化工輕油與加氫裂化尾油單獨裂解及共裂解的技術分析

潘 宇，趙勝博，張寶澤，劉學龍，李 冰

（1.中國石油吉林石化公司研究院，吉林 吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司煉油廠，吉林 吉林 132000 ；3.中國石油吉林石化公司質量檢驗中心，吉林 吉林 132000）

乙烯裝置作為石油化工行業的龍頭，其產品種類多，如聚乙烯、聚丙烯等[1]。乙烯工業為石油化工產業的核心，其主要產品占石化產品的75%以上[2]。乙烯裝置加工的原料有來自煉油廠的石腦油、芳烴抽余油、加氫裂化尾油、化工輕油等多種輕質原料。隨著我國乙烯生產企業數量的迅猛增長，乙烯裝置逐漸向大規模方向發展，優質的乙烯裂解原料短缺問題逐漸顯現，通過構建煉化一體化和外購原料，在一定程度上緩解了乙烯原料的供求矛盾，但乙烯原料供應方面依舊存在巨大缺口[3-5]。

加氫裂化尾油與化工輕油在乙烯原料中均屬于重質原料。加氫裂化尾油來自于煉油廠加氫裂化裝置，其性質穩定，裂解性能非常好，作為乙烯原料裂解時不但雙烯（乙烯和丙烯）收率高，同時還可得到較高收率的丁二烯；而化工輕油來自于煉油廠常減壓裝置的直餾一線、二線、三線油品，其裂解性能沒有加氫裂化尾油裂解性能好。如果將這兩種裂解性能不相同的油品進行混合共裂解[6-7]，必然會產生不同的裂解效果，并影響裝置的烯烴收率、經濟效益等技術指標。本研究通過開展加氫裂化尾油與化工輕油的裂解性能實驗室評價試驗，對裂解產物的收率變化趨勢以及共裂解的技術可行性和經濟合理性進行分析。

1 試驗部分

1.1 試驗設備與方法

裂解性能評價試驗裝置采用北京拓川科研設備股份有限公司制造的實驗室蒸汽熱裂解裝置。該裝置主要由計量系統、水和油的進料系統、裂解加熱系統、裂解爐反應系統、產物急冷系統、產物深冷系統以及產物分析系統等組成。裂解氣經過氣液分離和兩次冷卻后，在取樣口取樣，通過氣相色譜儀分析，裂解的液相通過水油分離后進行稱重計量。實驗數據通過專有軟件進行處理分析。實驗所用分析儀器如表1 所示。

表1 原料及裂解產物分析儀器

1.2 實驗原料及物性分析

加氫裂化尾油來自于某石化公司煉油廠加氫裂化裝置，化工輕油來自于某石化公司煉油廠常減壓裝置的一線、二線、三線混合油。原料性質見表2。溫度為20 ℃時，加氫裂化尾油的密度為0.822 g/cm3，化工輕油的密度為0.818 g/cm3。

表2 加氫裂化尾油、化工輕油性質

1.3 實驗方法

首先對裂解爐進行升溫，當裂解爐溫度約為600 ℃時，進行稀釋蒸汽的注入。稀釋水經過加熱器變成水蒸氣，水蒸氣由預熱段進入到裂解爐內，整個反應器各段溫度達到設定值后，啟動進料泵向系統進料，裂解氣走旁路經三通閥后放空，調整進料量。當進料量穩定后，開始裂解評價試驗，同時打印初始試驗報表。試驗過程中，根據試驗周期長短進行裂解氣體取樣，并立即分析。當試驗周期達到預定值時，將裂解氣調整至旁路系統，同時打印試驗結束數據報表，停止進料，用氮氣置換吹掃系統。用已稱重的容器收集正路系統中冷卻下來的裂解油品及冷凝水，進行油、水分離，分別稱重。根據試驗打印的報表和分析數據，進行數據處理后即可得到裂解產物分布數據。

1.4 分析方法

采用色譜外標法分析裂解氣中H2、CO、CO2及C1～C6烴類組分。

計算方法如下：

2 結果與討論

2.1 加氫裂化尾油裂解性能評價

本實驗在停留時間為0.205 s、出口壓力為0.085 MPa、水油質量比為0.65 的條件下，在實驗室蒸汽熱裂解裝置中分別進行裂解溫度為790 ℃、800 ℃、810 ℃、820 ℃、830 ℃下加氫裂化尾油裂解性能評價試驗，主要裂解產物的收率情況見圖1，裂解產物中汽油、柴油、燃料油的收率情況見圖2，裂解液相產物中苯、甲苯、二甲苯的收率情況見圖3。其中，雙烯指乙烯和丙烯，三烯指乙烯、丙烯、1,3-丁二烯，下同。

圖1 加氫裂化尾油主要裂解產物的收率

圖2 加氫裂化尾油裂解產物中汽油、柴油、燃料油的收率

圖3 加氫裂化尾油裂解產物中苯、甲苯、二甲苯的收率

從圖1～圖3 可以看出，加氫裂化尾油的最佳裂解溫度為810 ℃。此時，三烯收率最高，二甲苯及甲苯收率也較高；溫度高于810 ℃時，甲苯和二甲苯的收率呈現下降趨勢。

2.2 化工輕油裂解性能評價

本實驗在停留時間為0.205 s、出口壓力為0.085 MPa、水油質量比為0.65 的條件下，在實驗室蒸汽熱裂解裝置中分別進行裂解溫度為790 ℃、800 ℃、810 ℃、820 ℃、830 ℃下化工輕油裂解性能評價試驗，主要裂解產物的收率情況見圖4，裂解產物中汽油、柴油、燃料油的收率情況見圖5，裂解液相產物中苯、甲苯、二甲苯的收率情況見圖6。

圖4 化工輕油主要裂解產物的收率

圖5 化工輕油裂解產物中汽油、柴油、燃料油的收率

圖6 化工輕油裂解液相產物中苯、甲苯、二甲苯的收率

從圖4～圖6 可以看出，化工輕油在810 ℃時，三烯收率最大，其最佳裂解溫度為810 ℃。

2.3 加氫裂化尾油與化工輕油共裂解性能評價

由于加氫裂化尾油與化工輕油各自單獨裂解時確定的最佳裂解溫度同為810 ℃，為了考察加氫裂化尾油與化工輕油的混合共裂解性能，確定其共裂解條件為：裂解溫度為810 ℃、稀釋比為0.65、橫跨溫度為550 ℃。并把在此裂解條件下得到的產品收率作為基準，兩種油品在不同混合比例得到的實際評價結果作為試驗值，按混合比例計算得到的數據作為理論值，進行試驗值與理論值比較。化工輕油與加氫裂化尾油共裂解性能曲線見圖7。

圖7 化工輕油與加氫裂化尾油共裂解性能曲線

從圖7 中可看出，當化工輕油混合比例≥50%時，即以化工輕油為主料，將加氫裂化尾油向化工輕油中混合時，共裂解產物中三烯收率明顯低于理論值；而當化工輕油摻煉比＜50%時，即以加氫裂化尾油為主料，將化工輕油向尾油摻煉時，共裂解得到的雙烯、三烯收率則略低于或基本與理論值一致，說明兩種油品應以化工輕油向加氫裂化尾油中摻煉方式為主，并且在化工輕油摻煉比例為20%～30%時，共裂解效果最好。兩種油品混合共裂解時得到的雙烯、三烯收率曲線位于理論值曲線下方，說明化工輕油與加氫裂化尾油混合共裂解效果沒有單獨裂解效果好。

2.4 加氫裂化尾油與化工輕油共裂解經濟性評價

采用數學計算模型，用線性規劃方法，根據乙烯裝置各加工單元及整個裝置的經濟技術指標，搭建乙烯裝置經濟評價模型。為使模擬裂解試驗條件符合工廠裂解爐裝置運行情況，在經濟效益計算模型中增加了乙烷、丙烷循環裂解、裂解汽油加氫以及芳烴裂解等裝置。經濟效益以邊際利潤表示，具體計算方式采用產品銷售收入減去原料成本和加工費。

兩種油品在不同的混合比例條件下共裂解經濟評價曲線見圖8。

圖8 化工輕油與尾油共裂解經濟評價曲線

從圖8 可看出，當化工輕油的摻煉比＜40%時，兩種油品共裂解產生的經濟效益高于同比例條件下共裂解的理論值，并且在摻煉比為20%時，兩種油品共裂解產生的經濟效益最佳，說明兩種油品在適當的摻煉比例條件下，可以進行混合共裂解。

3 結論

（1）近年來，乙烯原料來源逐漸多樣化，但乙烯裝置仍存在乙烯原料短缺的瓶頸問題。充分挖掘不同原料共裂解將是解決乙烯原料短缺和提高經濟效益的新途徑。

（2）加氫裂化尾油與化工輕油可以共裂解，在停留時間為0.205 s、出口壓力為0.085 MPa、水油質量比為0.65 的條件下，共裂解的最佳裂解溫度為810 ℃。

（3）化工輕油與加氫裂化尾油共裂解時，應采用化工輕油向加氫裂化尾油中摻煉方式進行，化工輕油合適的摻煉比例應小于40%，其中最佳摻煉比為20%。