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摘要：通過對加氫裂化反應不同轉(zhuǎn)化深度下噴氣燃料產(chǎn)品收率和產(chǎn)品性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)，噴氣燃料產(chǎn)品收率隨著轉(zhuǎn)化率的提高先增加后緩慢降低，當轉(zhuǎn)化率達到95%時，噴氣燃料收率達到大值49.24%；噴氣燃料煙點隨轉(zhuǎn)化率的提高逐漸升高，其中寬餾分噴氣燃料隨轉(zhuǎn)化率提高煙點升高明顯，當轉(zhuǎn)化率為97%時，噴氣燃料煙點可達到33.1mm，而重噴氣燃料煙點受轉(zhuǎn)化率的提高影響較小；芳烴含量先降低后升高，芳烴質(zhì)量分數(shù)低可達到4.6%；冰點與轉(zhuǎn)化率無明顯對應關系，高為-53.7℃，具有較好的低溫流動性；噴氣燃料餾分適宜的終餾點為290℃，與終餾點282℃時相比，其產(chǎn)品收率可增加2.17百分點，煙點可提高1.1mm，冰點為-59.3℃對其低溫性能影響較小。
關鍵詞：加氫裂化噴氣燃料轉(zhuǎn)化深度收率煙點芳烴含量
噴氣燃料為三大油品之一，又稱航空煤油，可作為高速航空渦輪發(fā)動機的燃料，是石油餾分中煤油產(chǎn)品的主要品種。隨著飛機在交通工具中占據(jù)越來越重要的位置，使噴氣燃料在國內(nèi)成品油市場出現(xiàn)供不應求的局面，噴氣燃料需求量年增長13%，遠高于平均水平的5%[1]。預計2020年噴氣燃料年需求量將達到36.5Mt，年均增長6.4%[2]。
噴氣燃料主要通過常減壓蒸餾裝置或加氫裂化裝置生產(chǎn)得到，加氫裂化裝置生成油經(jīng)蒸餾分離可得到噴氣燃料[3]。隨著原油質(zhì)量的變差，噴氣燃料的收率不足10%，加氫裂化技術具有原料適應性強、生產(chǎn)操作和產(chǎn)品方案靈活性大、產(chǎn)品質(zhì)量好等特點，能夠?qū)⒏鞣N重質(zhì)、劣質(zhì)進料直接轉(zhuǎn)化為市場急需的優(yōu)質(zhì)噴氣燃料、柴油、潤滑油基礎料以及化工石腦油和尾油,為蒸汽裂解制乙烯提供原料[4]，截止2012年，加氫裂化裝置總加工能力已達278Mt/a以上，占原油一次加工能力的6.26%[5]，是目前增加噴氣燃料產(chǎn)量的主要手段。
1、實驗
根據(jù)加氫裂化主要目的產(chǎn)品的不同，加氫裂化催化劑可以分為輕油型、靈活型、中油型和尾油型。該實驗選用的中油型加氫裂化催化劑主要用于大量生產(chǎn)中間餾分油產(chǎn)品，這類催化劑通常具有相對較弱的裂化活性和很強的加氫活性，中間餾分油選擇性高且產(chǎn)品質(zhì)量好[6]。實驗以VGO(減壓柴油)為原料。加氫裂化催化劑采用浸漬法制備，以改性Y分子篩為主要酸性組分、鎢鎳為加氫組分，可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的清潔燃料和化工原料。
采用目前加氫裂化裝置普遍采用的一段串聯(lián)一次通過操作模式，在氫分壓15.7MPa、氫油體積比1200∶1、精制反應溫度370～380℃、裂化反應溫度380～410℃、精制段體積空速1.0h-1、裂化段體積空速1.5h-1的反應條件下，考察不同轉(zhuǎn)化深度對噴氣燃料收率及產(chǎn)品性質(zhì)的影響，通過分析不同烴類分子在加氫裂化反應中的反應規(guī)律，確定大量生產(chǎn)噴氣燃料的工藝路線。
本實驗轉(zhuǎn)化率的定義為：原料油中大于350℃餾分的轉(zhuǎn)化比例。轉(zhuǎn)化率代表了加氫裂化的反應深度[7]。
2、結(jié)果與討論
2.1轉(zhuǎn)化深度對噴氣燃料收率的影響
加氫裂化的產(chǎn)品分布和轉(zhuǎn)化深度密切相關，研究不同轉(zhuǎn)化深度下各產(chǎn)品餾分收率的變化規(guī)律，是獲得生產(chǎn)噴氣燃料工藝條件的關鍵。為實現(xiàn)大量生產(chǎn)噴氣燃料的目的，實驗選取噴氣燃料的餾程范圍為132～282℃，在相應實驗條件下，根據(jù)不同餾分油收率變化情況，獲得不同轉(zhuǎn)化深度下加氫裂化產(chǎn)品收率變化規(guī)律，
，隨著轉(zhuǎn)化深度的不斷提高，重石腦油的收率也隨之增加，而噴氣燃料和柴油的收率都呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。當轉(zhuǎn)化率達到85%時，此時的柴油收率，達到16.49%，而當轉(zhuǎn)化率進一步提高后，柴油收率開始逐漸降低，噴氣燃料收率增加緩慢，而重石腦油收率開始快速增加，這說明在較高的反應溫度和轉(zhuǎn)化率下，烴類分子的二次裂解反應開始增加，而大分子柴油組分在加氫裂化反應中的反應速率更快，同時由于競爭吸附的作用使小分子噴氣燃料組分的裂化反應受到一定的抑制，此時的二次裂解反應對噴氣燃料產(chǎn)品的收率還有一定益處。當轉(zhuǎn)化率達到95%時，噴氣燃料收率達到大值49.24%，當進一步提高轉(zhuǎn)化率后，噴氣燃料收率開始降低，這說明有部分噴氣燃料組分開始發(fā)生二次裂解反應。因此，在加氫裂化反應中要獲得大的噴氣燃料收率時，其轉(zhuǎn)化率不能高于95%。
為了進一步考察噴氣燃料收率隨轉(zhuǎn)化深度提高的變化規(guī)律，將餾程范圍為132～282℃的寬餾分噴氣燃料分離為132～165℃的輕噴氣燃料和165～282℃的重噴氣燃料，通過輕、重兩種餾分噴氣燃料的收率變化情況，獲得不同轉(zhuǎn)化深度下不同餾分噴氣燃料產(chǎn)品收率變化規(guī)律
當轉(zhuǎn)化率低于85%時，輕噴氣燃料收率增加緩慢，而重噴氣燃料收率增加較快，這時加氫裂化一次裂解反應仍占主導，重噴氣燃料組分主要由加氫裂化的一次裂解反應獲得；當轉(zhuǎn)化率高于85%時，輕噴氣燃料收率快速增加，而重噴氣燃料收率增加緩慢，此時二次裂解反應增加明顯，但仍對重噴氣燃料收率起到一定的正作用，此時重噴氣燃料的收率也達到大值35.17%；當轉(zhuǎn)化率大于88%時，輕噴氣燃料收率仍快速增加，而重噴氣燃料收率在到達拐點后開始降低，并隨著轉(zhuǎn)化率的提高開始加速降低。這也說明了噴氣燃料餾分偏重，其收率受轉(zhuǎn)化率的影響更明顯，重噴氣燃料收率大值所對應的轉(zhuǎn)化率相比于寬餾分噴氣燃料收率大值所對應的轉(zhuǎn)化率要低。
2.2轉(zhuǎn)化深度對噴氣燃料質(zhì)量的影響
加氫裂化產(chǎn)品中硫、氮等雜質(zhì)含量較低，因而影響噴氣燃料產(chǎn)品性質(zhì)的主要因素是芳烴含量、燃燒性和低溫流動性。研究不同轉(zhuǎn)化深度下噴氣燃料產(chǎn)品中芳烴含量和煙點的變化規(guī)律，是獲得性質(zhì)噴氣燃料產(chǎn)品的關鍵。實驗分別選取餾程范圍為132～282℃的寬餾分噴氣燃料和165～282℃的重噴氣燃料，得出不同轉(zhuǎn)化深度下噴氣燃料煙點和芳烴含量的變化規(guī)律，
隨著轉(zhuǎn)化率的提高，兩種噴氣燃料餾分的煙點都逐漸升高，這主要是因為影響噴氣燃料煙點的主要因素就是其烴類組成，轉(zhuǎn)化率越高，噴氣燃料產(chǎn)品中的烷烴含量就越高。從兩種不同餾分噴氣燃料煙點變化規(guī)律可以看出，重噴氣燃料在轉(zhuǎn)化率達到85%以后煙點明顯增加，寬餾分噴氣燃料在轉(zhuǎn)化率達到95%以后煙點明顯增加，這說明在二次裂解反應開始增加時，反應生成的烷烴大部分富集在重噴氣燃料組分中，使重噴氣燃料煙點明顯升高，而隨著二次裂解反應的加劇，生成的烷烴相對分子質(zhì)量越來越小，且大部分富集在輕噴氣燃料組分中，所以寬餾分噴氣燃料煙點明顯增加，而重噴氣燃料煙點提高不明顯。
從芳烴含量變化規(guī)律可以看出，當轉(zhuǎn)化率達到95%時，不管是重噴氣燃料還是寬餾分噴氣燃料中芳烴質(zhì)量分數(shù)都達到低值，分別為4.6%和5.3%。隨著轉(zhuǎn)化率進一步提高，芳烴含量開始增加，這主要是因為分子結(jié)構(gòu)較小的少量單環(huán)芳烴很難發(fā)生反應。隨著轉(zhuǎn)化率的提高，噴氣燃料餾分中的芳烴含量基本不變，但因其收率降低，導致其芳烴含量增加。
由于寬餾分噴氣燃料中輕組分較多，其低溫流動性較好，在這里不進行考察。選取165～282℃的重噴氣燃料，得出不同轉(zhuǎn)化深度下噴氣燃料冰點的變化規(guī)律，
，轉(zhuǎn)化率的提高與噴氣燃料冰點的變化并沒有直接的線性關系，這說明轉(zhuǎn)化深度的變化不會對噴氣燃料的低溫流動性產(chǎn)生影響；由于加氫裂化反應產(chǎn)物中異構(gòu)烴含量較高，因而其低溫流動性較好，噴氣燃料冰點也能達到-57.3℃。
2.3餾程對噴氣燃料收率和質(zhì)量的影響
調(diào)整餾程也是增產(chǎn)噴氣燃料的主要手段之一，可以通過初餾點前移和終餾點后移來實現(xiàn)多產(chǎn)噴氣燃料的目的。初餾點前移可以提高噴氣燃料煙點，同時改善低溫流動性，在增產(chǎn)噴氣燃料的同時還能提高其產(chǎn)品性質(zhì)。實驗在轉(zhuǎn)化率88%的條件下進行，選取噴氣燃料初餾點為132℃，終餾點分別為282，290，300℃，考察不同終餾點對噴氣燃料收率的影響，得出不同終餾點下噴氣燃料收率的變化規(guī)律，
當噴氣燃料終餾點從282℃提高至290℃時，收率從47.09%提高至49.26%，收率增加2.17百分點；而當終餾點從290℃提高至300℃時，噴氣燃料收率為49.35%，收率增加0.09百分點。這說明在較高的轉(zhuǎn)化深度下，加氫裂化產(chǎn)物中高沸點餾分含量逐漸降低，當噴氣燃料終餾點提至290℃時可以有效提高噴氣燃料收率，進一步提高終餾點對噴氣燃料收率影響較小。
在相同條件下，考察終餾點的變化對噴氣燃料煙點、芳烴含量和冰點的影響，得出不同終餾點噴氣燃料煙點和芳烴含量的變化規(guī)律(見圖7)，冰點的變化規(guī)律
，隨著噴氣燃料終餾點的升高，噴氣燃料中芳烴含量逐漸降低，符合加氫裂化反應分子極性強的大分子芳烴優(yōu)選反應的原理，隨著餾程的變化芳烴含量逐漸降低；當噴氣燃料終餾點由282℃升至290℃時，噴氣燃料煙點明顯提高，這是因為部分富含烷烴的重組分進入到噴氣燃料餾分中；而當終餾點升至300℃時，噴氣燃料煙點無明顯變化，這主要是因為290～300℃組分含量較少，對噴氣燃料產(chǎn)品性質(zhì)的影響不明顯。
從圖8可以看出，隨著噴氣燃料終餾點的升高，噴氣燃料冰點明顯升高，說明大分子烷烴進入到噴氣燃料餾分中對噴氣燃料的低溫流動性影響較大。因此，在多產(chǎn)噴氣燃料時，終餾點選擇290℃既可以有效提高噴氣燃料組分收率，同時也能保證噴氣燃料產(chǎn)品的燃燒性和低溫流動性。
3、結(jié)論
(1)在加氫裂化反應中，由于伴隨著二次裂解反應的存在，想要大幅度提高噴氣燃料產(chǎn)品收率存在一定困難。隨著轉(zhuǎn)化率的提高，噴氣燃料產(chǎn)品收率會出現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當柴油組分開始發(fā)生二次裂解反應時，裂化產(chǎn)物會有一部分富集到輕噴氣燃料餾分中，使其收率增加。當噴氣燃料組分開始發(fā)生二次裂解反應時，噴氣燃料產(chǎn)品收率開始降低。
(2)隨著加氫裂化反應轉(zhuǎn)化深度的提高，噴氣燃料產(chǎn)品中的烷烴含量會逐漸增加，噴氣燃料煙點也逐漸升高；而芳烴的加氫飽和存在一個的反應控制點，在該控制點下芳烴含量低；噴氣燃料的冰點與轉(zhuǎn)化率無明顯的線性關系，主要受原料組成的影響。
(3)通過噴氣燃料終餾點的后移可以有效提高噴氣燃料產(chǎn)品收率，但隨著終餾點的升高，對噴氣燃料收率的影響逐漸降低；在較高的轉(zhuǎn)化深度下，重組分噴氣燃料含量較少，其對噴氣燃料燃燒性的影響較小，但對噴氣燃料的低溫性能影響較為明顯。
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