加氢裂化反应工艺参数对喷气燃料馏分收率和性质的影响

2021-02-03莫昌艺赵广乐钱继志胡志海

石油炼制与化工 2021年2期

莫昌艺，赵广乐，赵阳，任亮，钱继志，胡志海

(中国石化石油化工科学研究院，北京 100083)

近年来，我国成品油市场需求逐步分化，其中车用柴油市场需求进入负增长区，车用汽油市场需求增速减缓，而受民航运输业发展的影响，喷气燃料市场需求快速增长[1]。现阶段，国外炼油企业侧重于从生物质原料加氢裂化来生产喷气燃料[2-4]，而国内炼油厂主要采用2种方式增产喷气燃料：一是通过改造常减压蒸馏装置拓宽常一线油的馏程来增产喷气燃料[5-6]，二是通过技术改造加氢裂化装置或更换催化剂来提高喷气燃料馏分收率[7-9]。

在原油组成和性质一定的情况下，通过改造常减压蒸馏装置拓宽常一线油馏程的方式增产喷气燃料虽然具有较好的成本优势，但因受冰点限制，喷气燃料产量的增加幅度有限。加氢裂化装置以大分子蜡油为原料，经过开环裂化后，可以生产优质的喷气燃料，因而具有较强的原料适应性和产品方案灵活性，已成为越来越多炼油厂增产喷气燃料的重要技术手段。为满足采用加氢裂化技术增产喷气燃料需要，考察反应条件对喷气燃料馏分收率和性质的影响，以期对反应条件进行优化，提高喷气燃料馏分收率和质量。

1 实验

选择典型中间基减压蜡油为试验原料，其性质列于表1。由表1可知，原料蜡油的密度(20 ℃)为914.4 kgm3，硫质量分数为2.76%，氮质量分数为807 μgg，芳烃质量分数为52.2%，BMCI为47.9，初馏点为275 ℃，终馏点为524 ℃，是典型的加氢裂化原料。

表1 原料性质

蜡油加氢裂化试验在500 mL小型加氢裂化装置上进行，工艺流程如图1所示。装置流程为典型的单段双剂串联一次通过流程，其中精制反应器和裂化反应器分别装填中国石化石油化工科学研究院(简称石科院)已工业应用的精制催化剂RN-32V和裂化催化剂RHC-3。蜡油原料和氢气混合后依次经过精制反应器和裂化反应器，反应产物经高压分离器分离后得到气相和液相物流，其中液相物流经稳定塔汽提脱除硫化氢后进入产品罐收集，得到裂化生成油。试验后，通过馏分切割得到喷气燃料馏分。

图1 加氢裂化装置工艺流程示意

试验过程中，调整精制反应温度，控制进入裂化反应器的精制油中氮质量分数约为10 μg/g。为尽可能得到更多质量合格的喷气燃料馏分，控制喷气燃料馏分切割的初馏点约为160 ℃，终馏点约为280 ℃。另外，为表征蜡油原料的转化程度，定义大于350 ℃馏分转化率(简称原料转化率)如下：

原料转化率=100%×(原料中大于350 ℃馏分质量分数-裂化生成油中大于350 ℃馏分质量分数)/原料中大于350 ℃馏分质量分数。

2 结果与讨论

加氢裂化装置裂化反应单元的工艺条件包括裂化反应器的反应温度、入口氢分压(简称为氢分压)、体积空速和氢油体积比，以下分析裂化反应单元各工艺条件对喷气燃料馏分收率和性质的影响。

2.1 裂化反应温度对喷气燃料馏分收率和性质的影响

试验在氢分压为13.0 MPa、体积空速为1.64 h-1、氢油体积比为1 100下进行，通过调节裂化反应温度来控制原料转化率。

裂化反应温度对原料转化率和喷气燃料馏分收率的影响见图2。由图2可知，在原料转化率为60%～85%的范围内，随着裂化反应温度提高，原料转化率和喷气燃料馏分收率均呈增加趋势，裂化反应温度每升高1 ℃，原料转化率提高1.92百分点，喷气燃料馏分收率提高0.84百分点。

图2 裂化反应温度对原料转化率和喷气燃料馏分收率的影响●—原料转化率； ■—喷气燃料馏分收率。图3～图5同

裂化反应温度对喷气燃料馏分性质的影响见表2。由表2可知，随着裂化反应温度由360 ℃升高至376 ℃，喷气燃料馏分的密度(20 ℃)由818.9 kgm3降至802.2 kgm3，烟点由29.5 mm升至33.8 mm，芳烃质量分数由11.4%降至7.7%，闪点和冰点性质无明显变化。

表2 裂化反应温度对喷气燃料馏分性质的影响

2.2 氢分压对喷气燃料馏分收率和性质的影响

在裂化反应温度为370 ℃、体积空速为1.64 h-1、氢油体积比为1 100的条件下，考察不同氢分压下蜡油原料转化率、喷气燃料馏分收率及性质的变化规律。

图3 氢分压对原料转化率和喷气燃料馏分收率的影响

氢分压对原料转化率和喷气燃料馏分收率的影响见图3。由图3可知，在氢分压为9.0～15.0 MPa的范围内，调整氢分压，原料转化率和喷气燃料馏分收率的变化幅度均不大于1百分点，表明氢分压对原料转化率和喷气燃料馏分收率影响不明显。

氢分压对喷气燃料馏分性质的影响见表3。由表3可知，随着氢分压由9.0 MPa升高到15.0 MPa，在相近的原料转化深度下喷气燃料馏分的密度(20 ℃)由813.6 kgm3降至803.1 kgm3，烟点由26.4 mm升至34.8 mm，芳烃质量分数由16.6%降至6.4%，闪点和冰点的变化幅度较小。

表3 氢分压对喷气燃料馏分性质的影响

2.3 空速对喷气燃料馏分收率和性质的影响

在氢分压为13.0 MPa、氢油体积比为1 100、裂化反应温度为365 ℃的条件下，考察空速对原料转化率及喷气燃料馏分收率和性质的影响。

不同空速下原料转化率和喷气燃料馏分收率的变化趋势见图4。由图4可知，在体积空速为1.18～2.48 h-1的范围内，原料转化率和喷气燃料馏分收率随空速的提高几乎呈线性降低的趋势，体积空速每提高0.01 h-1，原料转化率降低约1.79百分点，喷气燃料馏分收率增加约0.78百分点，即欲达到相近的转化深度平均需提高1.1 ℃的裂化反应温度进行补偿。

图4 空速对原料转化率和喷气燃料馏分收率的影响

空速对喷气燃料馏分性质的影响见表4。由表4可知，随着体积空速由1.18 h-1提高到2.48 h-1，喷气燃料馏分密度(20 ℃)由801.6 kgm3增至827.8 kgm3，烟点由31.8 mm降至23.8 mm，芳烃质量分数由6.9%增至18.0%。

表4 空速对喷气燃料馏分性质的影响

2.4 氢油比对喷气燃料馏分收率和性质的影响

在氢分压为13.0 MPa、体积空速为1.64 h-1、裂化反应温度为365 ℃的条件下，考察氢油比对原料转化率及喷气燃料馏分收率和性质的影响。

不同氢油比下蜡油原料转化率和喷气燃料馏分收率的变化趋势见图5。由图5可知：在氢油体积比为800～1 100的范围内，原料转化率和喷气燃料馏分收率均随氢油比的提高而增加，且提高幅度呈逐步减缓趋势；氢油体积比每提高100，原料转化率增加2.62百分点，喷气燃料馏分收率增加1.58百分点，折合提高裂化反应温度约1.36 ℃。

图5 氢油比对原料转化率和喷气燃料馏分收率的影响

氢油比对喷气燃料馏分性质的影响见表5。由表5可知，随着氢油体积比由800提高到1 400，喷气燃料馏分密度(20 ℃)由821.0 kgm3降至806.6 kgm3，烟点由24.5 mm增至27.8 mm，芳烃质量分数由15.1%降至6.3%。

表5 氢油比对喷气燃料馏分性质的影响

2.5 反应工艺参数对喷气燃料馏分收率的影响

除裂化反应氢分压对原料转化率的影响不明显外，调节裂化反应的反应温度、空速和氢油比均会对原料转化率和喷气燃料馏分收率造成明显影响，且喷气燃料馏分收率与原料转化率的变化趋势较为一致。

为此，将不同反应条件下对应的原料转化率和喷气燃料馏分收率进行Pearson相关分析[10]，结果见图6。由图6可知，单独调节某一反应条件时，原料转化率与喷气燃料馏分收率的Pearson决定系数R2为0.961 0，表明原料转化率与喷气燃料馏分收率呈现较强的线性相关关系。由此可推断，在试验范围内，工艺条件因影响原料的转化深度而影响喷气燃料馏分的收率，原料转化率越高，喷气燃料馏分收率越高。需要说明的是，计算得到原料转化率范围内，调整裂化反应的反应温度、空速和氢油比时对应的单位原料转化率下喷气燃料馏分收率的变化值分别为0.437，0.435，0.603百分点。由此可知，在相同的原料转化率增幅下，提高裂化反应氢油比，可得到更高的喷气燃料馏分收率。

图6 原料转化率和喷气燃料馏分收率的Pearson相关分析■—氢分压； ■—反应温度； ■—体积空速； ■—氢油体积比。图7同

2.6 反应工艺条件对喷气燃料馏分性质的影响

由表2～表5可知，调节反应条件，喷气燃料馏分的闪点和冰点变化不明显，但密度、族组成和烟点的变化较大。已有研究[11]表明，喷气燃料馏分的密度与其族组成密切相关，不同反应工艺条件主要通过影响喷气燃料馏分的族组成而影响其密度。

因此，本研究主要分析反应工艺条件对喷气燃料馏分烟点的影响。将不同工艺条件对应的原料转化率和喷气燃料馏分烟点进行Pearson相关分析，结果见图7。

图7 原料转化率和喷气燃料馏分烟点的Pearson相关分析

由图7可知，总体上原料转化率与喷气燃料馏分烟点的Pearson决定系数R2为0.679 7，表明原料转化率与喷气燃料馏分的烟点呈较强的正相关关系。但需要注意的是不同反应条件对喷气燃料馏分烟点性质的影响方式不同，其中调节反应氢分压可在不明显调整原料转化深度的情况下通过对喷气燃料馏分油中芳烃的加氢饱和来提高其烟点；其余的反应条件对喷气燃料馏分族组成的改变和喷气燃料馏分烟点的影响均与蜡油原料的转化深度相关。