蓬莱与达里亚减压馏分的催化裂化反应规律

苑少军，任天华，王梦瑶，周嘉文

(1.中国海油炼化有限责任公司惠州分公司，广东 惠州 516086；2.中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室)

蓬莱与达里亚减压馏分的催化裂化反应规律

苑少军1，任天华2，王梦瑶2，周嘉文2

(1.中国海油炼化有限责任公司惠州分公司，广东 惠州 516086；2.中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室)

利用小型固定流化床实验装置考察了蓬莱与达里亚减压馏分(VGO)的催化裂化反应性能，研究了反应温度、剂油比、空速和水油比对产物分布的影响。结果表明：轻油收率随反应温度与剂油比的减小以及空速与水油比的增大而增大；在反应温度500 ℃、剂油质量比6、质量空速20 h-1和水油质量比0.08的工业操作条件下，蓬莱VGO的转化率为92.18%，轻油收率为62.62%，总液体收率为81.71%，达里亚VGO的转化率为94.14%，轻油收率为64.14%，总液体收率为82.63%；在反应温度490 ℃、剂油质量比5、质量空速25 h-1和水油质量比0.10的较优操作条件下，蓬莱VGO的转化率为91.98%，轻油收率为66.54%，总液体收率为84.09%，达里亚VGO的转化率为93.59%，轻油收率为70.98%，总液体收率为84.86%。总体来说，达里亚VGO的裂化性能优于蓬莱VGO。

催化裂化 减压馏分 反应规律

随着汽油、柴油等轻质油品需求的增长，以及原油重质化、劣质化趋势的加剧，加工重质、劣质原油来生产清洁燃料或高附加值石化产品对炼油工业具有重要意义[1]。重质劣质原油中，高酸原油产量增长迅速，2014年我国高酸原油产量约为57.0 Mt/a，占原油总产量的30%左右[2]。虽然高酸原油加工困难，但供应充足，价格低，因而加工高酸原油是我国炼油企业控制成本的重要手段之一[3]。蓬莱原油是我国渤海油田所产的典型高酸低硫重质原油。蓬莱原油和达里亚原油均是中国海油炼化有限责任公司惠州分公司(简称惠州炼化)加工的典型原油。

赵锁奇等[4-5]发明了一种重油加工组合工艺，可提升重油加工深度与轻质油收率。王晓红等[6]开发了溶剂脱沥青-重油催化裂化组合加工工艺，可改善产品质量。为提升重油的加工深度，实现减压渣油资源的高效利用与多产轻质油的目标，中国石油大学开发了以重油梯级分离为龙头的组合加工工艺。重油梯级分离[7-9]是在超临界条件下，以小分子烷烃为溶剂对重质油进行萃取分馏[10]，实现脱沥青油和脱油沥青的分离。以重油梯级分离为先导，利用催化裂化加工减压馏分(VGO)、减压渣油的轻脱沥青油(LDAO)是提高轻油收率的有效途径。有研究表明，催化裂化产物分布随原料性质的不同而变化[11]，高浩华等[12]研究了重油中不同馏程范围馏分的裂化性能，同样发现原料性质影响裂化产物分布。

为配合惠州炼化重油梯级分离组合加工方案的开发，本研究针对惠州炼化催化裂化装置的两种典型原料(蓬莱VGO与达里亚VGO)，考察反应温度、剂油比、空速、水油比等操作条件对裂化产物分布的影响，为组合加工工艺的开发以及催化裂化装置的优化操作提供数据支持。

1 实 验

1.1 原料和催化剂

实验原料为蓬莱VGO与达里亚VGO，其基本性质见表1。实验所用催化剂为惠州炼化的催化裂化平衡催化剂，其性质见表2。

1.2 实验装置

催化裂化实验采用如图1所示的小型固定流化床装置。将一定量的平衡催化剂装入反应器内，用平流泵将蒸馏水打入蒸汽炉加热为过热水蒸气，经预热炉预热后进入反应器，从插入反应器底部的进料管高速喷出，然后反吹上升使催化剂处于流化状态。当反应器加热到预定温度时，原料油由双柱塞泵泵入，由水蒸气夹带经过预热炉后进入反应器，从反应器底部的进料管高速喷出，与流化的催化剂接触反应。裂化反应后的油气经两级冷凝分离出液体和气体，液体产物用分液漏斗分出有机相和水相，有机相称重后取样分析；裂化气体用排饱和食盐水集气法收集，得出气体体积，并用气袋取样分析。

表1 蓬莱VGO与达里亚VGO的性质

表2 催化裂化平衡催化剂的性质

图1 小型固定流化床催化裂化实验装置流程示意1—恒温箱； 2—蒸汽炉； 3—原料油； 4—电子天平； 5—进油泵； 6—贮水瓶； 7—进水泵； 8—预热炉； 9—加热炉； 10—反应器； 11—热电偶； 12—催化剂进出口； 13—过滤器； 14—冷凝器； 15—液体产物收集器； 16—集气瓶； 17—接水器； 18—气袋

1.3 产物分析

收集的裂化气体通过Agilent 6890炼厂气分析仪进行气相色谱分析，可得到各组分的体积百分组成，然后根据理想气态方程求得裂化气各组分的质量分数。收集的液体产物通过Agilent 6890N型气相色谱仪进行模拟蒸馏，其中小于200 ℃馏分为汽油，200～350 ℃馏分为柴油，大于350 ℃馏分为重油，得到汽油、柴油和重油的质量分数。采用HWF-900高频红外碳硫分析仪测定反应后沉积在催化剂表面上的炭含量。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对产物分布的影响

在剂油质量比6、质量空速20 h-1、水油质量比0.08的操作条件下，在反应温度490～510 ℃的范围内考察蓬莱VGO与达里亚VGO的催化裂化反应性能，结果见表3。由表3可见：两种VGO的转化率均在91%以上，反应温度对其影响不大，且达里亚VGO的转化率略大于蓬莱VGO的转化率；随反应温度的升高，干气、液化气和焦炭收率均呈增大趋势，汽油收率呈减小趋势，柴油收率变化不大；达里亚VGO的残炭较高，致使其焦炭收率比蓬莱VGO的略高；随反应温度的升高，两种原料的总液体收率均减小，轻油收率均增大，且达里亚VGO的总液体收率和轻油收率高于蓬莱VGO的总液体收率和轻油收率。从多产轻油的角度考虑，较低的反应温度有利。

表3 反应温度对VGO催化裂化转化率和产物分布的影响

2.2 剂油比对产物分布的影响

在反应温度500 ℃、质量空速20 h-1、水油质量比0.08的操作条件下，在剂油质量比5～7范围内考察蓬莱VGO与达里亚VGO的催化裂化反应性能，结果见表4。剂油比增大意味着单位原料接触到的催化剂量增多，催化裂化反应加剧。由表4可见：两种VGO的转化率均在90%以上，剂油比对其影响不大，达里亚VGO的转化率略大于蓬莱VGO的转化率；随剂油比的增大，干气、液化气和焦炭收率表现出增大趋势，汽油收率变化不大，柴油收率呈减小趋势；蓬莱VGO的总液体收率变化不大，达里亚VGO的总液体收率呈下降趋势；两种原料的轻油收率均呈下降趋势；达里亚VGO的总液体收率和轻油收率高于蓬莱VGO的总液体收率和轻油收率。从多产轻油的角度考虑，较低的剂油比有利。

表4 剂油比对VGO催化裂化转化率和产物分布的影响

2.3 空速对产物分布的影响

在反应温度500 ℃、剂油质量比6、水油质量比0.08的操作条件下，在质量空速15～25 h-1的范围内考察蓬莱VGO与达里亚VGO的催化裂化反应性能，结果见表5。空速的增加意味着原料油与催化剂接触时间缩短，降低了裂化反应深度以及二次裂化反应的可能性。由表5可见：两种VGO的转化率均在92%以上，空速对其影响不大，达里亚VGO的转化率略大于蓬莱VGO的转化率；随空速的增大，干气和汽油收率表现出增加趋势，液化气和焦炭收率呈减小趋势，柴油收率变化不大；两种原料的总液体收率和轻油收率总体呈增加趋势，达里亚VGO的总液体收率和轻油收率高于蓬莱原油的总液体收率和轻油收率。从多产轻油的角度考虑，较高的空速有利。

表5 空速对VGO催化裂化转化率和产物分布的影响

2.4 水油比对产物分布的影响

在反应温度500 ℃、剂油质量比6、质量空速20 h-1的操作条件下，在水油质量比0.06～0.10范围内考察蓬莱VGO与达里亚VGO的催化裂化反应性能，结果见表6。水油比增大可降低反应体系的烃分压，有利于裂化反应的进行。由表6可见：两种VGO的转化率均在92%以上，水油比对其影响不大，达里亚VGO的转化率略大于蓬莱VGO的转化率；随水油比的增大，干气、液化气和焦炭收率均表现出减小趋势，汽油和柴油收率呈增大趋势，两种原料的总液体收率和轻油收率总体呈增大趋势。从多产轻油的角度考虑，较大的水油比有利。

表6 水油比对VGO催化裂化转化率和产物分布的影响

2.5 蓬莱VGO与达里亚VGO裂化性能对比

在反应温度500 ℃、剂油质量比6、质量空速20 h-1、水油质量比0.08的工业操作条件下，对比蓬莱VGO与达里亚VGO的催化裂化反应性能，结果见表7。由表7可见：相比于蓬莱VGO，达里亚VGO的干气与液化气收率较低，汽油与焦炭收率较高，二者的柴油收率相近；达里亚VGO的转化率高1.96百分点，总液体收率高0.92百分点，轻油收率高1.52百分点。

表7 工业操作条件下VGO的催化裂化转化率和产物分布

在反应温度490 ℃、剂油质量比5、质量空速25 h-1、水油质量比0.10的较优操作条件下，对比蓬莱VGO与达里亚VGO的催化裂化反应性能，结果见表8。由表8可见：相比于蓬莱VGO，达里亚VGO的干气与液化气收率较低，汽油与焦炭收率较高，二者的柴油收率相近；达里亚VGO的转化率高1.61百分点，总液体收率高0.77百分点，轻油收率高4.44百分点。相比于工业操作条件，在优化的操作条件下，蓬莱VGO的总液体收率增加2.38百分点，轻油收率增加3.92百分点；达里亚VGO的总液体收率增加2.23百分点，轻油收率增加6.84百分点。

表8 优化操作条件下VGO的催化裂化转化率和产物分布

3 结 论

(1) 对于蓬莱VGO与达里亚VGO的催化裂化反应，干气收率随反应温度、剂油比和空速的增大以及水油比的减小而增大；液化气和焦炭收率均随反应温度与剂油比的增大以及空速和水油比的减小而增大；汽油收率随反应温度的降低以及空速和水油比的增大而增大，剂油比对其影响不大；柴油收率随剂油比的减小和水油比的增大而增大，反应温度与空速对其影响不大。轻油收率随反应温度与剂油比的减小以及空速与水油比的增大而增大。适当降低反应温度与剂油比，以及增大空速和水油比，能够提高轻油收率。

(2) 在反应温度500 ℃、剂油质量比6、质量空速20 h-1和水油质量比0.08的工业操作条件下，蓬莱VGO的转化率为92.18%，轻油收率为62.62%，总液体收率为81.71%；达里亚VGO的转化率为94.14%，轻油收率为64.14%，总液体收率为82.63%。

(3) 在反应温度490 ℃、剂油质量比5、质量空速25 h-1和水油质量比0.10的较优操作条件下，蓬莱VGO的转化率为91.98%，轻油收率为66.54%，总液体收率为84.09%；达里亚VGO的转化率为93.59%，轻油收率为70.98%，总液体收率为84.86%。

(4) 达里亚VGO的裂化性能优于蓬莱VGO。

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CATALYTIC CRACKING PERFORMANCE OF PENGLAI AND DALIYA VACUUM GAS OILS

Yuan Shaojun1， Ren Tianhua2， Wang Mengyao2， Zhou Jiawen2

(1.CNOOCOil&PetrochemicalsCo.Ltd.，Huizhou，Guangdong516086； 2.StateKeyLaboratoryofHeavyOilProcessing，ChinaUniversityofPetroleum(Beijing))

The catalytic cracking performance of Penglai and Daliya vacuum gas oils (VGO) was investigated in a fixed fluidized bed. The influence of reaction temperature (T)， catalyst to oil weight ratio (C/O)， weight hourly space velocity (WHSV) and steam to oil weight ratio (S/O) on the distribution of the cracking products was studied. The yield of light oils increases with decreased reaction temperature and C/O and with increased WHSV and S/O. At the industrial operating conditions (T=500 ℃， C/O=6， WHSV=20 h-1， S/O=0.08)， the conversion， light oil yield and total liquid yield of Penglai VGO reach 92.18%， 62.62% and 81.71%， respectively， and those of Daliya VGO are 94.14%， 64.14% and 82.63%， respectively. At the optimal operating conditions (T=490 ℃， C/O=5， WHSV=25 h-1， S/O=0.10)， the conversion， light oil yield and total liquid yield of Penglai VGO is up to 91.98%， 66.54% and 84.09%， respectively， and those of Daliya VGO are 93.59%， 70.98% and 84.86%， respectively. It is concluded that the cracking performance of Daliya VGO is better than that of Penglai VGO.

catalytic cracking； vacuum gas oil； reaction performance

2015-05-12； 修改稿收到日期： 2015-07-23。

苑少军，硕士，高级工程师，从事石油化工技术管理工作。

苑少军，E-mail：yuanshj@cnooc.com.cn。

中国海洋石油总公司项目(CNOOC-KJ125ZDXM15-LH006LH12)、国家重点基础研究发展计划项目(2012CB215001)与教育部新世纪优秀人才项目(NCET-12-0970)。