ADCP工藝研究及經濟效益淺析

裴俊鵬，黃新龍，王洪彬，李　劍，杜　翔，李和杰

(1. 遼寧石油化工大學 石油化工學院，遼寧 撫順 113001；2. 中國石化煉化工程集團洛陽技術研發中心，河南 洛陽 471003; 3. 中國石化 洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

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ADCP工藝研究及經濟效益淺析

裴俊鵬1，黃新龍2，王洪彬2，李劍1，杜翔3，李和杰3

(1. 遼寧石油化工大學 石油化工學院，遼寧 撫順 113001；2. 中國石化煉化工程集團洛陽技術研發中心，河南 洛陽 471003; 3. 中國石化 洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

摘要：中國石化煉化工程集團洛陽技術研發中心和中國石化洛陽工程有限公司采用重油裂解性能評價實驗裝置和新研制的減黏-焦化-連續蒸餾聯合實驗裝置，以劣質重油為原料進行淺度熱裂化反應以及淺度熱裂化反應與深度熱裂化反應聯合(ADCP工藝) 的研究，并分析了ADCP工藝的經濟效益。結果表明，淺度熱裂化反應的反應溫度和反應時間之間具有一定的互補性，但在較低反應溫度下即使延長反應時間也得不到較高的減黏率，只有采取較高的反應溫度才能得到較高的減黏率。在工業生產中，為了避免或減緩爐管和反應器結焦，當反應溫度較高時不宜采取較長的反應時間。與常規延遲焦化工藝相比，ADCP工藝在焦炭塔非絕熱條件下，降低了氣體和焦炭產率，液體產品產率提高了1.57百分點，尤其是柴油餾分產率提高了2.15百分點。對于年加工能力為1.0 Mt的延遲焦化裝置，采用ADCP工藝的改造費用大約1300萬RMB，但年增利潤總額和年均凈利潤分別在4552萬RMB和3414萬RMB以上，具有顯著的經濟效益。

關鍵詞：淺度熱裂化；焦化；減黏率；加熱爐；新工藝；效益

近年來，我國的延遲焦化技術在降低循環比、降低操作壓力、延長運行周期、安全生產、自動除焦、除焦水循環利用等方面均取得了較快進步[1]，但也面臨著三方面的問題。①低附加值的干氣和焦炭產率高，高附加值的液體產品產率低，從而造成經濟效益較差；②原料的劣質化會導致加熱爐管易結焦、焦炭塔內泡沫層升高以及生成彈丸焦，引起焦炭塔震動[2]；③開放式除焦過程帶來的環境保護壓力等[3]。

為了提高高附加值的液體產品產率，中國石化煉化工程集團(SEG)洛陽技術研發中心從焦化工藝入手，開發出了一種新的延遲焦化工藝——淺度熱裂化與深度熱裂化反應聯合工藝(ADCP)[4]。該工藝將焦化反應過程分為2個階段。第1階段中，重油加熱到370～430℃，先行發生淺度的熱裂化反應，使鍵能較弱的大分子從鏈的中間斷裂，以增加中間餾分油的產率，同時降低重油的黏度；第2階段中，減黏重油加熱到480～510℃再進行深度熱裂化反應。因給重油的熱反應多提供了約7%的熱量，故提高了重油的反應深度，從而降低了干氣和焦炭產率，提高了液體產品尤其是柴油餾分的產率。

筆者采用淺度熱裂化小型實驗評價裝置、中型實驗評價裝置以及ADCP工藝中型實驗裝置，對劣質重油進行淺度熱裂化以及淺度熱裂化和深度熱裂化的聯合研究，并初步分析ADCP工藝的經濟效益。

1實驗部分

1.1　實驗裝置

采用中國石油大學開發的重油裂解性能評價實驗裝置[5]進行淺度熱裂化小型實驗，采用SEG洛陽技術研發中心開發的LYDC-Ⅴ型減黏裂化-延遲焦化-連續蒸餾一體化實驗裝置進行淺度熱裂化和延遲焦化的中型實驗，其淺度熱裂化工藝、常規延遲焦化工藝和ADCP工藝的原則流程示于圖1、圖2和圖3，圖4為該裝置照片。

該套中型實驗裝置的淺度熱裂化進料范圍為1.0～13.0 kg/h；延遲焦化的進料量為3.0～6.0 kg/h，焦炭塔一次可充焦約20 kg[6-7]。來自塔頂的油氣經管線進入分餾塔后進行高效分離，從塔底得到的重油(循環油)計量后經高溫油泵直接與新鮮進料混合，實現循環油在線循環操作。

圖1　淺度熱裂化中試裝置原則流程圖

圖2　常規延遲焦化工藝中試裝置原則流程圖

圖3　ADCP工藝中試裝置原則流程圖

圖4　LYDC-Ⅴ型減黏裂化-延遲焦化-連續蒸餾

1.2　實驗原料

實驗用重油的性質列于表1。從重油100℃的黏度、殘炭值、瀝青質質量分數、重金屬Ni+V質量分數判斷，該油不宜直接作為加氫脫硫裝置的進料[8]，即使作為焦化裝置的進料，也易產生爐管結焦、運行周期縮短、液體產品收率較低等問題；經淺度熱裂化后，減黏重油的黏度降低到475.5 mm2/s，進入焦化加熱爐輻射段爐管后，可改善管內的流動性。

1.3　工藝流程

進行淺度熱裂化實驗時(見圖1)，重油加熱到流動狀態后經泵與一定量的高溫水蒸氣混合，然后去重油加熱爐加熱到目標溫度，再進入反應器進行淺度熱裂化反應。生成的油氣直接進入分餾塔，從塔底得到減黏重油，塔頂的油氣經冷卻后進入分離罐實現氣、液分離，得到氣體和輕油餾分。

進行ADCP工藝實驗時(見圖3)，重油先與一定比例的高溫水蒸氣混合，然后進入重油加熱爐Ⅰ加熱，加熱到目標溫度后進入反應器進行淺度熱裂化反應；產生的油氣與一定量的高溫水蒸氣以及來自分餾塔底的循環油混合后，進入重油加熱爐Ⅱ加熱到495℃左右，經轉油線進入焦炭塔進行深度的熱裂化反應(控制塔頂壓力)；反應生成的油氣進入分餾塔連續蒸餾，塔底重油(即循環油)經計量后直接返回重油加熱爐Ⅱ，實現循環油的在線循環操作；分餾塔頂的油氣經冷卻后進入氣、液分離罐，液體產品經實沸點蒸餾得到汽油餾分、柴油餾分和焦化蠟油，氣體經計量、分析后脫臭處理，再去環保型火炬；實驗結束后，焦炭塔冷卻、稱重、除焦。

表1　渣油原料減黏前后的性質

進行常規延遲焦化工藝實驗時(見圖2)，重油預熱到120℃左右，與一定量的高溫水蒸氣以及來自分餾塔底的循環油在線混合后，直接進入焦化塔進料加熱爐加熱，其他實驗過程同上。

1.4　分析方法

按照國家標準GB/T 11137方法測定重油的黏度，定義100℃下的原料黏度與生成重油的黏度之差再與原料的黏度之比的百分數為減黏率。采用甲苯萃取方法測定重油的甲苯不溶物含量，即取一定量的重油用甲苯洗滌、過濾、萃取7.5 h、烘干至恒重，甲苯不溶物的質量與重油質量之比的百分數即為重油的甲苯不溶物含量，該含量代表了重油的結焦傾向。采用常規分析方法測定油品的其他性質。

2結果與討論

2.1　重油淺度熱裂化的小試和中試結果對比

采用重油裂解性能評價實驗裝置，設定基準反應溫度為“T”、基準時間為“t”，考察了反應壓力0.6 MPa時不同反應溫度下，冷油停留時間對重油淺度熱裂化反應深度的影響，結果示于圖5。從圖5看出，在各反應溫度下，反應初期，重油的減黏率均快速提高，反應一段時間后，減黏率達到最大值并趨于穩定；但在較高的反應溫度下，重油的減黏率達到最大值后逐漸降低。這是因為，重油在較為緩和的反應條件下以裂化反應為主，但提高反應的苛刻度后，會加劇縮合反應的發生。因此在實際生產中，為了減緩爐管和反應器內的結焦，延長裝置的運行周期，不宜追求過高的減黏率或反應深度。

圖5　重油淺度熱裂化小試實驗不同反應溫度下冷

從圖5還可以看出，反應溫度和反應時間之間具有一定的互補性。但在較低反應溫度下即使延長反應時間也達不到較高的減黏率，只有采取較高的反應溫度才行。在實際的工業生產中，為了避免或減緩爐管和反應器結焦，延長裝置的運行周期，反應溫度較高時也不宜采取較長的反應時間。

在小試(即靜態實驗)的基礎上，設定淺度熱裂化反應器的出口壓力為0.6 MPa、注汽量為0.4%，采用圖1所示的中型實驗裝置(即動態實驗)，考察了不同反應溫度下冷油停留時間對重油淺度熱裂化反應深度的影響，結果示于圖6。

圖6　重油淺度熱裂化中試實驗不同反應溫度下冷

從圖6看出，提高淺度熱裂化的反應溫度可提高重油的減黏率，與小試結果的趨勢一致，但在同樣的反應溫度下二者的減黏率數值有較大差異。如在反應溫度為T+10℃、冷油停留時間為t-20 min的條件下，小試和中試的重油減黏率分別為88.3%和64.7%。造成這一差別的原因是冷油停留時間并不一定能代表反應時間。小試沒有注汽，冷油停留時間即代表了反應時間；盡管反應壓力一致，但在中試條件下，不僅重油發生熱裂化反應生成了少量的氣體和輕油，而且反應器還注入了適量的高溫水蒸氣，使重油在反應器內的反應時間大大縮短，即降低了反應深度。

圖7為小試和中試實驗中的重油減黏率隨熱油停留時間(即反應時間)的變化。從圖7看出，中試結果和小試結果基本相一致，因此可在小試裝置上進行重油淺度熱裂化反應研究，確定適宜的反應溫度和反應時間后，再在中型實驗裝置上進行重油的淺度熱裂化以及與深度熱裂化的聯合實驗。

圖8為在T+10℃反應溫度下重油淺度熱裂化小試實驗中重油甲苯不溶物含量與反應時間的關系。由圖8看到，當反應時間較短時，裂解重油中檢測不到甲苯不溶物的生成，但當反應時間超過“t”后，重油中的甲苯不溶物含量出現拐點并快速增加，因此在該反應溫度下，反應時間不宜過長。

圖7　重油淺度熱裂化小試和中試實驗中熱油停留時間對

圖8　重油淺度熱裂化小試實驗中甲苯不溶物含量與

2.2　ADCP工藝和常規工藝的技術對比

采用圖2和圖3所示的中型實驗裝置，以表1中減壓渣油為原料進行了常規延遲焦化(僅深度熱裂化)以及ADCP工藝(淺度熱裂化和深度熱裂化聯合)實驗，其中，淺度熱裂化在反應溫度T+20℃、反應器出口壓力0.6 MPa、注汽量0.51%以及冷油停留時間38.5 min的條件下進行，二者的深度熱裂化工藝條件列于表2，所得產品分布列于表3。

從表2和表3看出，在基本相同的焦化工藝條件下加工重油，ADCP工藝與常規焦化工藝相比，低附加值的氣體和焦炭產率降低，而高附加值的液體產品產率提高；液體產品產率的增加主要表現在柴油餾分產率的增加上，其趨勢與茂名和安慶的減黏裂化-延遲焦化聯合裝置加工重油的結果相一致，但工業聯合裝置的效果更為明顯，焦炭產率降低了2百分點以上，液收提高近3百分點[9-10]。

這是因為工業裝置的焦炭塔為絕熱反應器，重油發生熱裂化所需的熱量全部由加熱爐提供，而中試裝置的焦炭塔無法實現絕熱反應，盡管其爐出口溫度與工業裝置相一致，但進料量很少，造成轉油線和焦炭塔散熱量相對較大，焦炭塔還要采取保溫措施才能達到重油熱反應所需的條件，因此與工業生產裝置相比，ADCP工藝的技術效果還沒有完全顯現。

3ADCP工藝的經濟效益淺析

對于加工能力為1.0 Mt/a的延遲焦化裝置，采用ADCP工藝進行技術改造后的建設投資、加工成本、產值增量以及年增效益估算分別列于表4、表5、表6和表7。由于焦化裝置生產的產品除焦炭外其余都屬于煉油廠的中間產品，需精制后才能作為成品和半成品銷售，故在效益核算時均采用了內部核算價格。

從表7看出，采用ADCP工藝與傳統焦化工藝相比，在液體產品產率增加1.57百分點的情況下，年增利潤總額4552萬RMB，年增凈利潤3414萬RMB，有很好的經濟效益。

表2　ADCP與常規延遲焦化工藝操作條件

表3　ADCP與常規延遲焦化工藝所得產品分布

Under the reaction conditions shown in Table 2

表4　ADCP工藝技術改造投資評估表

表5　ADCP工藝增加成本估算(不含稅)

表6　加工能力為1.0 Mt/a焦化裝置采用ADCP工藝的產值增減的估算 (不含稅)

表7　 ADCP工藝經濟效益分析

4結論

(1) 提高重油的減黏率，其反應溫度和反應時間之間具有一定的互補性，但在較低反應溫度下即使延長反應時間也達不到較高的減黏效果，只有采取較高的反應溫度才能實現。在實際生產中，為避免或減緩爐管和反應器結焦，延長裝置的運行周期，當反應溫度較高時不宜采取較長的反應時間。

(2) 重油熱裂化靜態實驗的冷油停留時間就是反應時間，而動態實驗的冷油停留時間不能代表重油的反應時間。當反應溫度和熱油反應時間相同時，靜態實驗和動態實驗的重油熱裂化深度基本一致，因此可在小試裝置上進行重油淺度熱裂化的規律性研究，以確定在中型實驗裝置上適宜的操作條件。

(3) 中試結果表明，與常規延遲焦化工藝相比，采用ADCP工藝加工重油，氣體和焦炭產率分別降低了0.51和1.03百分點，液體產品產率提高了1.57百分點，尤其柴油產率提高了2.15百分點。由于中試裝置進入焦炭塔內的重油不能實現絕熱反應，因此與工業裝置相比，其效果還沒有完全顯現。

(4) 對于年加工能力為1.0 Mt的延遲焦化裝置，進行ADCP工藝改造費用大約為1300萬RMB，但年增利潤總額和年均凈利潤分別在4552萬RMB和3414萬RMB以上。

參考文獻

[1] 李出和. 國內外延遲焦化技術對比[J]. 石油煉制與化工，2010，41(1): 1-5. (LI Chuhe. A review and comparison of delayed coking technology[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals, 2010, 41(1): 1-5.)

[2] 張成，束長好. 延遲焦化工藝彈丸焦形成原因和對策[J]. 石油煉制與化工，2009，40(12): 8-12. (ZHANG Cheng，SHU Changhao. Causes of shot coke formation in delayed coking unit and countermeasures[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals, 2009, 40(12): 8-12.)

[3] 申海平，劉自賓, 范啟明. 延遲焦化技術進展[J]. 石油學報(石油加工)，2010，26(增刊): 14-18. (SHEN Haiping，LIU Zibin，FAN Qiming. Development of delayed coking technology[J]. Acta Petrolei Sinica(Petroleum Processing Section), 2010, 26(Supple): 14-18.)

[4] 黃新龍，王洪彬, 李節，等. 高液收延遲焦化工藝(ADCP)研究[J]. 煉油技術與工程，2013，43(3): 20-23.(HUANG Xinlong, WANG Hongbin, LI Jie, et al. Study on advanced delayed coking process with higher liquid yield[J]. Petroleum Refinery Engineering, 2013，43(3): 20-23.)

[5] 黃新龍，劉淑芳, 江莉，等. 劣質重油淺度熱裂化研究[J]. 石油煉制與化工，2014，45(4): 19-22. (HUANG Xinlong, LIU Shufang, JIANG Li, et al. Study on mild thermal cracking of heavy oil[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals, 2014，45(4): 19-22.)

[6] 黃新龍，李節, 王少鋒，等. 劣質重油淺度熱裂化中試研究[J]. 石油學報(石油加工)，2014，30(3): 434-438. (HUANG Xinlong, LI Jie, WANG Shaofeng, et al. Pilot plant test for mild thermal cracking of heavy oil[J]. Acta Petrolei Sinica(Petroleum Processing Section), 2014，30(3): 434-438.)

[7] 黃新龍，王洪彬, 張瑞風，等. 重油淺度熱裂化反應深度對延遲焦化過程的影響[J]. 石油煉制與化工，2014，45(3): 25-29. (HUANG Xinlong, WANG Hongbin, ZHANG Ruifeng, et al. Effect of cracking depth of heavy oil mild thermal-cracking on delayed coking process[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals, 2014，45(3): 25-29.)

[8] 晁可繩，崔莉, 梁雙雙. 延遲焦化原料特性分析和加熱爐優化設計[J]. 煉油技術與工程，2013，43(2): 29-38.(CHAO Kesheng, CUI Li, LIANG Shuangshuang. Analysis of feedstock features of delayed coking unit and optimization design of furnace[J]. Petroleum Refinery Engineering, 2013, 43(2): 29-38.)

[9] 龔維媞. 延遲減黏-延遲焦化聯合提高焦化裝置效益[J]. 石油煉制，1988, (12): 19-24.(GONG Weiti. Delay coking combined with visbreaking for more profit[J]. Petroleum Processing, 1988, (12): 19-24.)

[10] 肖雁，馮茂生. 減黏-焦化聯合工藝的工業應用[J]. 煉油設計，2000，30(12): 12-15.(XIAO Yan, FENG Maosheng. Commercial application of visbreaking-coking integrated process[J]. Petroleum Refinery Engineering, 2000, 30(12): 12-15.)

Research and Economic Benefit Analysis of ADCP Process

PEI Junpeng1，HUANG Xinlong2，WANG Hongbin2，LI Jian1，DU Xiang3，LI Hejie3

(1.SchoolofPetrochemicalEngineering,LiaoningShihuaUniversity,Fushun113001,China; 2.LuoyangR&DCenterofTechnologySinopecEngineering(Group)Co.Ltd.,Luoyang471003,China; 3.LuoyangPetrochemicalEngineeringCorporation,SINOPEC,Luoyang471003,China)

Abstract：The Luoyang R&D Center of Technology SEG(SEGR) and Sinopec Luoyang Petrochemical Engineering Corporation (LPEC) carried out a research project on a laboratory heavy oil cracking pilot plant and a newly developed integrate pilot plant of visbreaking-delayed coking-continuous distillation(ADCP) to investigate the mild and severe thermal cracking performances of the low-quality heavy oil under different operating conditions. The economics of the ADCP process was also evaluated. The results showed that reaction temperature and reaction time had synergistic effects on viscosity reduction rates of heavy oil, and reaction temperature was the decisive factor rather than reaction time to achieve an ideal viscosity reduction rate. Prolonging reaction time was not suitable to avoid or mitigate coking in furnace tube and reactor. By using ADCP process the yields of liquid product and diesel oil could be boosted by 1.57 and 2.15 percentages, respectively, and the yields of gas and coke were reduced under the non-adiabatic coking conditions in comparison with the traditional delayed coking process. For a delayed coking unit with an annual throughput capacity of 1.0 Mt, the revamp for ADCP cost about 13 million RMB, but the total annual profit and average net profit were 45.52 and 34.14 million RMB or more, respectively, so the benefits of ADCP process were significant.

Key words：mild thermal cracking; coking; visbreaking rate; heating furnace; new process; benefit

中圖分類號：TE624

文獻標識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1001-8719.2016.01.004

文章編號：1001-8719(2016)01-0021-07

基金項目：中國石化科研開發課題項目(113117)資助

收稿日期：2014-10-19

第一作者： 裴俊鵬，男，碩士，從事重油加工工藝方面的研究

通訊聯系人： 黃新龍，男，教授級高級工程師，從事石化加工技術研發工作；Tel:0379-64330527；E-mail：huangxinl.lpec@sinopec.com