尾油循環工藝對減壓蠟油加氫裂化影響研究

龐宏 范思強 吳子明

摘 ? ? ?要：以減壓蠟油為原料在保證總處理量（新鮮進料與尾油循環量之和）一致的條件下，考察了一次通過、尾油部分循環及尾油全循環工藝對加氫裂化裝置的影響。結果表明：尾油循環工藝與一次通過工藝相比較，精制段及裂化段所需反應溫度低，液體產品收率高同時化學氫耗低，輕石腦油、重石腦油、航煤及柴油的產品收率變化不大，重石腦油芳烴潛含量略微下降但仍為優質的催化重整進料，航煤煙點及柴油十六烷指數提升。說明當加氫裂化新鮮進料不足時，煉化企業可通過尾油循環保證全廠配置穩定的同時提升航煤與柴油的產品質量。

關 ?鍵 ?詞：加氫裂化;尾油循環;一次通過

中圖分類號：TE624.4+32 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2019）12-2851-05

Abstract： The effect of one pass process， partial tail oil recycle and total tail oil recycle on hydrocracking unit was investigated by using vacuum wax oil as raw material under the condition that the same total treatment capacity （the sum of fresh feed and tail oil circulation）.The results showed that， compared with one pass process， the temperatures for refining section and cracking section with tail oil recycling process were lower， the yield of liquid products was higher and chemical hydrogen consumption was lower， the yields of light naphtha， heavy naphtha， aviation coal and diesel oil had little change， the aromatic potential content of heavy naphtha decreased slightly， but it was still high quality catalytic reforming feed， the smoke point of aviation kerosene and the cetane index of diesel oil increased， which indicated that when fresh feed for hydrocracking is insufficient， the tail oil recycling process can be used to ensure stable plant configuration and improve product quality of aviation kerosene and diesel oil.

Key words： Hydrocracking; Tail oil recycle; One pass

加氫裂化裝置由于其產品品種多質量優異、生產方案靈活等優勢受到了越來越多的關注，成為了各大煉化企業調節“化-油”的首選工藝之一[1，2]。因加氫裂化裝置被企業定位為調節器，其進料量時常發生較大波動。在實際生產中經常由于原油供給或上游裝置生產問題導致加氫裂化單元原料供給不足，如何應對這種實際問題保證下游裝置原料供給的穩定以及加氫裂化產品質量的穩定，成為了各大企業以及研究人員研究的重點領域[3]。本論文旨在通過考察尾油循環對減壓蠟油加氫裂化的影響，為煉化企業應對加氫裂化原料供給波動提供一條切實可行的工藝路線。

1 ?實驗部分

1.1 ?催化劑與試驗裝置

本試驗選用大連石油化工研究院成熟的加氫精制催化劑與裂化催化劑體系，在200 mL固定床加氫試驗裝置上進行加氫裂化試驗，裝置流程如圖1所示。加氫裂化裝置由進料系統、反應系統及分離循環系統三部分組成，進料自上而下通過反應系統，并采用氫氣循環流程，氫氣為凈化處理后的電解氫氣，純度大于99.9%。

1.2 ?原料油性質

本試驗所用原料油為中石化某煉廠生產的減壓蠟油A，其主要性質見表1。由表1可知本試驗所選用的減壓蠟油S、N含量相對較多，密度、餾程、C/H含量以及BMCI值均與目前工業上實際處理的加氫裂化原料油相關性質相近，因此本試驗結果有很好的代表性能夠為實際生產起到指導作用。

1.3 ?工藝流程

本試驗通過使用圖1中所示的200 mL固定床加氫裂化裝置進行試驗，該流程為典型的單段串聯加氫裂化工藝，精制反應器內裝填加氫精制催化劑，精制油直接進入到裝填加氫裂化催化劑的裂化反應器內，反應產物經高分、低分進入分餾系統，得到石腦油、航空煤油、柴油產品，對于未轉化為目的產品的重餾分油，本試驗分別采用尾油不循環的一次通過，尾油部分循環裂解、另一部分出裝置以及尾油全部循環裂解的三種不同的工藝流程[4，5]。

2 ?結果與討論

以減壓蠟油A為原料分別以全部產品一次通過、尾油部分循環（50%）以及尾油全循環工藝流程進行加氫裂化試驗，其中一次通過工藝新鮮進料量為100 g/h、尾油部分循環（50%）工藝新鮮進料量為85 g/h、尾油全循環工藝新鮮進料量為70 g/h，反應條件為反應壓力15.7 MPa，精制段體積空速1.05 h-1、氫油體積比850，裂化段體積空速1.38 h-1、氫油體積比1 250，精制反應器出口油氮含量小于10 μg·g-1的條件下，通過調節精制、裂化反應溫度控制大于360 ℃餾分產量為30 g/h，使得三種工藝流程下加氫裂化裝置處理量（新鮮進料+尾油循環量）均為100 g/h，以此考察尾油循環工藝對于加氫裂化的具體影響。

反應溫度是極其重要的工藝參數，一方面反應溫度是生產中最直接的可操作參數，影響到裝置的操作苛刻度，與裝置能耗直接相關進而影響到裝置的經濟效益，同時過高的操作溫度也會加速積炭結焦，影響催化劑的使用壽命。因此較低的反應溫度是煉化企業希望的，使得實際操作苛刻度、裝置能耗降低并且延長催化劑的使用周期。由圖2可知三種不同工藝流程的精制反應器、裂化反應器所需的反應溫度明顯不同，一次通過工藝>部分循環工藝>全循環工藝，全循環工藝與一次通過工藝相比較，精制反應器所需平均反應溫度下降3 ℃、裂化反應器平均反應溫度下降約4 ℃。

與尾油的性質特點[6]相關，加氫裂化工藝尾油中幾乎不含硫氮等雜質，密度也顯著降低，餾程更輕，由于競爭吸附的存在，芳烴優先吸附在催化劑的表面進行開環及斷鏈等反應導致尾油中富集鏈烷烴，其含量相對原料油顯著增加，這也是尾油產品常常用來做蒸汽裂解制乙烯原料的主要原因。尾油循環至精制反應器內與新鮮進料相混合導致其精制段處理的進料S、N等雜質及芳烴含量降低，總體原料性質得到改善，精制段所需的溫度有所降低;相應的精制反應器流出物的質量也有一定程度的提高，其芳烴含量低于一次通過工藝裂化段處理的精制流出物，系統中的氨分壓也相對降低，因此尾油循環工藝裂化段溫度低于一次通過工藝裂化段溫度。

因此從反應溫度角度分析，在裝置的總處理量不變的前提下，尾油循環工藝較一次通過工藝操作苛刻度低，所需能耗低同時催化劑的使用周期延長，具有一定的優勢。

對于減壓餾分油的加氫裂化工藝，化學氫耗與液體產品收率直接影響著整套裝置的經濟效益，煉化企業加氫裂化裝置總是期望具有低的化學氫耗與高的液體產品收率。在討論尾油循環對加氫裂化工藝液收和氫耗的影響之前，需先注意針對新鮮進料與針對總進料，其液收及氫耗是不同的，本文中一次通過工藝新鮮料量為100 g/h、尾油部分循環（50%）工藝新鮮料量為85 g/h、尾油全循環工藝新鮮料量為70 g/h，三種工藝的總進料量（新鮮進料+循環油量）均是100 g/h。

由圖3、圖4分析可知針對總進料來說，化學氫耗：一次通過>部分循環>全循環;液體產品收率：一次通過<部分循環<全循環。這是由于循環至反應系統內的尾油已經過催化加氫精制、加氫裂化等反應過程，其飽和度明顯高于新鮮進料，在控制相同轉化率時，反應溫度更低，主要目的產品的選擇性更好，因此使得尾油循環工藝的液體產品收率明顯高于一次通過工藝同時尾油循環工藝，化學氫耗也明顯低于一次通過工藝。

由圖3、圖4分析可知針對新鮮進料量來說，化學氫耗：一次通過<部分循環<全循環;液體產品收率：一次通過>部分循環>全循環。這主要是因為本文三種工藝，新鮮進料量不同，分別為100、85、70 g/h，但新鮮原料經過加氫裂化反應得到的氣體、輕、重石腦油、航煤、柴油等各裂化產物的實際產量卻基本相同，即全循環工藝是以最少的新鮮進料得到了相同產量的裂化產物，此時新鮮原料完全轉化，產品中無未轉化油，實際轉化率最高，相對新鮮進料的氫耗也最高。而一次通過流程則是以最大的新鮮進料量得到相同的裂化產物，但同時尚有30%左右的未轉化油，其實際轉化率最低，氫耗也相應最低。

三種工藝尾油產品的處理方式不同，因此在討論尾油循環對于加氫裂化產品分布影響時僅關注輕石腦油、重石腦油、航煤及柴油產品收率，同時將針對總進料量與針對新鮮進料的影響分開討論。由圖5可知，針對總進料量（100 g/h）三種工藝流程對加氫裂化產品分布影響較小：輕石腦油產品收率基本一致;對于重石腦油，其收率高低順序為：尾油循環>部分循環>一次通過，但三者差距不大;航煤產品、柴油產品的收率順序則是尾油全循環<尾油部分循環< 一次通過，同樣差距也很小。這是由于試驗控制大于360 ℃餾分產量為30 g/h，即針對總進料量，三種工藝加氫裂化單程轉化率是一致的，均為70%左右。由前期經驗與文獻經驗可知，轉化率一致的情況下加氫裂化產物分布一致，與本試驗的結果相符合。重石腦油、航煤及柴油產品收率的略微變化是因為由于尾油的循環導致原料性質變化導致的[7]。由圖5可知通過調整尾油的循環量，可在新鮮進料量降低的情況下，相應以尾油替代減少的新鮮進料量，產品中輕、重石腦油、航煤以及柴油產品的產量不變。對于煉化企業的加氫裂化裝置來說，在來自上游裝置的新鮮原料降低時可維持高附加值的重石腦油的產量，以保證下游催化重整進料以及煤、柴油的供應。

結合圖6可知，針對新鮮進料而言，三種不同工藝流程對加氫裂化產品分布影響很大，隨尾油循環量的增大，輕石腦油、重石腦油、航煤及柴油的產品收率均明顯增加，其中重石腦油及航煤收率增加幅度相對柴油更大，也順應目前國內能源結構調整降低柴汽比的主流趨勢。輕石腦油、重石腦油、航煤及柴油的產品收率的增加，是由于循環進反應系統的尾油經進一步加氫裂化，不斷發生加氫飽和、開環斷鏈反應生成輕餾分產品導致的。

由上述分析可得，當新鮮進料短缺時，通過尾油循環工藝流程可以保證輕石腦油、重石腦油、航煤及柴油的產量，為企業提供了一條可選擇的技術路線。

由前文可知通過尾油循環工藝可以實現在新鮮進料降低的情況下保證輕石腦油、重石腦油、航煤及柴油的產量，產品質量也是極其重要的指標參數。由圖7-9可知，三種工藝流程得到的重石腦油、航煤及柴油的密度均小幅度降低;重石腦油芳烴潛含量：一次通過>部分循環>全循環;航煤煙點：一次通過<部分循環<全循環;柴油十六烷指數：一次通過<部分循環<全循環。

由圖10可知，采用尾油循環工藝的尾油密度、BMCI值較一次通過得到的尾油產品，密度與BMCI值明顯降低，表明循環至反應系統內的尾油輕質化。同時更為重要的是組成中鏈烷烴含量大幅度提高、芳烴含量降低。

因此導致裝置處理的進料整體輕質化、芳烴含量降低，由尾油全循環工藝流程得到的重石腦油密度為0.74 g·cm-3，芳烴潛含量為52仍為優質的重整進料，航煤煙點為28 mm、柴油十六烷指數提升至84，航煤及柴油質量明顯提升。

3 ?結論

本試驗使用FRIPP研發的加氫精制/加氫裂化催化劑體系，反應條件為壓力15.7 MPa，精制段體積空速1.05 h-1、氫油體積比850，裂化段體積空速1.38 h-1、氫油體積比1 250，在保證總處理量（新鮮進料+尾油循環量）一致的情況下考察了一次通過、尾油部分循環及尾油全循環對減壓蠟油加氫裂化裝置的影響。試驗結果表明：尾油循環工藝所需的精制、裂化反應溫度低;化學氫耗：一次通過>部分循環>全循環;液體產品收率：一次通過<部分循環<全循環;輕石腦油產品收率一致;重石腦油收率尾油循環工藝略微優于一次通過工藝;航煤產品、柴油產品收率一次通過工藝則略優于尾油循環工藝;尾油循環工藝較一次通過工藝，重石腦油芳烴潛含量有所降低但仍為優質重整原料，航煤煙點柴油十六烷指數明顯增加，中間餾分油產品質量提升。

因此當煉化企業面臨加氫裂化原料緊張的問題時，可通過尾油循環工藝實現輕石腦油、重石腦油、航煤及柴油產量的穩定，為催化重整等下游裝置提供穩定的原料，同時由于所需反應苛刻度、化學氫耗降低以及中間餾分油（航煤、柴油）質量提升，提升企業的整體經濟效益。

參考文獻：

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