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深度好文|多产喷气燃料加氢裂化工艺技术

 发布时间:2020-10-23 点击量:362
  摘要:通过对加氢裂化反应不同转化深度下喷气燃料产品收率和产品性质的研究发现,喷气燃料产品收率随着转化率的提高先增加后缓慢降低,当转化率达到95%时,喷气燃料收率达到最大值49.24%;喷气燃料烟点随转化率的提高逐渐升高,其中宽馏分喷气燃料随转化率提高烟点升高明显,当转化率为97%时,喷气燃料烟点可达到33.1mm,而重喷气燃料烟点受转化率的提高影响较小;芳烃含量先降低后升高,芳烃质量分数低可达到4.6%;冰点与转化率无明显对应关系,高为-53.7℃,具有较好的低温流动性;喷气燃料馏分适宜的终馏点为290℃,与终馏点282℃时相比,其产品收率可增加2.17百分点,烟点可提高1.1mm,冰点为-59.3℃对其低温性能影响较小。
 
  关键词:加氢裂化喷气燃料转化深度收率烟点芳烃含量
 
  喷气燃料为三大油品之一,又称航空煤油,可作为高速航空涡轮发动机的燃料,是石油馏分中煤油产品的主要品种。随着飞机在交通工具中占据越来越重要的位置,使喷气燃料在国内成品油市场出现供不应求的局面,喷气燃料需求量年增长13%,远高于国际平均水平的5%[1]。预计2020年喷气燃料年需求量将达到36.5Mt,年均增长6.4%[2]。
 
  喷气燃料主要通过常减压蒸馏装置或加氢裂化装置生产得到,加氢裂化装置生成油经蒸馏分离可得到喷气燃料[3]。随着原油质量的变差,喷气燃料的收率不足10%,加氢裂化技术具有原料适应性强、生产操作和产品方案灵活性大、产品质量好等特点,能够将各种重质、劣质进料直接转化为市场急需的优质喷气燃料、柴油、润滑油基础料以及化工石脑油和尾油,为蒸汽裂解制乙烯提供原料[4],截止2012年,加氢裂化装置总加工能力已达278Mt/a以上,占原油一次加工能力的6.26%[5],是目前增加喷气燃料产量的主要手段。
 
  1、实验
 
  根据加氢裂化主要目的产品的不同,加氢裂化催化剂可以分为轻油型、灵活型、中油型和尾油型。该实验选用的中油型加氢裂化催化剂主要用于最大量生产中间馏分油产品,这类催化剂通常具有相对较弱的裂化活性和很强的加氢活性,中间馏分油选择性高且产品质量好[6]。实验以VGO(减压柴油)为原料。加氢裂化催化剂采用浸渍法制备,以改性Y分子筛为主要酸性组分、钨镍为加氢组分,可以生产优质的清洁燃料和化工原料。
 
  采用目前加氢裂化装置普遍采用的一段串联一次通过操作模式,在氢分压15.7MPa、氢油体积比1200∶1、精制反应温度370~380℃、裂化反应温度380~410℃、精制段体积空速1.0h-1、裂化段体积空速1.5h-1的反应条件下,考察不同转化深度对喷气燃料收率及产品性质的影响,通过分析不同烃类分子在加氢裂化反应中的反应规律,确定最大量生产喷气燃料的工艺路线。
 
  本实验转化率的定义为:原料油中大于350℃馏分的转化比例。转化率代表了加氢裂化的反应深度[7]。
 
  2、结果与讨论
 
  2.1转化深度对喷气燃料收率的影响
 
  加氢裂化的产品分布和转化深度密切相关,研究不同转化深度下各产品馏分收率的变化规律,是获得生产喷气燃料工艺条件的关键。为实现最大量生产喷气燃料的目的,实验选取喷气燃料的馏程范围为132~282℃,在相应实验条件下,根据不同馏分油收率变化情况,获得不同转化深度下加氢裂化产品收率变化规律,
 
  ,随着转化深度的不断提高,重石脑油的收率也随之增加,而喷气燃料和柴油的收率都呈现出先升高后降低的趋势。当转化率达到85%时,此时的柴油收率,达到16.49%,而当转化率进一步提高后,柴油收率开始逐渐降低,喷气燃料收率增加缓慢,而重石脑油收率开始快速增加,这说明在较高的反应温度和转化率下,烃类分子的二次裂解反应开始增加,而大分子柴油组分在加氢裂化反应中的反应速率更快,同时由于竞争吸附的作用使小分子喷气燃料组分的裂化反应受到一定的抑制,此时的二次裂解反应对喷气燃料产品的收率还有一定益处。当转化率达到95%时,喷气燃料收率达到最大值49.24%,当进一步提高转化率后,喷气燃料收率开始降低,这说明有部分喷气燃料组分开始发生二次裂解反应。因此,在加氢裂化反应中要获得最大的喷气燃料收率时,其转化率不能高于95%。
 
  为了进一步考察喷气燃料收率随转化深度提高的变化规律,将馏程范围为132~282℃的宽馏分喷气燃料分离为132~165℃的轻喷气燃料和165~282℃的重喷气燃料,通过轻、重两种馏分喷气燃料的收率变化情况,获得不同转化深度下不同馏分喷气燃料产品收率变化规律
 
  当转化率低于85%时,轻喷气燃料收率增加缓慢,而重喷气燃料收率增加较快,这时加氢裂化一次裂解反应仍占主导,重喷气燃料组分主要由加氢裂化的一次裂解反应获得;当转化率高于85%时,轻喷气燃料收率快速增加,而重喷气燃料收率增加缓慢,此时二次裂解反应增加明显,但仍对重喷气燃料收率起到一定的正作用,此时重喷气燃料的收率也达到最大值35.17%;当转化率大于88%时,轻喷气燃料收率仍快速增加,而重喷气燃料收率在到达拐点后开始降低,并随着转化率的提高开始加速降低。这也说明了喷气燃料馏分偏重,其收率受转化率的影响更明显,重喷气燃料收率最大值所对应的转化率相比于宽馏分喷气燃料收率最大值所对应的转化率要低。
 
  2.2转化深度对喷气燃料质量的影响
 
  加氢裂化产品中硫、氮等杂质含量较低,因而影响喷气燃料产品性质的主要因素是芳烃含量、燃烧性和低温流动性。研究不同转化深度下喷气燃料产品中芳烃含量和烟点的变化规律,是获得性质喷气燃料产品的关键。实验分别选取馏程范围为132~282℃的宽馏分喷气燃料和165~282℃的重喷气燃料,得出不同转化深度下喷气燃料烟点和芳烃含量的变化规律,
 
  随着转化率的提高,两种喷气燃料馏分的烟点都逐渐升高,这主要是因为影响喷气燃料烟点的主要因素就是其烃类组成,转化率越高,喷气燃料产品中的烷烃含量就越高。从两种不同馏分喷气燃料烟点变化规律可以看出,重喷气燃料在转化率达到85%以后烟点明显增加,宽馏分喷气燃料在转化率达到95%以后烟点明显增加,这说明在二次裂解反应开始增加时,反应生成的烷烃大部分富集在重喷气燃料组分中,使重喷气燃料烟点明显升高,而随着二次裂解反应的加剧,生成的烷烃相对分子质量越来越小,且大部分富集在轻喷气燃料组分中,所以宽馏分喷气燃料烟点明显增加,而重喷气燃料烟点提高不明显。
 
  从芳烃含量变化规律可以看出,当转化率达到95%时,不管是重喷气燃料还是宽馏分喷气燃料中芳烃质量分数都达到低值,分别为4.6%和5.3%。随着转化率进一步提高,芳烃含量开始增加,这主要是因为分子结构较小的少量单环芳烃很难发生反应。随着转化率的提高,喷气燃料馏分中的芳烃含量基本不变,但因其收率降低,导致其芳烃含量增加。
 
  由于宽馏分喷气燃料中轻组分较多,其低温流动性较好,在这里不进行考察。选取165~282℃的重喷气燃料,得出不同转化深度下喷气燃料冰点的变化规律,
 
  ,转化率的提高与喷气燃料冰点的变化并没有直接的线性关系,这说明转化深度的变化不会对喷气燃料的低温流动性产生影响;由于加氢裂化反应产物中异构烃含量较高,因而其低温流动性较好,喷气燃料冰点也能达到-57.3℃。
 
  2.3馏程对喷气燃料收率和质量的影响
 
  调整馏程也是增产喷气燃料的主要手段之一,可以通过初馏点前移和终馏点后移来实现多产喷气燃料的目的。初馏点前移可以提高喷气燃料烟点,同时改善低温流动性,在增产喷气燃料的同时还能提高其产品性质。实验在转化率88%的条件下进行,选取喷气燃料初馏点为132℃,终馏点分别为282,290,300℃,考察不同终馏点对喷气燃料收率的影响,得出不同终馏点下喷气燃料收率的变化规律,
 
  当喷气燃料终馏点从282℃提高至290℃时,收率从47.09%提高至49.26%,收率增加2.17百分点;而当终馏点从290℃提高至300℃时,喷气燃料收率为49.35%,收率增加0.09百分点。这说明在较高的转化深度下,加氢裂化产物中高沸点馏分含量逐渐降低,当喷气燃料终馏点提至290℃时可以有效提高喷气燃料收率,进一步提高终馏点对喷气燃料收率影响较小。
 
  在相同条件下,考察终馏点的变化对喷气燃料烟点、芳烃含量和冰点的影响,得出不同终馏点喷气燃料烟点和芳烃含量的变化规律(见图7),冰点的变化规律
 
  ,随着喷气燃料终馏点的升高,喷气燃料中芳烃含量逐渐降低,符合加氢裂化反应分子极性强的大分子芳烃优选反应的原理,随着馏程的变化芳烃含量逐渐降低;当喷气燃料终馏点由282℃升至290℃时,喷气燃料烟点明显提高,这是因为部分富含烷烃的重组分进入到喷气燃料馏分中;而当终馏点升至300℃时,喷气燃料烟点无明显变化,这主要是因为290~300℃组分含量较少,对喷气燃料产品性质的影响不明显。
 
  从图8可以看出,随着喷气燃料终馏点的升高,喷气燃料冰点明显升高,说明大分子烷烃进入到喷气燃料馏分中对喷气燃料的低温流动性影响较大。因此,在多产喷气燃料时,终馏点选择290℃既可以有效提高喷气燃料组分收率,同时也能保证喷气燃料产品的燃烧性和低温流动性。
 
  3、结论
 
  (1)在加氢裂化反应中,由于伴随着二次裂解反应的存在,想要大幅度提高喷气燃料产品收率存在一定困难。随着转化率的提高,喷气燃料产品收率会出现先升高后降低的趋势。当柴油组分开始发生二次裂解反应时,裂化产物会有一部分富集到轻喷气燃料馏分中,使其收率增加。当喷气燃料组分开始发生二次裂解反应时,喷气燃料产品收率开始降低。
 
  (2)随着加氢裂化反应转化深度的提高,喷气燃料产品中的烷烃含量会逐渐增加,喷气燃料烟点也逐渐升高;而芳烃的加氢饱和存在一个的反应控制点,在该控制点下芳烃含量低;喷气燃料的冰点与转化率无明显的线性关系,主要受原料组成的影响。
 
  (3)通过喷气燃料终馏点的后移可以有效提高喷气燃料产品收率,但随着终馏点的升高,对喷气燃料收率的影响逐渐降低;在较高的转化深度下,重组分喷气燃料含量较少,其对喷气燃料燃烧性的影响较小,但对喷气燃料的低温性能影响较为明显。
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