减压蜡油加氢裂化产品性质的预测

曹均丰，郝文月，刘 昶，杜艳泽（中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）



减压蜡油加氢裂化产品性质的预测

曹均丰，郝文月，刘 昶，杜艳泽
（中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

摘要：通过改变灵活型催化剂床层的液时体积空速，同时采用提高灵活型催化剂床层反应温度的方法，保证了转化率。以加氢裂化催化剂的产品数学模型关联式为基础，对轻石正构烷烃含量、轻石异构烃加环烷烃含量、重石芳潜、喷气燃料芳烃、喷气燃料烟点、柴油凝点、柴油十六烷指数、柴油十六烷值、尾油BMCI（芳烃关联指数）值、尾油凝点等加氢裂化催化剂产品性质进行预测。通过试验值和拟合值的对比，发现试验值和拟合值间相互吻合得较好，预测误差均在5%以内，对加氢裂化催化剂实验产品性质的预测结果较好，在工业应用方面具有一定应用价值。

关键词：减压蜡油；加氢裂化；产品性质；数学模型

在原油的二次加工技术中，馏分油加氢裂化技术具有生产操作和产品方案灵活性较大、原料适应能力强、加氢裂化产品质量好等特点，能够将各种劣质原料直接转化为市场需要的柴油、喷气燃料、润滑油基础料以及尾油蒸汽裂解制乙烯原料和化工石脑油等，在全厂生产流程中起到产品质量和产品分布调节器的作用，是“油-化-纤”结合的核心，已成为石油化学工业和现代炼油工业中最重要的重油和劣质油加工工艺之一。加氢裂化产品性质的特点有∶ 非烃化合物极少，饱和度高，正构烃含量低，安定性好；低温流动性好；液体产品收率较高，对添加剂的感受性敏感；气体产率较低，特别是C1和C2分子烃产量少［1］。对加氢裂化工艺产品性质的预测具有重要的意义。本研究是在加氢试验装置上，以灵活型加氢裂化催化剂的运转数据为基础，在保证转化率不变的条件下，分别建立其产品性质与裂解空速的关联模型，实现对灵活型加氢裂化催化剂产品性质的预测［2］。

1　实验部分

1.1原料油及实验装置

1.1.1原料油及催化剂

采用伊朗减压蜡油（简称VGO）作为本次实验所用原料油，原料油性质见表 1。该原料油是一种初馏点、干点、密度、硫含量、氮含量及烃类组成等性质均相对较为理想的加氢裂化原料［3］。

本实验所选用的加氢催化剂均为中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院（FRIPP） 自主研发的灵活型加氢裂化催化剂。该灵活型加氢裂化催化剂以Y 型分子筛为催化剂的酸性组分，分子筛含量适中，活性组分为W-Ni，其加氢裂化性能适中。

1.1.2实验装置

本实验选用FRIPP的单段串联固定床中型加氢裂化试验装置进行，其工艺流程见文献［3］，由 DCS集散控制系统对各工艺参数进行精确控制。

表1　伊朗VGO 性质Table 1　Properties of Iranian VGO

为防止催化剂在反应过程中冲刷和磨损下来的小颗粒进入管线而堵塞管道，为保证气液物流分布均匀和支撑催化剂床层，将不同形状和大小的惰性颗粒（如瓷环、瓷球等）分别按照形状的大小自上而下分别装入反应器顶部和反应器底部。试验氢是纯度大于 99.9%的氧体积分数＜5 μL/L的经过高压加氢脱氧和硅胶-分子筛脱水净化的电解氢。

1.2加氢裂化实验产品性质

加氢裂化过程受氢分压、反应温度、反应空速、氢油体积比、产品切割方案等因素影响。本实验为在加氢裂化产品切割方案、氢分压、氢油体积比均一致的情况下，采用改变反应空速和反应温度的方法进行试验。

本实验的试验装置工艺流程为原料油与氢气在进反应前混合，然后依次进入加氢精制反应器和加氢裂化反应器，最后经分离得到加氢裂化产品。在反应系统压力为14.7 MPa，精制段氢油体积比为900和裂化段氢油体积比为1 200，控制原料油经过加氢精制催化剂床层反应后的精制油氮含量小于5 µg/g等条件下，通过调节反应温度的方法，使不同空速时达到相同的转化率，以保证转化率均维持在70%不变。本实验为在0.6，0.9，1.2，1.5，1.8，1.2 h-1的空速下，得出灵活型加氢裂化催化剂的产品性质，如表2所示。

表 2中轻石脑油正构烷烃、轻石脑油异构+环状烃、喷气燃料芳烃、柴油十六烷值、尾油凝点均由试验测得，其它的重石脑油芳潜、喷气燃料烟点、柴油凝点、柴油十六烷指数、柴油十六烷值、尾油BMCI值分［4］，分别由下式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）计算得到。

表2　不同空速下灵活型加氢裂化催化剂的加氢裂化产品性质Table 2　Hydrocracking product properties of different LVSH flexible type catalyst

式中的苯潜含量、甲苯潜含量、C8芳烃潜含量、C9芳烃潜含量、C10芳烃潜含量均可以由试验测得［5］。

式中T为柴油50%馏出温度（℃），V为柴油在20 ℃时的体积。

式中的平均偏差为正负3。

式中Tv为体积平均沸点，可由式（7）计算得到，式（7）中的T10、T30、T50、T70和T90为恩氏蒸馏中10%、30%、50%、70%和90%的蒸出量。d15.6可查表获得，也可以由公式计算得到。

由表2可见，随着空速的增大，原料油经过灵活型加氢裂化催化剂进行加氢裂化反应后的产品性质为轻石脑油正构烷烃含量增加，轻石脑油异构+环烷烃含量减少，重石脑油芳潜显著降低，喷气燃料烟点下降，喷气燃料芳烃显著增加，柴油凝点、柴油十六烷指数和尾油凝点的改变不明显，柴油十六烷值有所增加，尾油BMCI值略有增加。这与适宜的催化剂裂解活性和加氢裂化催化剂的加氢活性有关。

2　灵活型加氢裂化催化剂产品性质预测

2.1产品性质的预测方法与讨论

本文采用matlab软件进行编程后，采用表2中的空速数据进行了对灵活型加氢裂化催化剂产品性质的预测，其预测后得出的数学计算关联式见表 3所示，关联计算公式的偏差由表3中的系数（R2）表示。

由表3可见，采用这些数学计算关联式实现了对灵活型裂化剂在不同空速条件下产品性质的预测，如重石脑油芳潜、轻石脑油的异构烃含量、柴油的十六烷指数、喷气燃料的烟点和尾油的 BMCI值等。从本文建立的预测效果来看，对重石芳潜和航煤烟点的预测效果更好一些，关联的偏差分别为0.999 7和0.998 5。而对于其他产品性质的预测效果相对较差，关联的偏差介于0.934 2～0.992 5之间，但预测后的误差均在 5%以内，对灵活型加氢裂化催化剂产品性质的预测效果均较好。预测各数学模型关联式的R2均在95% 以上，模型的关联精度较高［6］。

2.2产品性质的预测结果与讨论

本文采用表2中得到的不同空速下的灵活型加氢裂化催化剂产品性质的数学计算关联式与试验得出的实际灵活型加氢裂化催化剂产品性质进行了对比，对比结果如图1—图4所示。

表3　灵活型加氢裂化催化剂的加氢裂化产品与空速的关系Table 3　Relation of hydrocracking product properties to LVSH

图1　轻石脑油正构烷烃与空速的关系Fig.1 Relation of light naphthan-alkanes and LVSH

图2　轻石脑油异构+环状烃与空速的关系Fig.2 Relation of light naphthaisomerism+annularity and LVSH

图3　柴油十六烷值与空速的关系Fig.3 Relation of dieselcetane number and LVSH

图4　尾油BMCI值与空速的关系Fig.4 Relation of tail oil BMCI and LVSH

从图1—图4中可以看出，图1和图2中的灵活型加氢裂化催化剂产品性质的数学计算关联式与试验得出的实际灵活型加氢裂化催化剂产品性质的趋势曲线基本吻合，预测效果较好。图3和图4中的灵活型加氢裂化催化剂产品性质的数学计算关联式与试验得出的实际灵活型加氢裂化催化剂产品性质曲线吻合效果较差，这可能是由于试验中的一些不定性因素，如分析过程、切割过程和试验过程所引起的。但是预测曲线的总体趋势与试验实际趋势的吻合效果相对较好，可以在本实验范围内，为今后的产品性质预测所使用。

3　结 论

（1）选用灵活型加氢裂化催化剂的实验数据，建立了灵活型加氢裂化催化剂的加氢裂化空速与加氢裂化产品性质的数学模型关联式。在本文中的实验条件范围内，各数学模型关联式的 R2均在 95%以上，模型的关联精度较高，可以预测灵活型加氢裂化催化剂在不同空速下的加氢裂化产品性质。

（2）通过对比灵活型加氢裂化催化剂产品性质的数学计算关联式与试验得出的实际灵活型加氢裂化催化剂产品性质的趋势曲线后，可以看出本实验所选用的数学模型关联式对加氢裂化催化剂实验的产品性质预测结果较好，进一步证明了本实验所选用的数学模型关联式对加氢裂化催化剂实验的产品性质预测结果较好。

参考文献：

［1］方向晨.加氢裂化 ［M］.北京：中国石化出版社，2004∶ 325-326．［2］韩崇仁.加氢裂化工艺与工程［M］.北京：中国石化出版社，2008∶36-38．

［3］HanLongnian，FangXiangchen，PengChong，etal.Application of Discrete Lumped Kimetic Modeling on Vacuum Gas Oil Hydrocracking［J］.China Petroleum Processing Petrochemical Technology，2013，15（2）∶67-73.

［4］林世雄.石油炼制工程［M］.北京：石油工业出版社，2000∶ 65-66．［5］高步良.高辛烷值汽油组分生成技术［M］.北京：中国石化出版社，2006∶ 131．

［6］韩崇仁.加氢裂化工艺与工程［M］． 北京∶ 中国石化出版社，2001∶325-326．

Prediction for Properties of VGO Hydrocracking Products

CAOJun-feng，HAO Wen-yue，LIU Chang，DU Yan-zhe
（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals，Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract：In this paper，LVSHs of different catalysts were obtained according to the mathematic correlations of flexible type catalyst and the x-lumping kinetic model.The conversion was guaranteed by increasing the temperature of cracking stage.Forecasts for the properties of hydrocracking products were realized such as paraffin content in light naphtha，content of isoparaffin&cycloparaffin in light naphtha，aromatics potential of heavy naphtha，smoke point & aromatics of jet fuel，condensation point of diesel，cetane index of diesel，cetane number of diesel，condensation point of tail oil，BMCI of yail oil，and so on.Experimental value coincides with the fitted value.Product property was properly forecasted by readjusting some parameters.All the forecast errors are less than 5%，which makes it usable in industry.

Key words：VGO；Hydrocracking；Products property；Mathematic model

中图分类号：TE 624

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）01-0027-04

收稿日期：2015-12-01

作者简介：曹均丰（1982-），男，辽宁抚顺人，助理工程师，硕士学位，2011年毕业于辽宁石油化工大学化学工艺专业，研究方向：加氢裂化。E-mail：caojunfeng.fshy@sinopec.com。