减压渣油溶剂脱沥青_焦化总液体收率的研究

收稿日期:2005212209;修改搞收到日期:2006202212。作者简介:李波海(1979-),男,山东博兴人,在读硕士。基金项目:中国石油大学(华东)研究生创新基金资助项目

(S2005235)。

减压渣油溶剂脱沥青2焦化总液体收率的研究

李波海,张玉贞

(中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室,东营257061)

摘要　以减压渣油为原料采用溶剂脱沥青过程,得到了不同m (H )/m (C )的脱油沥青,利用重油热加工精确评价装置,对4种焦化原料进行焦化行为研究,研究不同m (H )/m (C )的沥青的焦化行为和产品分布。结果表明:随着焦化原料m (H )/m (C )的增加,瓦斯气收率变化不大,馏出油收率明显增加,残渣油收率明显降低,m (H )/m (C )每增加1个百分点,馏出油收率增加10个百分点,残渣油收率降低10个百分点;饱和分、芳香分、胶质含量能够显著影响液体油品的收率。对于溶剂脱沥青2焦化组合工艺,在溶剂脱沥青过程中,提高脱沥青油的抽出率,组合工艺的总液体油品收率就会增加,在可实现的范围内,脱沥青油抽出率每提高20个百分点左右,则总的液体油品收率增加

5个百分点左右;对实验数据进行回归分析,得到了实验所用渣油焦化转化率的数学归纳式。

关键词:渣油　延迟焦化　溶剂脱沥青

1　前　言

我国原油大部分较重,减压渣油的含量一般高

达40%～50%。如何充分有效地利用这些渣油,将其转化为优质的轻质油品,提高炼油厂整体效益,是炼油工作者的重要课题[1]。渣油改质主要有两种手段:脱碳和加氢。加氢技术加工费用和设备投资很高,目前来说,高昂的成本使其发展受到限制;脱碳是目前应用最广的渣油轻质化手段,它成本低、转化率较高、操作灵活、投资回报率高,是当前炼油企业最主要的渣油加工技术。脱碳包括焦化和重油催化裂化两个主要的工艺技术,从性价比来看,焦化更有优势,焦化是最彻底的脱碳工艺过程,也是最成熟的渣油轻质化技术。特别是应用最广的延迟焦化,该工艺过程对原料的适应性大,转化率高,工程投资较低,经济效益回报率较高,比较适合于我国的经济状况,即使在经济实力雄厚、石油化工技术先进的美国,延迟焦化工艺也仍然是最主要的渣油轻质化手段[2,3]。

延迟焦化的目的是使渣油经过脱碳最大限度地获取馏分油,包括部分轻质馏分油及相当多的可供进一步轻质化的重质馏分油。以1.0Mt/a 延迟焦化装置为例[4],液收提高1个百分点,可增产10kt/a 轻质油品,效益在1000万元/a 以上。近年来,延迟焦化工艺技术进展主要为:大型化、灵活性(原料、产品、产率、质量)、操作性、安全性以及设计改进性。大部分的研究工作着重于延

迟焦化装置的操作性和安全性[5]。影响延迟焦化

的主要因素是加热炉出口温度、焦炭塔压力、循环比和原料性质[6]。本研究以焦化原料性质为切入口,以最大限度获取馏分油为主要目标,研究不同m (H )/m (C )渣油的焦化行为和产品分布。2　实验部分2.1　焦化原料

焦化原料为减压渣油(X )和经溶剂脱沥青得到的不同收率的3种脱油沥青(DOA )。2.2　实验仪器

多功能连续溶剂脱沥青装置:装置主要由溶剂及渣油计量系统、溶剂及渣油输送加热系统、逆流抽提塔、一段分离、二段分离及溶剂回收系统等组成。

重油热加工精确评价装置:包括硬件和软件两部分。软件的设计能确保反应油样的快速升温与降温、反应过程的灵活控制与操作、反应前后油样较高的物料平衡率,以实现重油在400～500℃温度范围内的反应。硬件由反应器、馏出油收集器、瓦斯气收集器、加热器、温度传感器、控制箱、压力控制器及计算机记录和采集系统等部分组成。

石　油　炼　制　与　化　工

2006年7月 PETROL EUM PROCESSIN G AND PETROCH EMICAL S 第37卷第7期　

2.3　原料的溶剂脱沥青处理

以减压渣油X 为原料,通过溶剂脱沥青装置,以混合C 4为溶剂,剂油比不变,溶剂流量保持75mL/min ,渣油流量为12g/min ,在泵压为4.0M Pa 、出口压力为4.9M Pa 的条件下获得不同抽出率的脱油沥青(DOA )。得到收率分别为80%,60%,40%左右的DOA ,分别记为A ,B ,C 。2.4　重油热加工精确评价装置的操作方法

采用重油热加工精确评价装置,用加热器加热固体锡并使之液化,再用液体锡加热反应器内的油样。在高温反应时,反应器和油样首先预热到350℃左右,用加热介质将预热后的油样快速升温

到指定温度,用特定控制程序对反应过程进行监控和记录,在相同反应条件下,设定反应温度为430,460,490℃,反应时间分别为40,40,70min ,总共为150min ,每种油样至少做5次实验,尽量保证每次实验反应温度平稳。热裂解反应产生的馏分油及裂解气经冷却系统快速冷却后进入产品收集装置,反应结束后分别称取反应器中的残渣油量、液体收集器中的馏分油量及气体收集器中的气体量,进而得到焦炭产率。

3　结果与讨论

3.1　m (H )/m (C )对焦化产品分布的影响

以不同m (H )/m (C )的减压渣油X 和A ,B ,C 为原料,通过相同操作条件的焦化实验,得到了焦化产品收率与原料m (H )/m (C )的关系,结果见图1。馏出油定义为焦化所产液体油品,轻油收率定义为馏出油收率与瓦斯气收率之和。由图1曲线可见,随着焦化原料m (H )/m (C )的增加,瓦斯气收率变化不大;馏出油收率明显增加;残渣油(焦)收率明显降低;轻油收率显著上升,其上升幅度与馏出油大致相同。m (H )/m (C )每增加1个百分点,馏出油收率增加10个百分点,

残渣油收率降

图1　焦化产品收率与原料m (H )/m (C )的关系

◆—瓦斯气收率;■—馏出油收率;▲—残渣油收率;●—轻油收率

低10个百分点。由此可以看出,焦化原料的

m (H )/m (C )能够显著影响焦化产品的分布。因此,对于焦化装置而言,保持焦化原料具有较高的m (H )/m (C ),可以有效地提高焦化液油的收率,对于提高炼油厂效益贡献很大。3.2　轻油收率与焦化原料四组分组成的关系有研究表明[7],原料的裂化转化率与其四组分组成也有较好的相关性。本研究考察了轻油收率与焦化原料四组分组成的关系,结果见图2。从图2可以看出,轻油收率与原料四组分有很好的相关性。随着焦化原料的饱和分含量的增加,轻油收率随之增大,影响显著;芳香分含量的增加,首先对轻油收率起正作用,然后起负作用;胶质和沥青质含量的增加,对轻油收率产生负面影响,导致轻油收率降低,其中,沥青质的影响不大,胶质影响显著。这是因为轻油主要是由饱和分和芳香分的裂解反应产生,因此,饱和分和芳香分的含量对轻油收率有直接影响,饱和分全部转化成气体和轻油,不参与生焦,而部分重芳香分发生缩合生焦反应,因此饱和分影响更为显著。由于胶质含量是最高的,因此胶质含量对轻油收率就有显著影响;沥青质含量很低,因此沥青质含量的变化对轻油收率影响不明显。从图2可见,芳香分与轻油收率的关系曲线有一个转折点,这是因为,芳香分参与裂解和缩合两种反应,当芳香分含量较少时,随着芳香分含量的增加,轻油收率增加,这时正面的影响大于负面影响;当芳香分含量达到一定数值后,增大其含量,势必导致饱和分含量降低,因为饱和分完全转化为轻油,对轻油收率影响最大,而同时芳香分发生缩聚反应的机会增大,导致轻油收率降低,这时芳香分含量的增大对轻油收率的增大起负作用,所以芳香分含量与轻油收率的关系曲线有一个峰值

。

图2　轻油收率与焦化原料四组分组成的关系

◆—饱和分;■—芳香分;▲—胶质;●—沥青质

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3第7期 李波海等.减压渣油溶剂脱沥青2焦化总液体收率的研究