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下一代柴油脱蜡技术和先进低温流动性处理的经济效益

D. M. Himsl, H.- C. Schwarzer, W. Reimann, G. Mueller, R. A. Rakoczy

为了减少对气候、环境以及人类的不良影响,在过去的几年中机动车尾气排放的法规中断了进一步的发展。对于个人、公共交通和货物运输而言,内燃机驱动的车辆仍是交通运输的主体。与奥托型汽油发动机相比,柴油型发动机的效率会更高,使用也更普及。不得不说在道路和海上运输中,柴油机在未来依然是车辆和船舶的主要地位。
对于个人交通而言,除了欧盟区,汽油机动车辆依然是地面交通工具的首选。由于发动机技术和燃料特性的影响,柴油发动机比燃烧汽油的奥托型发动机在废弃排放方面更为复杂。氮氧化物(NOx),硫氧化物(SOx),碳氢化合物(HC)和颗粒物质(PM)的排放必须通过燃料规格、发动机技术和废气处理来加以控制。
炼油厂调整燃料规格以遵循法律规范
值得关注的是,EN ISO 590标准规定了超低硫柴油(ULSD)的规格,包括调节物理和化学特性以达到最佳燃烧性能的规格,以及在寒冷气候条件下低温流动性的规格。主要指标包括冷滤点(CFPP)1和浊点(CP)2,也会对倾点(PP)3做出规定。
( 1美国材料与试验协会,ASTM D6371
2美国材料与试验协会,ASTM D5773
3美国材料与试验协会,ASTM D5949)

科莱恩在中间馏分流动改进剂(MDFI)和降凝添加剂(WASA)等调整低温流动性(CFP)的解决方案方面有着近40年的丰富经验。DODIFLOW®和DODIWAX®系列是业内公认的调整低温流动性的有效添加剂。此外,科莱恩还提供诸如抗凝改进剂(WAFI)之类的解决方案。科莱恩的HYDEX®系列作为可在现有装置中进行的简易解决方案,为现有的柴油加氢处理器增加了催化脱蜡功能,是单独的脱蜡操作单元提供的独立解决方案。
为了优化运营,特别是对于聚焦柴油燃料、家用燃料油和喷气燃料的炼油厂,这些燃料产生的大部分中间体都会被送入柴油加氢处理装置。除了轻质馏分,其他都会对低温流动性和其他规格产生严重的负面影响。所用原料混合油的馏程要比纯柴油的馏程大得多。
轻馏分可以直接用于改善低温流动性。重馏分能够调节密度,以作为密度调节混合组分用于较重的燃料油(有时称为通量)。图1.1显示了一个典型的馏分油加氢处理的流程方案,图1.2则展示了使用这一方案产生的产品分布情况。

在进行了一系列以加氢脱硫为主要目的的操作之后,会出现另一个结果就是产品分布。如果使用之前提到的进料分组,就能得到优于要求标准的低温流动性。结合脱硫(HDS)、脱氮(HDN)、芳烃饱和(ASAT)和烯烃饱和(OSAT)的氢化过程,虽然密度能够得到降低,但低温流动性却受到了影响(图1.3)。

图1.3

值得关注的是,浊点可以通过降低初沸点和终沸点来进行下调。通过调整柴油产品的分馏点,两用煤油会转化为柴油产品。这种柴油产品在最糟的情况下,会残留很大一部分重馏分(图1.2)。
在最后的柴油混合和添加其他混兑组分的阶段,CFP和中间馏分流动改进剂被用于调整最终的冷滤点。在很多情况下,十六烷值和润滑性也需要进行调整。科莱恩的DODILUBE®和DODICETTM添加剂能够协助调整。图2.1显示了催化脱蜡层作为嵌入层夹在加氢脱硫催化剂之间。这种解决方案为调整低温流动性提供了一定的灵活度。

在这种情况下,可以在柴油产品中加入含量更高的重馏分油。在脱蜡过程能够抵消重馏分油对低温流动性产生的负面影响,同时减少产生的两用煤油(图2.2和2.3)。因此,产生额外的石脑油(粗石脑油)和天然气会损失煤油和柴油的收率。

新的脱蜡解决方案
从图3收率角度能够看出联合脱蜡法的卓越效果。在馏分油的加工过程中,HYDEX®G的脱蜡苛刻度降至最低要求,最后通过定制的DODIFLOW®/DODIWAX®配方将冷滤点调至所需水平。降低HYDEX®G的脱蜡苛刻度更便于操作,有利于保持整体的氢气平衡。

当炼油厂面对当下日益严峻的低质量原油转换挑战。一项有关HYDEX®G 和DODIFLOW®的使用联合方案近期在运营层面上已初步完成,目前正在评估获得的数据。
此外,我们还启动了一项研发计划,希望在馏分油脱蜡过程中加入新的脱蜡催化剂,经过对多种材料的筛选,我们得到了一种独特的脱蜡催化剂,能够提供更优化的柴油收率和煤油馏分。经过实验显示,这种催化剂能够更显著地改善低温流动性,同时带来更高的收率。图4显示了从含有超过20%wt的正构烷烃的馏分油中所观察到的一小段数据。

新一代HYDEX®E已蓄势待发
嵌入式脱蜡在应用HYDEXG的情况下,尤其在苛刻造作条件下(高脱蜡床温度,浊点大幅降低),脱蜡层排出的废液并非完全不含烯烃。(如图5)所示。应用HYDEX®E可降低密度,以实现2%的最小体积膨胀。通过常规方法计算,CI可提高3个点。在芳烃分布方面,HYDEX®E能够将多环芳烃转化为单芳烃。
(《技术数据手册——炼油》,第六版,美国石油学会,1997 年 4 月,formula 2D13.1,第 2-42 页。)

结论
催化脱蜡和低温流动添加剂已经成为一种有效的方法,能够改善低温流动性各方面的特性。这种方法能够帮助世界各地的炼油厂最大化收率和高价值馏分,减少优质产品库存,增加利润,具备巨大的商业价值。随着HYDEX®E的推出可进一步优化柴油收率,并得到高硫含量和重质原油原料,同时减少大部分有害副产物的形成,提供更高的成本效益,促进可持续性发展。
参考文献
[1] 美国材料与试验协会,ASTM D6371。
[2] 美国材料与试验协会,ASTM D5773。
[3] 美国材料与试验协会,ASTM D5949。
[4] R.A. Rakoczy 和P.M. Morse,《烃加工》,2013 年7 月,第67 – 69 页。
[5] E.O. Koehler,“沸石催化脱蜡提高超低硫柴油生产的盈利能力”;徐如人、高滋、陈接胜和闫文付,“从沸石到多孔材料”;第40 届国际沸石大会表面科学与催化研究,《Elsevier》,2007 年,第7-12 页。
[6] 《技术数据手册——炼油》,第六版,美国石油学会,1997 年4 月,formula 2D13.1,第2-42 页。

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