镇海炼化含硫原油加工实践

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1、- 1 - 镇海炼化含硫原油加工实践镇海炼化含硫原油加工实践 任炽刚任炽刚 2007 年 7 月 自 20 世纪九十年代以来，中国经济快速增长，GDP 增长率年均达 10.1左右。国民经济的快速发展推动了国内石油及其产品的需求，其中原油的消费量从 1.10 亿吨起逐年增长，年均增长 7.2；成品油消费量年均增长 8.4；乙烯的表观消费量年均增长 15.5%；五大合成树脂表观消费量年均增长 15.9%；合成纤维表观消费量年均增长 15.9；合成纤维原料表观消费量年均增长 17%。 而与中国经济的持续增长，国内石油消耗总量也迅速放大相背离的是国内石油的生产和供应增速相对缓慢，致使国内石油供求矛盾显

2、现。1980 年以来，中国石油产量增速极其有限，19791985 年间年均增速为 3.6；19851990 年间年均增速为 2.0；19901995 年间年均增速为 1.6；19952000 年间年均增速为 1.5。预计到 2010 年和 2020 年中国的石油产量将会分别位于 1.561.87 亿吨和 1.352.20 亿吨区间； 而同时中国石油需求量将会分别达到 3.353.68 亿吨和 4.305.50 亿吨区间，供求缺口在不断扩大。 石油进口的快速增长是中国石油供求矛盾发展的必然结果。1985 年以前中国石油出口基本保持在 20004000 万吨的水平，但是，自 1985 年后石油进口

3、逐步升高，1993 年中国成为石油净进口国，1996 年后上升幅度迅速放大。 随着中国对外石油依赖程度不断加深，中国需要建设相应的加工国外原油的炼油基地。 镇海炼化拥有非常好的作为加工进口原油基地条件， 其中拥有良好的港口和交通运输条件， 可以有效地降低原油运输费用，例如，使用 25 万吨级的油轮从中东运输原油到我国沿海港口的运费约为 9.8-14.4US$/吨，要比使用 10 万吨级的油轮平均节约运费 3.6 US$/吨，原油从沿海港口向内地运输又需要一大笔运费，而镇海炼化有可以停泊 25 万吨油轮的固定码头，码头和炼油厂的距离很近，原油的运输和装卸成本大大降低。其次镇海炼化地处经济发达的华

4、东地区，靠近成品油消费中心地区；并拥有可以充分利用的土地、水源、电力等资源及可依托的社会条件。 - 2 - 中东地区拥有丰富的油气资源，储量大、产量高、开采成本低，是世界上无可替代的主要能源供应地，也是世界最主要的原油出口基地。据油气杂志统计，2005 年中东已探明石油储量为 1014 亿吨，占世界总探明储量的57.5%，是石油探明储量最高的地区。从长远考虑，由於中国与中东各国一直保持着良好的国际关系，经贸合作不断扩大，并保持着较大的贸易顺差，中国有可能将中东原油作为主要进口地区之一。而中东国家也在努力寻找亚太地区的石油贸易伙伴。无论在石油资源量上，还是在地缘关系、交通条件上，中东地区将是中国

5、石油进口贸易的主要供应地。因此选择中东地区的原油作为国内加工进口原油的基础是可行的。 但是中东原油的性质与国内原油性质差别很大， 主要表现在原油硫含量比国内所有的原油都高， 但轻油收率比国内原油高，渣油收率较低。因此建设加工中东含硫原油基地不仅要有良好的外部条件，还要选择好适合的加工路线。 表 1 中东原油主要性质 原油种类 伊朗锡瑞 伊朗轻质 伊朗重质 沙特轻质 沙特中质 科威特 硫含量,w% 1.95 1.49 2.12 2.03 2.63 2.72 氮含量，ppm 1425 1742 2484 794 1088 1105 密度，20,Kg/m3 964.2 859.4 879.6 866

6、.0 875.3 876.0 凝点， 50%的条件下，DAO 中金属和残炭含量可以控制在较低的水平，与减压蜡油调和后可以作为蜡油加氢的原料。硬沥青 DOA 中残炭、硫、镍、钒、粘度与渣油相比高出很多，需要采取适当的技术措施才能够作为合成氨气化原料。 化肥气化炉运行情况 我公司化肥气化炉采用美国德士古公司的渣油部分氧化技术， 采用 DOA 作原料后， 为了解决 DOA 中残炭、 硫、镍、钒、粘度高的问题，对化肥装置进行了部分改造，主要内容包括改造原料输送系统，新增两台螺杆泵，解决原料粘度增加后的原料输送问题；新增一组加热器，提高进气化炉脱油沥青温度，降低脱油沥青粘度，满足烧嘴雾化性能要求；新增了

7、碳黑开路系统，以适应高金属含量、高灰份的 DOA 原料。 表 28 气化炉使用的脱油沥青与原设计渣油主要性质对比表 项目 单位 A 油 B 油 脱油沥青 比重 g/cm3(D 420) 0.978 0.9675 1.03-1.08 粘度 mm2/s(100) 908 352.62 3290-12000 残炭 % 14 17.65 24-28 硫 % 1.58 0.48 1.1-4.2 镍 mg/kg 34 34 36-136 钒 mg/kg 4 0.81 26-521 灰份 % 0.04 0.03 0.084-0.17 低热值 J/g 41085 42450 39520-39790 碳黑开路系

8、统的改造主要是为了满足气化炉全量使用脱油沥青而进行的， 目的是解决含重金属未燃尽残留物对气化炉的影响。对排出系统外含重金属未燃尽残留物的碳黑滤饼，经无能耗脱水处理后，通过自主开发的碳黑助燃技术，作为 CFB 锅炉燃料，从而达到碳黑的综合利用，满足了环保要求。 化肥原料改造于 2002 年 9 月完成投用，改造后气化炉一直使用高粘度、高灰分、高硫、高残炭的劣质脱油沥青作原料从改造后运行的情况来看，气化炉仍能保持长周期运行，并且负荷仍保持在 115%左右，最高运行负- 22 - 荷曾达 119%，满足了装置高负荷运行要求。气化炉的碳黑生成量得到有效的控制，实际排放碳黑量2.5%。改造后螺杆泵输送粘

9、度可高达 12000mm2/s（100），解决了高粘度劣质油的输送问题。 碳黑开路系统投用后，整体运行情况较正常，很好地解决了脱油沥青中的金属灰分对气化炉的影响。与碳黑萃取系统相比，碳黑开路系统的操作难度明显降低，操作平稳性增强。另外碳黑开路系统的能量回收更加合理，停运碳黑萃取系统，不但节省了石脑油消耗，还节省了蒸汽消耗；同时由于水质改善，废水的排放处理量可大大减少（从原来的 25m3/h 降至 67m3/h），这不但能节约清洁水补入量，还能减少环保装置的加热汽提蒸汽量。 、 生产沥青： 中东原油中的蜡含量低，胶质、沥青质含较高，减压渣油中氢（H）、碳（C）原子比低，可以生产优质道路沥青。 表

10、 29 部分中东原油的沥青特性 原油品种 伊朗轻油 伊朗重油 沙特中质 科威特 蜡含量，W% 4.38 1.58 1.55 1.51 胶质，W% 10.05 15.59 10.91 11.63 沥青质，W% 0.79 1.68 3.38 2.28 渣油中的氢含量，W% 10.85 10.15 10.70 10.32 渣油中的碳含量，W% 87.83 88.43 88.30 85.01 镇海炼化采用两种方法生产道路沥青，一种是减压深拔，二是采用渣油半氧化工艺。镇海炼化自九十年代末采用中东原油生产出重交通道路沥青后，成为国内重要的沥青生产厂。2003 年 12 月镇海炼化又生产出国内首批Fl 赛道

11、专用重交通道路沥青。 F1 赛道专用重交沥青以中东原油为原料，通过常减压蒸馏深拔，减压渣油继续经过半氧化，最终获得的优质沥青。 在生产 F1 赛道沥青上，镇海炼化首先对原料进行了控制，一是常减压装置加工的原油，二是氧化沥青的原料一减压渣油。为保证 F1 专用原油的纯度，实行了专罐储存、专线输送。 Fl 沥青的生产原则是“常减压尽可能深拔，半氧化尽力做到浅度、缓和”。 减压渣油作为半氧化沥青的原料，其质量控制是 Fl 沥青生产的首要环节。为保证沥青质量稳定，确定常减压装置的生产原则是加工负荷适宜，减顶温度控制要低，以确保高真空度，减压炉出口温度要低，以减少渣油温度高裂解影响沥青的低温延度，为控制

12、馏出口的渣油针入度，减底吹汽要适宜。 - 23 - 表 30 生产 F1 沥青常减压装置主要条件 项目 指标 加工量,吨/天 22000 常压炉出口温度, 350-370 减压炉出口温度, 350-390 减压塔顶残压,Kpa 1.6-2.0 减顶温度, 40-50 根据上述操作条件，稳定调整操作，渣油馏出口质量平稳，分析数据见表制得半氧化沥青原料，主要质量达到了半氧化原料的质量控制。 表 31 生产 F1 沥青减压渣油主要指标 项目 原料分析数据 针入度,10-1 mm 92 延度,15/cm 150 软化点, 45.6 含蜡量(蒸馏法),% 1.89 TFOT 后 质量损失,% 0.05

13、针入度比,% 66.3 延度,15/cm 150 在随着的氧化工艺中，对各氧化条件进行了分析，表明氧化温度对沥青产品的延度影响最敏感，宜尽量向低限控制，才能做到缓和浅度氧化;氧化时间可由加工量和氧化塔液面来确定，由于风是从氧化塔底部向上运动并与沥青反应的，过低的液面可能造成氧化风与沥青接触不充分，因此，在确定了氧化反应的最低液面后，可通过改变进料来调整氧化时间。产品的延度在氧化时间较短时变化较慢，当氧化时间延长到一定时，产品的延度随着氧化时间延长而急剧下降。因此通过控制氧化温度、氧化时间、氧化风量这三个影响沥青质量的三个主要工艺操作条件，在经过进料量、氧化塔液面以及氧化风量等工艺条件反复调整摸

14、索，综合考虑各种影响因素，确定了如下的操作条件: 表 32 生产 F1 沥青半氧化主要操作条件 项目 指标 反应温度 140 一 171“C; 氧化塔液面 10. 10 m; 进料流量 20-31 t/h; 氧化风量 1100-1800 Nm3/h 根据上述操作条件，2003 年 12 月生产的首批 Fl 赛道专用重交沥青 463 t，产品质量分析数据见下表，结果全部达到 Fl 赛道专用重交沥青设计指标。 - 24 - 表 33 F1 沥青主要分析数据 项目 设计指标 分析数据 针入度,10-1 mm 60-70 69 延度,15/cm 150 150 软化点, 48-56 48.5 闪点,

15、230 230 含蜡量(蒸馏法),% 2.0 1.92 密度,15,g/cm3 1.01 1.02 溶解度(三氯乙烯),% 99.5 99.8 TFOT 后 质量损失,% 0.5 0.05 针入度比,% 70 71.01 延度,15/cm 100 105 二、 氢气资源的优化利用 加工中东含硫原油离不开加氢工艺，镇海炼化拥有石脑油加氢、柴油加氢和蜡油加氢等一系列的加氢装置，总能力占到原油加工能力的 70%以上。加氢装置的发展增加了对氢气需求，氢气成本的高低直接影响了加工中东含硫原油的经济性。 镇海炼化现有产氢装置包括两套重整装置、化肥装置、两套蒸汽转化制氢装置、贫氢气体膜分离制氢装置。各装置的

16、氢气成本如下： 表 34 镇海炼化氢气成本的测算 生产装置 连续重整 化肥 蒸汽转化制氢 膜分离 原料 脱油沥青 脱油沥青 石油焦 干气 天然气 石脑油 干气 氢气成本,元/Nm3 0.28 1.19 0.52 1.02 1.18 0.91 1.91 0.3 注：按市场价；按总部定价 从成本测算来看,在各氢气源中， 重整氢作为装置的副产物， 成本最低;其次是膜分离氢， 再次为天然气制氢，然后为石油焦、化肥氢制氢和干气制氢，最高为石脑油制氢。镇海炼化在生产中，按照氢气来源成本的高低，优先使用低成本的氢气。 镇海炼化在氢气的优化利用上，首先是将重整装置满负荷运转，提高运行苛刻度，多产氢；其次是用好化肥氢和膜分离氢；在产品质量满足产品标准的前提下，控制加氢深度，实现停开制氢装置。 1、化肥氢的优化利用 化肥氢纯度高，达 95V%以上，压力也高，为 7.2MPa，最大供氢量可到 50000Nm3/h，可以不