轻柴油和加氢尾油共裂解降低柴汽比的技术分析

许江 杨利斌 程中克 王小强 景媛媛 常桂祖

中国石油兰州化工研究中心

随着近年来我国经济结构的不断转型，柴油需求于2015年达到峰值后已逐步降低，而高品质汽油需求持续增长，柴汽比逐年下降已成必然趋势，并且会持续很长一段时间，预计2020年降至1.3，2030年降至1.1左右。因此，炼化产品结构优化、降低柴汽比既是“十三五”期间炼化行业满足市场需求、社会需求、提质增效的重要手段，也是推动炼化企业高效、可持续发展的有效措施[1-3]。降低柴汽比主要从增产汽油、减产柴油、优化利用或消化柴油资源等几个方面考虑。增产汽油措施包括优化炼油装置、增加烷基化油、增大异构化规模、提高催化裂化负荷等；减产柴油措施包括改进生产工艺、增大催化柴油等劣质柴油加氢裂化规模、增加柴油出口和鼓励柴油销售、利用油品价格杠杆等；而在优化利用或消化柴油资源方面，以轻柴油部分替代直馏石脑油用作乙烯裂解的原料可作为炼化一体化企业降低柴汽比的重要途径之一[4-5]。

与常用乙烯原料石脑油相比，轻柴油裂解气相中乙烯、丙烯等收率低，裂解液相中重质组分较多，裂解炉运行周期短；近年来，加氢尾油作为乙烯原料的投入量大幅度增加，已成为裂解原料结构优化、企业增效的重要选择[6-7]，但加氢尾油流动性差，环境温度较低时易结块，从而影响装置运行的稳定性。因此，考虑将轻柴油混入加氢尾油中进行共裂解，本研究通过开展多种轻柴油、加氢尾油的实验室裂解性能评价试验，结合在工业USC裂解炉上进行的轻柴油和加氢尾油的多批次共裂解标定试验，对轻柴油、加氢尾油的裂解产物收率变化趋势以及利用共裂解降低柴汽比的技术可行性和经济合理性进行分析。

1 试验部分

1.1 试验设备与方法

原料裂解性能评价试验在美国KBR公司制造的实验室蒸汽裂解评价装置上开展，装置包括进料、加热、反应、急冷回收、计量等系统，模块化设计、精确计量以及稳定运行使其具备原料适应性强、重复性能好、可模拟管式裂解炉等特点[8]。裂解性能评价试验稳定时间为2 h，高温裂解气在经循环裂解气急冷、旋风分离、3次冷却分离后，由气相色谱仪进行在线分析，裂解液相经油水分离后称重计量，试验数据用装置附带的专用软件进行计算和处理。

工业标定试验稳定时间为2 h，其试验装置流程如图1所示，从裂解炉第一急冷器之后、第二急冷器之前的连接管处(此处裂解产物温度已降至约500 ℃)引出裂解产物进入工业标定装置，经第一、二冷凝器(水冷却)将其中大部分液相冷凝收集后，再经冷阱进一步冷却分离出其中的轻油和水，未凝裂解气(即气相产物)经取样进行全组分分析、体积计量后放空[9]，将两个收集瓶和冷阱中的液相统一收集后进行水油分离，计量水相和油相质量。为保证液相组分完全冷凝，该冷阱温度控制在-2～0 ℃，试验过程中用冰盐水作制冷剂。试验所用分析设备如表1所列。

表1 乙烯裂解原料及裂解产物分析仪器Table 1 Analysis instruments of ethylene pyrolysis feedstocks and products仪器名称 型号使用标准生产厂家用途密度仪DMA4500型 ASTM D4052奥地利安东帕测定原料密度高速炼厂气分析仪6890N型ASTM D2163荷兰AC公司测定循环乙烷、液化气原料组成及其裂解气组分含量PIONA分析仪6890N型ASTM D6839荷兰AC公司分析原料油品族组成馏程测定仪NDI440型ASTM D86美国Agilent测定原料油品馏程详细烃分析仪7890型ASTM D6729荷兰AC公司分析油品单体烃红外气体分析仪1440型在线分析英国Servomex分析烧焦气中CO和CO2

1.2 试验原料及物性分析

实验室裂解评价试验所用的4种原料为北疆轻柴油、长庆轻柴油、吐哈轻柴油和独山子加氢尾油，工业裂解标定试验所用原料按不同混合比例将其分别标记为轻柴油&加氢尾油1#(混合比例2∶5)和2#(混合比例1∶3)，原料物性分析数据如表2所列。从表2可以看出，3种轻柴油密度、特性因数以及体积平均沸点均较为接近，物性差异主要体现在北疆轻柴油的芳烃指数略高，其芳香性更强；长庆轻柴油比其他两种轻柴油初馏点低约20 ℃，10%馏出温度低10 ℃以上，表明长庆轻柴油轻质组分含量更高；独山子加氢尾油在常温常压下为固态、较黏稠、难挥发，在32 ℃时逐渐融化为液态，采用称量法测得其在20 ℃时的密度为0.819 8 g/cm3，加热融化后测得其在37 ℃时密度为0.809 0 g/cm3。工业裂解标定试验所用原料中，轻柴油&加氢尾油1#密度大、体积平均沸点高，比轻柴油&加氢尾油2#初馏点高180 ℃(已达321 ℃)，10%～30%、50%～90%馏出温度至少高78 ℃、40 ℃，但终馏点低10 ℃，说明轻柴油&加氢尾油2#馏程范围更宽，碳数分布更广，且原料中轻质组分居多。

表2 裂解原料物性数据Table 2 Physical property data of pyrolysis feedstocks项目实验室裂解评价试验原料工业裂解炉标定试验原料北疆轻柴油长庆轻柴油吐哈轻柴油轻柴油&加氢尾油1#轻柴油&加氢尾油2#密度(20 ℃)/(g·cm-3)0.803 40.801 20.802 60.845 00.826 0芳烃指数(BMCI)23.9122.8722.6617.2116.45特性因数(K)11.9612.0112.0112.6712.57体积平均沸点/℃223.70223.28227.72404.98339.54馏程/℃IBP86.864.989.0321.0141.810%(φ)201.8191.5207.8352.5250.930%(φ)212.2212.9217.0374.6296.450%(φ)221.7223.6225.8395.6332.570%(φ)232.8236.2236.5428.6373.590%(φ)247.8252.2251.5473.6435.6FBP261.9266.7265.3501.5515.0

2 结果与讨论

2.1 轻柴油和加氢尾油实验室裂解性能研究

在实验室裂解评价装置上分别进行了停留时间为100 ms、水油质量比0.65、裂解温度890 ℃的北疆、长庆、吐哈轻柴油的裂解试验，以及水油质量比为0.75、裂解温度830 ℃的独山子加氢尾油的裂解试验，其裂解产物收率比较结果如图2所示。

2.2 轻柴油&加氢尾油在不同裂解炉出口温度下的共裂解标定试验研究

为了考察轻柴油和加氢尾油在工业裂解炉共裂解的产物分布情况，在USC裂解炉上进行了裂解炉出口温度(co-pyrolysis outlet temperature，以下简称COT)分别在835 ℃、838 ℃、841 ℃下的轻柴油&加氢尾油1#共裂解标定试验，裂解炉运行工况为原料进料速率12 t/h、裂解炉入口压力0.31 MPa、操作设置水油比0.80，其主要产物收率比较结果如图3所示。

2.3 不同混合比例的轻柴油&加氢尾油的工业共裂解标定试验研究

为了考察不同混合比例、不同物性的轻柴油和加氢尾油在工业裂解炉进行共裂解的产物分布情况，在USC裂解炉上还进行了轻柴油&加氢尾油2#共裂解标定试验，裂解炉运行工况为原料进料速率24 t/h、COT为835～841 ℃、裂解炉入口压力0.31 MPa、操作设置水油比0.80，其与轻柴油&加氢尾油1#共裂解产物收率比较结果如图4所示。

3 结 论

(1) 降低柴汽比是炼化企业满足市场和社会需求、提质增效、可持续发展的有效措施。优化利用或消耗柴油资源可在一定程度上降低柴汽比，而加氢尾油已成为乙烯裂解原料结构优化的重要选择，轻柴油混入加氢尾油中进行共裂解可作为炼化一体化企业降低柴汽比的重要途径之一。

(3) 由多批次轻柴油与加氢尾油共裂解工业标定试验可知，轻柴油与加氢尾油的比例为2∶5，原料在COT为835 ℃时的裂解乙烯、丙烯、三烯收率已分别达到31.48%、15.29%和53.05%；同时，不同物性的轻柴油与加氢尾油之比为1∶3、在841 ℃下共裂解低碳烯烃收率更高，即利用轻柴油与加氢尾油共裂解降低柴汽比技术可行、经济合理。