降低焦炭塔操作压力对焦化过程的影响

黄新龙，王宝石，李晋楼，王洪彬，李出和

(1.中石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心，河南 洛阳 471003；2.中国石化工程建设有限公司)

延迟焦化因工艺成熟、原料适应性强、装置投资低等特点[1]，备受炼油企业重视。近年来，我国延迟焦化加工能力增长快，技术进步也较快。近十几年的快速发展，尽管在提高加热炉出口温度、降低焦炭塔操作压力、降低循环比、缩短生焦周期、安全与联锁控制、保护环境等方面与国外技术相比还有一定差距[2-3]，但这种差距正在缩小或超越。

据文献[4]报道，焦炭塔的压力每降低0.05 MPa，液体产品的收率平均增加1.3百分点，焦炭产率降低1.0百分点。因此国外公司开发的延迟焦化技术基本采用了低压操作，以Conoco Phillips公司的技术为代表的操作压力最低仅为0.105 MPa，而国内设计的焦化装置操作压力较高，一般为0.17 MPa左右，但有的焦化装置操作压力已降到了0.145 MPa左右，目前降低焦炭塔的操作压力主要受到工程技术的限制。本研究以劣质重油为原料，重点考察焦炭塔操作压力对延迟焦化过程的影响。

1 实 验

1.1 试验装置

中型试验是在中石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心(简称SEGR)开发的LYDC-Ⅴ型减黏裂化-延迟焦化-连续蒸馏一体化试验装置上进行的，其焦化工艺的原则流程见图1。

图1 延迟焦化中试装置工艺流程示意

1.2 原料性质

表1为试验所用劣质重油的性质。由表1可知，焦化进料的性质较差，密度(20 ℃)超过1 000 kgm3，运动黏度(100 ℃)高达2 848 mm2s，残炭和C7不溶物质量分数分别为18.72%和7.49%，但硫和重金属(Ni+V)质量分数较低，分别为1.63%和72.5 μgg。

表1 原料油性质

2 结果及讨论

2.1 操作条件和产品分布

在重油加热炉出口温度为500 ℃、循环比为0.19、炉管注汽量为4.0%、充焦时间为13 h的条件下，考察焦炭塔不同操作压力下的产品分布，结果见表2。由表2可知：随着焦炭塔操作压力的降低，气体和焦炭的产率降低，液体产品的收率增加，主要由焦化蜡油的收率增加所致，而焦化汽油馏分和焦化柴油馏分的收率则有所降低；当焦炭塔塔顶的压力由0.195 MPa降低到0.115 MPa时，气体和焦炭的产率分别降低0.94和1.02百分点，液体产品的收率增加2.03百分点，而焦化蜡油的收率则增加4.64百分点。

表2 操作压力对产品分布的影响

2.2 产品性质

2.2.1操作压力对汽油馏分和柴油馏分性质的影响表3和表4分别为不同操作压力下汽油馏分和柴油馏分的性质。由表3和表4可知，不同操作压力下产出的汽油馏分、柴油馏分的性质基本不变，说明改变焦炭塔顶的操作压力不会对焦化汽油和焦化柴油的性质产生影响。

表3 操作压力对汽油馏分性质的影响

表4 操作压力对柴油馏分性质的影响

2.2.2操作压力对焦化蜡油性质的影响表5为不同操作压力下焦化蜡油的主要性质。由表5可知，在其他工艺条件相同的情况下，随着焦炭塔操作压力的降低，焦化蜡油的性质逐渐变差，主要表现在因馏程变重带来的密度增加、残炭和沥青质含量升高、重金属含量增加以及氮含量提高上。当操作压力由0.195 MPa降低到0.115 MPa时，50%馏出温度提高了12 ℃，95%馏出温度提高了14 ℃。主要是因为采取降压操作后使塔内反应生成的重馏分油更易逸出焦炭塔。由于焦化蜡油性质的变差，会增加后续加氢处理装置操作的苛刻度，但不会产生较大影响。

表5 操作压力对焦化蜡油性质的影响

2.2.3操作压力对焦炭性质的影响表6为不同操作压力下焦炭的性质。由表6可知：随着操作压力的降低，焦炭的挥发分降低，当操作压力由0.195 MPa降低到0.115 MPa时，焦炭的挥发分由7.34%降低到5.29%，这主要是因为操作压力降低后，使得焦炭塔内反应焦层中原来不易挥发的较重馏分油逸出的结果；但降低压力操作后，对焦炭的硫含量影响不大，焦炭的硫质量分数为2.3%左右，符合国家规定的低硫焦标准，可作为3B石油焦出厂。

表6 操作压力对焦炭性质的影响

3 低压操作提高液体收率的原因分析

表7为焦炭塔顶操作压力对油气分压和高温油气初始停留时间的影响。从表7可知，随着操作压力的降低，油气分压由0.144 MPa降低到0.083 MPa，反应产生的高温油气在焦炭塔内的初始停留时间由150 s减少到了116 s。

表7 操作压力对油气分压和初始停留时间的影响

当焦炭塔内的油气分压降低后，一方面可使泡沫层(即反应层)中重质油汽化，离开泡沫层进入油气段，然后离开焦炭塔，另一方面可降低焦炭的挥发分，以减少焦炭的产率；而高温油气在焦炭塔内停留时间的缩短，又可减缓高温油气的二次反应，从而降低了气体和焦炭的产率，提高了液体产品尤其是焦化蜡油的收率[7-8]。

从反应动力学看，焦化反应过程是体积增大的过程，因此采用低压操作对裂解反应有促进作用，而对缩合反应有一定的抑制作用。裂解反应为吸热反应，缩合反应为放热反应，从出塔油气温度看，随着焦炭塔操作压力的降低，油气出塔温度也降低。

4 结 论

(1)在其他操作条件相同的情况下，随着焦炭塔操作压力的降低，气体和焦炭的产率降低，液体产品的收率提高。当操作压力由0.195 MPa降低到0.115 MPa时，液体产品的收率提高2.03百分点，其中汽油和柴油的收率有所降低，但焦化蜡油的收率明显提高，提高了4.64百分点。

(2)降低焦炭塔的操作压力后，焦化汽、柴油的性质基本不变，而焦化蜡油的性质稍变差一些，主要表现在密度、残炭、沥青质、氮含量以及金属含量等均有所升高，馏程变重，50%和95%馏出温度分别升高12 ℃和14 ℃，这些性质的变化会提高后续加工装置操作的苛刻度，但不会产生较大影响。

(3)降低焦炭塔操作压力，可降低焦炭的挥发分，但对硫含量的影响较小。对于原料硫质量分数为1.63%的减压渣油，焦炭硫质量分数为2.3%左右，符合国家规定的低硫焦标准，可作为3B石油焦出厂。