到了很大改善。实验中发现多产轻质油品的延迟焦化比常规焦化加热炉炉管结焦明显减少，焦炭挥发分降低，且焦炭外观有所改善。工业应用结果沧州炼油厂在现有延迟焦化装置上，加工了高硫、高金属和高沥青质含量的新疆重质常压渣油。通过装置工艺参数的适当调整，实现了多产轻质油品的延迟焦化工艺。由于采取了加大循环比和降低对流和辐射炉出口温度等措施，装置运转四个月没有发现加热炉炉管结焦和生成弹丸焦的现象。工业生产结果与中型实验结果相似，多产轻质油品延迟焦化工艺的焦化汽油和焦化柴油收率提高。工业实验时循环比维持在0.7，气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭收率分别为9.81%、16.82%、35.91%、9.51%和27.95%。由于循环比较中型实验低，因此焦化蜡油收率较中型实验收率高。工业实验结果除硫含量外，焦化汽油、柴油和焦炭性质与中型实验的焦化汽油、柴油和焦炭性质十分相近，只有焦化蜡油与中型实验的蜡油有些差别，这主要是由于中型实验与工业实验的原料、操作条件有所不同，以及中型实验装置分馏塔分馏出的蜡油偏重所致。在加工六个月的新疆重质常渣后，沧州炼厂延迟焦化装置降低循环比到0.3-0.4，提高加热炉辐射段出口温度到498℃，采用常规焦化操作。运转15天后，发现加热炉炉管压降增加0.5MPa，少数几根炉管变形，表明炉管出现结焦，装置被迫停工检修。加工新疆重质常渣的工业实践表明，该常渣是非常难加工的渣油，延迟焦化加工时必须采取措施，适当调整工艺条件，才能避免加热炉炉管结焦，保证装置平稳长周期运转。结论⑴多产轻质油品的焦化工艺通过增加焦化循环比和降低炉出口温度，减缓加热炉炉管结焦，保证了延迟焦化装置在加工沥青质含量高的劣质渣油时达到长周期运转的目的。⑵多产轻质油品的焦化工艺特点是改变焦化产物分布，与常规焦化相比，焦化蜡油绝大部分转化成焦化汽油和柴油馏分，既解决了劣质渣油焦化生产的劣质焦化蜡油的出路问题，又多产了焦化汽油和柴油馏分。⑶新疆重质常渣是延迟焦化装置难以加工的渣油，但通过装置工艺条件的适当调整，采用多产轻质油品的延迟焦化工艺在现有常规延迟焦化装置上可以加工新疆重质常渣，避免焦化加热炉炉管结焦和弹丸焦的生成，并使焦化汽油和焦化柴油馏分收率得到提高。表1新疆重质渣油性质原料油名称中型实验原料工业实验原料常渣减渣常渣密度（20℃）/g.cm-30.99141.03890.9942运动粘度（100℃）/mm2.s-1304.5>10000351.4残炭/%16.628.716.2凝点/℃25-24C/%85.38-85.67H/%10.77-10.68S/%2.512.552.11N/%0.50-0.54族组成/%饱和份30.812.2931.4芳烃36.238.4135.7胶质22.126.7421.5沥青质10.922.5611.4芳烃/沥青质3.321.703.13金属/µg.g-1Ni35.974.941.2V201433132馏程/℃初馏点3173125%39238610%41942730%484-

表2焦化物料平衡及蜡油转化产品分布工艺常规HLCGO循环比0.401.00加热炉出口温度，℃500495物料平衡/%气体8.8310.56汽油14.2518.35柴油29.1939.51蜡油20.943.05焦炭26.7928.53合计100.00100.00汽油+柴油43.4457.86HLCGO-常规/%1气体-1.73汽油-4.1柴油-10.32蜡油--17.89焦炭-1.74蜡油转化率/%-85.43蜡油转化成各产物的比例/%2气体-9.67汽油-22.92柴油-57.69焦炭-9.73汽油+柴油-80.60HLCGO工艺比常规工艺各产物收率的增加值。HLCGO工艺与常规工艺相比，蜡油转化成各产物的百分数。表3焦化汽油性质工艺常规HLCGO密度（20℃）/g.cm-30.74160.7366酸度/mgKOH.（100ml）-10.70.6S/%0.390.38N/µg.g-1108116馏程/℃初馏点564910%888030%11210550%12912670%14414390%161160终馏点180176表4焦化柴油性质工艺常规HLCGO密度（20℃）/g.cm-30.86090.8579运动粘度（20℃）/mm2.s-14.8644.4