延迟焦化装置掺炼稀释沥青的影响分析

刘宇虹

延迟焦化装置掺炼稀释沥青的影响分析

刘宇虹

辽阳亿方石油化工有限公司，辽宁 辽阳 111003

延迟焦化是以劣质重油为原料，在高温和长时间反应条件下进行深度热裂化和缩合反应的热加工过程，是重质油轻质化的重要加工途径。某石化公司炼油厂原加工原料为减压渣油，为了实现延迟焦化装置的效益最大化，在原料中掺炼了稀释沥青，进行延迟焦化。结果表明：尽管稀释沥青与减压渣油性质有一定的区别，但在掺炼10%的稀释沥青后，焦化汽油和柴油收率均有不同程度的提高，经济效益显著增加。尽管装置出现了一些波动和腐蚀，产品品质略有下降，但可以通过精细操作和二次加工处理，对装置不会产生影响。

延迟焦化 稀释沥青 弹丸焦 掺炼 减压渣油 热裂化 重油轻质化

世界石油资源供应日趋紧张，原油品质的重质化和劣质化趋势也越来越明显。在石油加工工艺方面依然面临着许多新问题，其中一个主要的问题是如何充分利用现有的原油资源，安全环保地生产必需的产品。重油的深度脱碳过程已成为石油加工行业亟待解决的问题，其中延迟焦化工艺由于具有设备投资低、技术成熟等优点而得到广泛应用，而且随着原油的劣质化程度加深，延迟焦化工艺的发展潜力也会逐步加大［1］。延迟焦化是利用在热转化率（热转化深度）较低时重油不易结焦，让重油快速通过焦化炉炉管并获得重油轻质化所需要的能量，使生焦反应“延迟”到焦炭塔的工艺过程［2-4］。由于技术成熟、原料适应性强、产品灵活性大、操作可靠性高以及投资和操作费用相对较低的特点［5-6］，延迟焦化得到了迅速发展。

延迟焦化工艺属于深度热裂解过程，主要是在热裂解基础上发展起来的工艺。该工艺采用加热炉将原料加热到反应温度，在高流速、短停留时间的条件下，使原料基本不发生反应或只发生少量的裂化反应就迅速离开加热炉进入焦炭塔，借助自身的热量，原料在“延迟”状态下进行裂化和缩合反应［7-8］。延迟焦化装置实现了炼厂内零排放，同时还能够生产出许多高附加值的产品，包括液化气、汽油和柴油。

目前，延迟焦化原料主要有常压渣油、减压渣油、催化油浆以及裂解焦油等，掺炼沥青的较少，主要是由于沥青性质较为恶劣，不利于装置的长周期平稳运行，但相比于其他原料，沥青价格优势明显，在不影响装置运行的情况下，可以尝试少量掺炼。

1　装置简介

某石化公司炼油厂延迟焦化装置于1992年建成投产，设计规模为1.0 Mt/a，加工辽河原油减压渣油，经扩能改造，装置处理能力可达到1.4 Mt/a。目前，该延迟焦化装置未达到满负荷运行。为了提高装置负荷，增加企业的经济效益，于2019年开始掺炼稀释沥青。

装置工艺流程如图1所示。原料减压渣油首先进入缓冲罐，用原料泵抽出，经过换热后进入加热炉对流室，升温至340 ℃左右，随后进入分馏塔，再用循环油泵将其抽入加热炉，迅速升温至500 ℃左右，随后进入焦炭塔。减压渣油在焦炭塔内发生裂解、缩合等一系列反应［9］，产生的高温油气返回进入分馏塔下部，分馏塔油气自上向下依次是富气、汽油、柴油、蜡油、重蜡油。装置的主要控制指标如表1所示。

图1　延迟焦化工艺流程

表1　延迟焦化装置控制指标

掺炼沥青时，将稀释沥青与原料减压渣油一起进入原料缓冲罐，其他工艺过程与上文一致。

2　材料性质分析

稀释沥青是用汽油、柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的产品，外观呈黑色，稀释沥青和减压渣油的性质见表2。

表2　稀释沥青和减压渣油的性质

注：15 ℃时的密度；酸值以KOH计；50 ℃时的运动黏度；水分为体积分数；采用微量法测定残炭；收率按质量分数计；按每千克原料计。

由表2可见：与减压渣油相比，稀释沥青样品轻组分含量高，汽柴油收率会增加；硫含量高，易对设备造成腐蚀性；沥青质含量高，结焦倾向增加，易造成加热炉结焦，缩短焦化装置的运行周期。

3　掺炼稀释沥青对产品及效益的影响

3.1　对产品收率的影响

延迟焦化装置原加工原料为减压渣油，2019年3月开始掺炼稀释沥青。3月至5月每月掺炼稀释沥青4 kt，掺炼比（稀释沥青占减压渣油的质量分数）为4%。经监测对装置无影响后，2019年6月掺炼比提升至10%。掺炼前后产品收率（按产品占减压渣油的质量分数计）变化情况如表3所示。

表3　产品质量收率变化

由表3可知：由于2019年3月至5月掺炼沥青的量比较低，对焦化汽油、柴油等主要产品收率的影响不大。2019年6月掺炼比提高至10%后，焦化汽油收率较未提炼的稀释沥青提高了0.4%，焦化柴油收率较未提炼的稀释沥青提高0.69%，主要原因是稀释沥青365 ℃以下馏分质量收率16.55%，延迟焦化装置分馏塔塔底温度365 ℃左右，进料中低于365 ℃的组分直接进入分馏塔的分馏段，使得焦化汽油、柴油收率提高。

3.2　对产品性质的影响

焦化产品中汽油、柴油、蜡油和石油焦在掺炼稀释沥青后的性质发生了变化，见表4。

表4　产品质量变化

由表4可知：在延迟焦化装置掺炼稀释沥青后，焦化原料性质劣质化，造成汽油、柴油性质变差，主要表现在硫含量和氮含量增加，但可以通过加氢精制装置进行处理，降低硫含量和氮含量，再分别进入汽油池和柴油池调和，可满足国Ⅴ汽柴油质量标准要求；对于蜡油和重蜡，由于催化裂化装置对硫含量和氮含量没有严格的指标要求，可作为催化裂化原料进行二次加工。

3.3　经济效益估算

2019年6月稀释沥青掺炼比提升至10%以后，产品价格和收率变化量如表5所示，其余副产品收率较小，且作为燃料使用，不做估算。原料减压渣油价格2 000元/t，外购稀释沥青价格为1 421元/t，产品焦化汽油、焦化柴油和焦化蜡油均为扣除二次加工成本后的价格。

表5　焦化产品价格及收率变化

掺炼前原料全部为减压渣油，加工量为10万t/月；掺炼稀释沥青后，加工原料为减压渣油9万t/月，稀释沥青1万t/月，每月成本降低：10×2 000-（9×2 000+1×1 421）=579万元。每月产品效益增加：10×（-0.23%×2 781+0.40%×2 421+0.69%× 3 377-0.27%×1 946+0.42%×1 709）≈285万元。缓蚀剂消耗量增加了0.015 kg/t，每吨价格为1.2万元，年缓蚀剂成本增加：（100×10 000）×（0.015×0.001）×1.2=18万元。年效益增加：12×（285+579）-18=10 350万元。

4　掺炼稀释沥青遇到的问题及解决建议

1）稀释沥青水含量和轻组分含量较高，其中水的气化潜热较大，稀释沥青中水含量为0.2%，大量水气化会使气相负荷增大，分馏塔顶压力由0.19 MPa上升至0.23 MPa，增加塔顶冷却器负荷，回流罐水量增多，塔顶产品变重，影响了产品质量，严重时会造成淹塔，只能通过增大回流比、降低塔顶温度等措施防止继续冲塔。

2）如果掺炼比例过大，装置进料性质劣化，沥青质含量高，装置产弹丸焦概率增大。2019年10月尝试提高稀释沥青掺炼比至15％，原料性质劣化，车间员工精细操作，及时采取措施，降低循环比，降低加热炉出口温度，但清理石油焦过程中，仍然发现大量弹丸焦［10］。此外，生焦过程中，还引起焦炭塔及附属管线的剧烈晃动，影响装置的安全运行。

3）由于稀释沥青硫含量高、酸值高，所以对装置的腐蚀性也会增大，需适当增加焦化分馏塔缓蚀剂注入量，同时加强对塔顶循环、重馏分油等部位的腐蚀监测。掺炼稀释沥青后，缓蚀剂消耗量由0.040 kg/t提高到了0.055 kg/t，未发生腐蚀泄漏现象。

5　结论

与减压渣油相比，原料稀释沥青综合质量较差，掺炼稀释沥青后，装置运行苛刻度明显增加，产品性质变差，加热炉结焦速度加快，导致焦炭塔和分馏塔系统存在不同程度的设备问题，可以通过精细操作、注入缓释剂、二次加工处理等方式，使得掺炼稀释沥青后对装置平稳运行未产生影响，但掺炼量不宜过大。从装置整体效益看，掺炼少量稀释沥青，有利于改善产品分布，提高汽柴油产量，降低低价值的石油焦产品，年增效在1亿元以上。因此，延迟焦化装置掺炼稀释沥青的工业应用具有较大的借鉴作用，值得推广应用。

［1］ 赵加民. 延迟焦化装置产品分布预测方法研究［D］. 东营：中国石油大学（华东），2015．

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［3］ 徐军平. 定向低NO焦化专用燃烧器研制［D］. 东营：中国石油大学（华东），2011．

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［5］ 王建伟，王金玲. 舟山石化掺炼马瑞高硫燃料油技术分析［J］. 石化技术，2017，24（11）：120-121．

［6］ 张金先. 延迟焦化装置掺炼催化裂化油浆概况及效益［J］. 炼油技术与工程，2010，40（10）：10-14．

［7］ 张崇伟，王笑梅，田慧等. 灵活焦化与延迟焦化介绍及对比［J］. 中外能源，2013，18（2）：68-72．

［8］ 舟丹. 延迟焦化技术［J］. 中外能源，2012，17（8）：40．

［9］ 王红兵. 15Mta原油延迟焦化装置设备平面布置设计［J］. 石油化工设计，2005，6（2）：34-37．

［10］ 张在忠，杨晓宏，杨献峰. 延迟焦化装置掺炼马瑞原油技术分析［J］. 当代化工，2012，41（9）：898-899．

Analysis of the influence of delayed coking unit blending dilute asphalt

LIU Yuhong

，111003，

Delayed coking is a thermal process of deep thermal cracking and condensation reaction with low-grade heavy oil as raw material under high temperature and long reaction time. In order to maximize the benefit of delayed coking unit， diluted asphalt was blended into the raw material of vacuum residue in a refinery of a petrochemical company. Results showed that although the properties of diluted asphalt were different from that of vacuum residue， the yield of coker gasoline and diesel oil were improved in some degree and the economic benefit was increased remarkably after blending 10% diluted asphalt. Although the device had some fluctuations and corrosion， product quality problems， but after fine operation and secondary processing， the device would not have an impact.

delayed coking； diluted asphalt； projectile coke； blend； vacuum residue； thermal cracking； heavy oil lightening

2021-11-03

刘宇虹，工程师；研究方向：炼油技术；E‑mail：axjlxue@163.com

［责任编辑 林本兰］