常一线馏分生产化工原料加氢裂化工艺研究.pdf

2023 年第 52 卷第 9 期石油化工PETROCHEMICAL TECHNOLOGY1192常一线馏分生产化工原料加氢裂化工艺研究范思强，曹正凯，羡 策，崔 哲，孙士可，庞 宏（中石化（大连）石油化工研究院有限公司，辽宁 大连 116401）摘要探究以常一线馏分为原料进行加氢裂化生产化工原料的可行性，分别考察转化率、产品切割温度以及常一线馏分作为掺炼原料对加氢裂化产品分布与性质的影响。实验结果表明，不同转化率下产物分布与产品性质变化较大，综合考虑能耗、氢耗与产品性质等因素确定转化率 40%时最佳；为不同生产路线的炼化企业提供的适宜的转化率与切割温度选择方案可达到灵活生产化工原料的生产目的。常一线馏分作为掺炼原料进行加氢裂化得到的蒸气裂解制乙烯原料收率可达 90%以上，同时有效降低尾油的芳烃指数，增加乙烯装置的产品收率。关键词常一线馏分；加氢裂化；化工原料文章编号1000-8144（2023）09-1192-05 中图分类号TE 626.24 文献标志码A Study on hydrocracking process for producing chemical feedstock from straight-run jet fuelFAN Siqiang，CAO Zhengkai，XIAN Ce，CUI Zhe，SUN Shike，PANG Hong（Sinopec（Dalian）Research Institute of Petroleum and Petrochemicals Co.，Ltd.，Dalian 116401，China）AbstractThe feasibility of hydrocracking with straight-run jet fuel as raw feed oil to produce chemical raw materials was explored.And the effects of conversion，product cutting temperature and straight-run jet fue as blending feedstock on the distribution and properties of hydrocracking products were investigated.The experimental results show that the product distribution and product properties change greatly at different conversions，considering energy consumption，hydrogen consumption and product properties and other factors comprehensively，reaches the conclusion that the conversion depth is 40%best.The suitable conversion depth and cutting temperature selection scheme provided for refining and chemical enterprises with different production routescan achieve the production purpose of flexible production of chemical raw materials.The yield of steam cracking feedstock obtained by hydrocracking with straight-run jet fuel as blending feedstock reaches above 90%，at the same time，the bureau of mines correlation index of unconverted oil can be effectively reduced and the product yield of ethylene plant can be increased.Keywordsstraight-run jet fuel；hydrocracking；chemical feedstockDOI：10.3969/j.issn.1000-8144.2023.09.002收稿日期2023-03-31；修改稿日期2023-06-20。作者简介范思强（1991），男，山东省济宁市人，硕士，工程师，电话 [phone]，电邮 。基金项目辽宁省“兴辽英才”项目（XLYC1807245）；中国石油化工股份有限公司合同项目（118012-2）。随着炼油产能过剩与新能源汽车领域的蓬勃发展，目前炼油化工企业发展趋势已由降低柴汽比调整为“油转化”与“油转特”，即将生产目标由燃料产品转向化工原料与特种油品1-2。加氢裂化工艺由于具有加工原料范围广泛、产品结构灵活等优点而成为炼化企业提质增效、转型升级的核心装置。目前，工业上的已有成熟的蜡油与柴油馏分加氢裂化工艺，可将蜡油馏分与柴油馏分高效转化为催化重整原料与蒸气裂解原料3-4。但对于以常一线馏分为原料进行加氢裂化的研究却鲜见报导，这与常一线馏分可生产喷气燃料有关5。乙烯原料的选择直接影响乙烯装置的产物收率、清焦周期、能耗及物耗，进而影响装置的整体经济效益。常一线馏分为优质轻质馏分，组成中链烷烃含量高、芳烃第 9 期1193含量低，符合“宜烯则烯”的分子炼油理想，为企业拓宽乙烯原料来源提供技术支撑6-17。本工作探究了以常一线馏分为原料进行加氢裂化生产化工原料的可行性，分别考察了转化率、产品切割温度及以常一线馏分为掺炼原料对加氢裂化产品分布与性质的影响。1 实验部分1.1 实验原料选取炼化企业典型常一线馏分为原料油，密度（25）为 786.6 kg/m3、馏程 158 256、硫含量为 186.7 mg/kg、氮含量为 5.8 mg/kg、碳氢原子比为 6.02、芳烃指数（BMCI）为 22.35，重整指数为 56.40%，常一线馏分组成以链烷烃和环烷烃为主。1.2 实验装置与催化剂采用自主研发的针对常一线原料的加氢精制催化剂与裂化催化剂体系18，加氢精制催化剂选用目前工业上广泛应用的 FF-66 催化剂（活性金属为 Mo-Ni），加氢裂化催化剂则选用适合加工轻质油品的 FC-14B 催化剂（活性组分为 W-Ni）。在自制的 200 mL 固定床加氢实验装置上进行加氢裂化实验。加氢裂化装置由进料系统、反应系统及分离循环系统 3 部分组成，进料自上而下通过反应系统，并采用氢气循环流程，氢气为净化处理后的电解氢气，纯度大于 99.9%（）。2 结果与讨论2.1 转化率对于常一线馏分加氢裂化生产化工原料的影响在系统压力 5.8 MPa、精制段体积空速 1.5/2.0 h-1、氢油体积比 8001、精制温度 340 条件下，通过调整加氢裂化段的反应温度（170）使得转化率分别为 30%，40%，50%，60%，70%，以考察转化率对常一线馏分进行加氢裂化的影响，结果见图 1。由图 1 可知，高转化率需要更高的加氢裂化反应温度，且这一增长趋势是逐渐变缓的，同时化学氢耗量也随转化率的增加而提高，但最高值仍低于 1.5%（w）。这是由于常一线原料进行加氢裂化反应遵循碳正离子反应机理，提高裂化反应温度可明显提高转化率。总体来说以常一线馏分为原料进行加氢裂化所需的反应温度与化学氢耗量均相对较低，意味着装置的生产成本较低，使得整体经济效益预期值高。随着转化率增加，尾油产品收率降低，轻石脑油与重石脑油收率增加。低转化率下尾油产品收率可达到 70%以上，高转化率下重石脑油的收率可达 45%以上。这意味该工艺具有极佳的灵活性，企业可通过市场需求变化，灵活调整加氢裂化反应温度以改变装置的产物分布19-20。将转化率与轻石脑油、重石脑油收率进行拟合，得到拟合关系式（1）和式（2）。y=0.004 1x2-0.020 1x-0.908（1）y=0.004 6x2-1.453 9x+110.24 （2）其中，相关系数（R2）均在99.90%以上（式（1）R2=99.92%，式（2）R2=99.90%），说明公式预测能力良好。将预测值与实验值（转化率为 25%，34%，37%，42%，55%，66%时得到重石脑收率）进行比较，两者误差较小，最大误差仅为 3.22%，说明预测公式可指导企业根据全厂物料需求灵活调整产物分布。常一线馏分加氢产品中加氢裂化轻石脑油与尾油可作为蒸气裂解制乙烯原料，但轻石脑油中链烷烃含量与尾油的 BMCI 均会影响乙烯裂解炉的清焦周期，轻石脑油中链烷烃含量越高、尾油的BMCI 越低，清焦周期越长。重石脑油重整指数越高催化重整装置的 BTX（苯，甲苯，二甲苯）收率也越高。本工作采用熊国华等21提出的公式计算乙烯产率（Y），见式（3）。Y=-0.297BMCI+0.046 7T-4.06-5.34（3）式中，T 为裂解温度，；为停留时间，s。图 2 为不同转化率下轻石脑油中链烷烃含量、重石脑油重整指数及尾油的 BMCI。由图 2a 可知，3040506070320330340350360370Hydrocracking temperature/?w/?00.51.01.52.0Conversion/?图 1 不同转化率下裂化温度与化学氢耗量关系Fig.1 Relationship between hydrocracking temperature and chemical hydrogen consumption under different conversion.Refining conditions：5.8 MPa，volume space velocity 1.5/2.0 h-1，hydrogen/oil volume ratio 8001，340.范思强等.常一线馏分生产化工原料加氢裂化工艺研究2023 年第 52 卷石油化工PETROCHEMICAL TECHNOLOGY1194随着转化率的增加轻石脑油中链烷烃含量增加，初期增加明显，当转化率达到 40%后增幅变缓，且均大于原料油中链烷烃含量，当转化率为 70%时轻石脑油中链烷烃含量增幅达 42.06%（与原料中链烷烃含量相比），实现了链烷烃在轻石脑油馏分中的富集目标。由图 2b 可知，重石脑油重整指数随转化率的增加而降低，当转化率为 30%时重石脑油重整指数增加 9.22%（与原料重整指数相比），这有利于催化重整装置高附加值产品 BTX 收率的增加。由图 2c 可知，随着转化率的增加尾油的BMCI 降低（BMCI 的降低可有效提高乙烯产率），初期明显，后期下降趋势变缓，当转化率达到 70%时尾油的 BMCI 比原料的 BMCI 降低 18.48%，乙烯收率可提高 1.23%。综合考虑能耗、氢耗、轻石脑油链烷烃含量、重石脑油重整指数与尾油的BMCI 可知，当转化率为 40%时，以常一线馏分进行加氢裂化可实现最大量生产化工原料且工艺经济最大化，此时轻石脑油收率为 5.70%、链烷烃含量为 73.7%（w），重石脑油收率为 31.83%、重整指数为 58.7%，尾油产品收率为 59.47%、BMCI为 18.74。2.2 不同切割方案对常一线馏分加氢裂化生产化工原料的影响分别在高转化率（70%）与低转化率（30%）下考察重石脑油与尾油馏分切割温度对常一线馏分加氢裂化反应的影响。图 3 为高转化率时不同切割温度下重石脑油与尾油收率及产品性质。由图3 可知，在高转化率下切割温度由 150 升至 190 时，重石脑油收率可由 29.10%提高至 53.82%，相应的尾油收率由 44.23%降至 19.50%。重石脑油重整指数随切割温度的增加而提高，当切割温度为 190 时重整指数达到 55.69%，为优质的重整原料；尾油的 BMCI 则随切割温度的增加而降低，当切割温度为 190 时尾油的 BMCI 降低至17.29，比原料的 BMCI 降低 5.06，乙烯收率可提高 1.50 百分点。从产品性质角度考虑，在高转化率下切割温度设置为 190 最佳，此时可作为优质催化重整原料的重石脑油收率为 53.82%、优质乙烯裂解原料的尾油收率为 19.50%，适合对催化重整原料需求量大的炼化企业选择。1816202224c020406080b10080604020050556065707580aAlkanes content of light naphtha(w)/?Reforming index of heavy naphtha/?BMCI of unconverted oilConversion/?10080604020Conversion/?100806040200Conversion/?图 2 不同转化率下轻石脑油中链烷烃含量（a）、重石脑油重整指数（b）及尾油的 BMCI（c）Fig.2 The alkanes content of light naphtha(a)，the reforming index of heavy naphtha(b)and the BMCI of unconverted oil(c)under different conversion.BMCI：bureau of mines correlation index.Feed oil150160170180190505254565860Reforming index of heavy naphtha/?Cutting temperature/?1618202224BMCI of unconverted oil1401501601701801902000102030405060abProduct yield/?Cutting temperature/?Heavy naphthaUnconverted oil图 3 高转化率（70%）时不同切割温度下重石脑油与尾油收率（a）及产品性质（b）Fig.3 The yield of heavy naphtha(a)and unconverted oil and the product properties(b)at different cutting temperatures with high conversion(70%).第 9 期1195图 4 为低转化率时不同切割温度下重石脑油与尾油收率及产品性质。由图 4 可知，在低转化率下切割温度由 150 升至 190 时，重石脑油收率由 11.07%提高至 47.82%，相应的尾油收率由85.96%降低至 49.21%。重石脑油重整指数随切割温度的增加而提高，尾油的 BMCI 则随切割温度的增加而降低，当切割温度为 190 时重整指数达到62.56%，为优质的重整原料；当切割温度为 190 时尾油 BMCI 降低至 18.30，比原料的 BMCI 降低4.05，乙烯收率可提高 1.20 百分点。低转化率下切割温度设置为 190 时可作为优质催化重整原料的重石脑油收率为 47.82%、优质乙烯裂解原料的尾油收率为 49.21%，适合对催化重整原料与蒸气裂解制乙烯原料同时有较大需求的炼化企业选择。同时在低转化率下切割温度设置为 150 时尾油收率为 85.96%，BMCI 为 20.47，比原料降低 1.88，乙烯收率可提高 0.56 百分点，适合走乙烯路线的炼化企业应用。Feed oil150160170180190Cutting temperature/?1618202224BMCI of unconverted oil585664Reforming index of heavy naphtha/?62601401501601701801902000102030405060708090abProduct yield/?Cutting temperature/?Heavy naphthaUnconverted oil图 4 低转化率（30%）时不同切割温度下重石脑油与尾油收率（a）及产品性质（b）Fig.4 The yield of heavy naphtha(a)and unconverted oil and the product properties(b)at different cutting temperatures with low conversion(30%).2.3 常一线馏分作为掺炼原料进行加氢裂化工艺研究在现有燃料需求与能源结构条件下，以纯常一线馏分为原料进行加氢裂化的应用场景相对较小，但常一线馏分作为原料之一与常二线、常三线馏分进行混合后进行加氢裂化则有比较广泛的应用前景。研究人员将常一线、常二线与常三线馏分按质量比 403030 进行混兑得到混合原料，该混合原料的链烷烃含量为 52.5%（w）、重整指数为60.4%、BMCI 为 20.8。进行加氢裂化得到的轻石脑油收率为 1.62%、链烷烃含量为 68.8%（w），重石脑油收率为 9.12%、重整指数为 67.95%，可作为优质的催化重整原料；尾油产品收率为89.25%、BMCI 为 15.2，为优质的蒸气裂解制乙烯原料。在化学氢耗量仅为 0.76%（w）的条件下实现生产乙烯裂解原料收率为 90.87%（轻石脑油+尾油）同时生产催化重整原料收率为 9.12%。真正意义上实现“油转化”，为企业实现柴油馏分的高附加值利用提供一条可靠的技术路线。3 结论1）转化率为 40%时，以较低的化学氢耗量与装置能耗实现生产高附加值的化工原料（轻石脑油+尾油）收率为 65.17%（w），其中尾油的 BMCI 为 18.74，比原料油降低 3.61，可显著提高乙烯装置收率，同时生产催化重整原料收率为31.83%（w）、重整指数为 58.7%。2）建立转化率与重石脑油、轻石脑油收率的预测公式并与实验值进行对比，误差不大于3.22%，可有效地指导企业根据全厂物料需求灵活调整产物分布。3）对催化重整原料需求较大的企业，可选择在高转化率下进行常一线馏分加氢裂化，同时将重石脑油与尾油的切割温度设置为 190，高重整指数的重石脑油收率可达到 53.82%；以生产乙烯路线为主的企业可选择对常一线馏分进行浅度裂化并将重石脑油与尾油的切割温度设置为 190，此时尾油产品收率可到 86%；而对于同时需要催化重整原料与蒸气裂解制乙烯原料的企业可在低转化率下将切割温度设置为 190，得到作为优质催化重整原料的重石脑油收率为 47.82%、优质乙烯裂解原料的尾油收率为 49.21%。4）常一线馏分作为掺炼原料与常二线、常三线馏分混合后进行加氢裂化，在化学氢耗量仅为范思强等.常一线馏分生产化工原料加氢裂化工艺研究2023 年第 52 卷石油化工PETROCHEMICAL TECHNOLOGY11960.76%（w）的条件下实现生产乙烯裂解原料收率为 90.87%（轻石脑油+尾油）同时生产催化重整原料收率为 9.12%。在目前炼化企业追求向化工型炼化企业转型的趋势下，常一线馏分进行加氢裂化是一条切实可行的技术路线。参 考 文 献1 谢朝钢，叶岗.市场导向炼油企业转型升级的技术选择 J.石油炼制与化工，2019，50（4）：1-6.2 刘朝全，姜学峰，戴家权，等.疫情促变局 转型谋发展2020年国内外油气行业发展概述及2021年展望 J.国际石油经济，2021，29（1）：28-37.3 范思强，乔楠森，王涛，等.加氢裂化技术助力石化产业炼化一体化 J.炼油技术与工程，2022，52（2）：7-12.4 MIAO P，ZHU X，GUO Y，et al.Combined mild hydrocracking and fluid catalytic cracking process for efficient conversion of light cycle oil into high-quality gasoline J.Fuel，2021，292（11）：120364.5 张锐，习远兵，丁石，等.直馏煤油低压加氢精制生产3号喷气燃料技术开发 J.石油炼制与化工，2018，49（9）：6-10.6 吕晓东.国内外乙烯产业分析及展望 J.当代石油石化，2019，27（3）：21-25.7 赵文明.“十四五”乙烯行业高质量发展策略研究 J.化学工业，2020，38（2）：10-20.8 陈菲，刘颖荣，王乃鑫，等.加氢裂化产品分子组成特点及其随转化深度的变化规律研究J.石油炼制与化工，2015，46（4）：103-109.9 孙士可，曾榕辉，吴子明.FD2G催化裂化柴油加氢转化技术工业应用总结 J.炼油技术与工程，2019，405（7）：16-19.10 曹均丰，刘昶，郝文月，等.高芳烃含量柴油加氢裂化产品性质预测 J.炼油技术与工程，2020，413（3）：10-13.11 童军.加氢裂化装置掺炼催化裂化柴油与常三线柴油工况分析 J.炼油技术与工程，2018，393（7）：10-13.12 BECKER P J，CELSE B，GUILLAUME D，et al.A continuous lumping model for 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