加氢裂化-异构脱蜡联合装置掺炼轻脱油运行研究

陈晓梅(盘锦北方沥青燃料有限公司，辽宁 盘锦 124221)

0 引言

加氢裂化技术原料适应性强，工艺流程种类众多，产品灵活多变，是炼化一体化总流程中的关键装置之一。可根据炼厂总体产品规划，选择针对性强的催化剂体系，分别实现石脑油、航煤、柴油和尾油等不同的产品方案[1-3]，其中主要包括最大化生产石脑油、多产优质化工原料、多产中间馏分油、多产尾油用于润滑油基础油料方案。

某石化公司120万吨/年加氢裂化装置采用以减压蜡油和焦化蜡油为原料的多产中间馏分油方案，兼顾尾油供给下游30万吨/年异构脱蜡装置生产润滑油基础油。随着原油价格的不断上涨和中间馏分油产能的过剩，装置经济效益显著下降。因此，有必要实施挖潜增效措施，提高装置的经济性。在未对装置进行较大改造的前提下，通过优化装置原料成本及产品结构是实现装置利润增长的最佳方式。

30万吨/年异构脱蜡装置以加氢裂化尾油为原料，目标产品为API II类及II+润滑油基础油。目前基础油市场上高黏度基础油产品的价格普遍高于低黏度基础油，若能结合产品市场情况变化，优化异构脱蜡装置的产品结构，灵活多产高黏度基础油或低黏度基础油，便可实现装置经济效益的增长。而异构脱蜡装置各牌号基础油收率是由原料加氢裂化尾油的黏度来决定的，尾油黏度高，大黏度基础油收率高，反之亦然。

脱沥青油是溶剂脱沥青装置采用丙烷、丁烷等作溶剂，经过萃取分离出胶质和沥青质后，得到的轻脱油和重脱油，前者由于残炭值较低可用作润滑油料，后者由于残炭值高通常用作催化裂化原料。而且轻、重脱油的黏度均较高，通常轻脱油100 ℃运动黏度可达到20 mm2/s以上，重脱油100 ℃运动黏度可高于35 mm2/s。

因此，为了调整加氢裂化尾油的黏度，某石化公司首次在加氢裂化原料中掺炼廉价的高黏度丙烷轻脱油以增加加氢裂化尾油的黏度。通过优化操作条件，探索轻脱油的最佳掺炼比例，并评估了掺炼轻脱油对加氢裂化-异构脱蜡联合装置的运行状况、产品分布及经济效益的影响。

1 装置概况

120万吨/年加氢裂化装置采用一次通过流程，装置共设有两台固定床反应器，每台反应器分三个床层，分别装填法国Axens公司加氢精制剂HR1058和裂化剂HK752。装置原料为90%减压蜡油(VGO)和10%焦化蜡油(CGO)。加氢裂化装置原料性质如表1所示。同时，表1也给出了轻脱油DAO的典型性质。

从表1中的数据可以看出，焦化蜡油具有密度大，杂质硫、氮和C7不溶物含量高的特点；同时运动黏度高，但是黏度指数偏低。因此，对于尾油做润滑油原料的加氢裂化装置来讲，焦化蜡油并不是理想的原料，但是为了降低原料成本，掺炼合适比例的焦化蜡油并不会对产品产生影响，并解决了焦化蜡油因芳烃和氮含量高难加工的问题。与减压蜡油和焦化蜡油相比，轻脱油的密度、硫氮含量、酸值等均介于二者之间，但是轻脱油的黏度远高于减压蜡油和焦化蜡油。并且DAO的馏程较宽，5%馏出温度446 ℃，95%点高达675 ℃，说明DAO中重质润滑油馏分较多。

为了考察加氢裂化原料中掺炼DAO后的运行情况，首先在原有混合原料基础上，引入5%的DAO，同时焦化蜡油和减压蜡油的比例分别降至8.5%和86.5%。之后，为保证加氢裂化装置原料不出现较大波动，按照每天增加约1%逐步提高DAO掺炼比例，并相应降低焦化蜡油和减压蜡油的比例。详细掺炼过程和数据如表2所示。

从表2数据中可以发现，在第13天时，DAO加工比例最大，达到12.13%，此时减压蜡油的比例至82.26%，焦化蜡油比例为5.61%。之后逐渐降低DAO和焦化蜡油的量，减压蜡油比例略有升高。

表2 加氢裂化装置原料配比变化

掺炼DAO前后，混合原料的典型性质见表3。其中混合原料一为引入DAO前，原料组成为90%VGO和10%CGO，原料二组成为86.5%VGO、8.5%CGO和6%DAO，原 料 三 组 成 为85%VGO、5%CGO和10%DAO。

掺炼DAO初期，如表3中工况二所示，减压蜡油VGO和焦化蜡油CGO占比下降，此时由于原料中焦化蜡油比例降低，混合原料的密度、硫氮含量及黏度与掺炼DAO前相比均下降。当DAO比例达到10%时，如工况三所示，CGO比例继续下降，混合原料的黏度高于掺炼DAO之前，但是混合原料密度、硫、氮等杂质含量均增加不明显。由于DAO中重质润滑油组分较多，但是其密度和硫、氮含量均低于焦化蜡油，因此掺炼DAO后混合原料的密度及硫氮含量无明显升高。

表3 掺炼DAO后混合原料性质

2 加氢裂化装置运行情况分析

2.1 掺炼DAO后装置运行情况

为了考察不同原料配比变化对加氢裂化装置运行的影响，DAO在加氢裂化原料中的掺炼比例从5%开始增加到12.13%为止。从装置实际运行情况来看，随着DAO掺炼比例的增加，原料中重质组分增加，为了保证原料的加氢精制深度不降低，精制反应器进料温度提高。随着精制反应温度的升高，裂化反应器进料温度也相应提高，但是为防止裂化反应器内原料发生过度裂解造成尾油收率降低，裂化段冷氢注入量增加。

通过分析装置实际运行数据发现，在保持尾油收率不低于28%的前提下，DAO掺炼初期，石脑油、中间馏分油和尾油产品质量均达标；当DAO掺炼比例达到12%左右时，石脑油和中间馏分油产品质量仍然满足指标要求，但是加氢裂化尾油的硫含量达到5.7 mg/L，氮含量达到2.6 mg/L，此时尾油的氮含量已无法满足下游异构脱蜡催化剂对原料的要求。这说明在当前原料配比及操作条件下，加氢裂化原料中轻脱油的最大掺炼比例不应超过12%。因此，为了保持装置的长周期稳定运行，将DAO的掺炼比例控制在10%。

2.2 主要操作参数及产品情况

表4对比了掺炼DAO前后加氢裂化装置操作条件的变化，其中工况一为掺炼DAO前，原料组成为90%VGO和10%CGO，掺炼DAO后，原料组成为85%VGO、5%CGO和10%DAO。从表4可以看出，在总进料量不变的条件下，掺炼10%DAO后，精制反应器入口温度提高1.4 ℃，床层平均反应温度提高0.7 ℃，总温升提高2.0 ℃。由于掺炼DAO后，原料中重组分增加，为了保证重组分深度精制，保证加氢裂化尾油硫含量不大于5 mg/L、氮含量不大于2 mg/L的产品指标要求，因此精制段反应进料温度增加。

同时，为了保证尾油收率，避免DAO中重质润滑油馏分过度裂化，因此在裂化反应器中需要注入大量的冷氢以维持裂化反应温度不会大幅升高。从表4数据看出，通过增加注入冷氢的量，保证了裂化反应器入口温度维持385 ℃不变，裂化床层总温升提高了2.5 ℃，裂化床层平均温度由377.7 ℃提高至382.8 ℃，提高了5.1 ℃。

由于原料变重，加氢精制深度增加，反应氢耗也略增加，总氢耗由0.274%增加到了0.277%。此外，由于裂化反应器冷氢注入量增大，造成反应系统循环氢量降低，从而造成氢油比下降。循环氢量由掺炼DAO前的12 500 Nm3/h降低至11 800 Nm3/h，相应氢油比由830∶1下降至780∶1。而氢油比对加氢反应的深度有很大的影响。氢油比降低，反应器内氢分压减小，参与反应的氢气分子数减少，从而降低加氢反应深度，影响反应效果。同时，氢油比降低意味着循环氢量减少，可带走的反应热降低，不利于控制反应器内床层温度。因此，通过以上分析，在当前原料及操作条件下，加氢裂化原料中DAO的掺炼比例不宜超过10%。

2.3 产品收率及性质

表5给出了掺炼DAO前和掺炼10%DAO后加氢裂化装置的物料平衡数据，其中工况一为90%VGO和10%CGO，工况二为85%VGO、5%CGO和10%DAO。掺炼DAO后各产品收率出现了小幅波动，主要表现为石脑油收率增加0.77%，轻重柴油收率降低0.81%，尾油收率提高了0.66%。主要原因为掺入DAO后原料中重组分增加，在裂化温度不变的条件下，裂化反应减少，未裂化的重组分增加并最终进入到尾油中，使尾油的收率表现出增加的趋势。

表5 掺炼DAO前后加氢裂化装置物料平衡

通过分析掺炼DAO前后产品性质发现，石脑油和柴油性质均无明显变化，加氢裂化尾油的黏度增加。表6对比了掺炼DAO前和掺炼10%DAO后加氢裂化尾油的性质，从表6中数据可以看出，工况二的尾油的密度和初馏点升高，40 ℃运动黏度提高了4.4 mm2/s，100 ℃运动黏度提高了0.219 mm2/s，黏度指数提高了1个单位。由于加氢精制反应进料温度升高2 ℃，保证了尾油的硫和氮含量几乎保持不变，且均满足下游异构脱蜡装置对尾油原料的要求。

表6 掺炼DAO前后尾油性质对比

3 对异构脱蜡装置的影响

通过以上分析发现，加氢裂化装置原料中掺炼10%DAO后，尾油的黏度和收率均增加，此时将尾油用作异构脱蜡装置原料，与加氢裂化掺炼DAO之前相比，异构脱蜡装置基础油收率发生了明显变化，结果见表7。其中，4#基础油收率下降了7.52%，6#基础油收率提高了9.15%，2#基础油收率变化不明显，仅增加0.17%。基础油总收率提高了1.8%。从以上数据可以看出，虽然加氢裂化掺炼DAO后，尾油100 ℃运动黏度仅增加0.219 mm2/s，但是尾油中重组分增加导致异构脱蜡装置产品中6#基础油收率显著增加，同时4#基础油收率明显下降。

表7 异构脱蜡产品收率

4 联合装置经济效益分析

对于加氢裂化装置来说，尽管掺炼DAO后产品收率变化不大，经济效益无显著提升。但是，联合装置异构脱蜡的柴油收率降低，基础油总收率增加，并且6#基础油收率明显提高，4#基础油收率显著下降。根据当前油品市场的行情，润滑油基础油的经济效益优于燃料油，并且大黏度基础油产品效益优于小黏度基础油，通过对联合装置的效益测算发现，结果如表8所示，在加氢裂化掺炼10%DAO的情况下，与掺炼DAO前相比，加工每吨原料油可实现增效49.5元。按照DAO掺炼量12万吨/年计算，联合装置可实现增效约594万元。

表8 加氢裂化-异构脱蜡掺炼DAO的经济效益测算 单位：元/吨原料油

5 结语

120万吨/年加氢裂化装置掺炼10%DAO后，原料性质无明显变化，装置运行平稳：

(1)由于原料中重组分增加，黏度增加，精制反应进料温度提高约2 ℃，裂化反应温度保持不变，裂化反应器冷氢量增加，导致循环氢量降低700 Nm3/h，氢油比由830∶1下降至780∶1；

(2)加氢裂化尾油收率增加0.66%；联合装置异构脱蜡产品中4#基础油收率降低7.52%，6#基础油收率增加9.15%，润滑油基础油总收率增加1.8%；当DAO掺炼比例提高至12%时，尾油氮含量达到2.6 mg/L，不能满足下游异构脱蜡装置对原料的指标要求；

(3)加氢裂化-异构脱蜡联合装置的产品利润显著增加，年约增产润滑油基础油5 400 t；每加工1 t DAO可增效49.5元，按照DAO加工量12万吨/年，年增效约594万元。