加氫裂化裝置摻煉二次加工柴油多產(chǎn)噴氣燃料的技術(shù)應(yīng)用

史家亮，于會(huì)泳

(中國石化北京燕山分公司，北京 102500)

近年來隨著國內(nèi)柴油需求平均增長(zhǎng)率的逐步下滑，煉油廠柴汽比結(jié)構(gòu)逐步下降，這使得煉油廠二次加工柴油的再加工成為一大難題。二次加工柴油主要包括催化裂化柴油(簡(jiǎn)稱催柴)和焦化柴油(簡(jiǎn)稱焦柴)，其中催柴芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)60%～90%[1]，使得其十六烷值低至10～30，經(jīng)過苛刻度較低的常規(guī)加氫精制只能提高3～5個(gè)單位[2]，不能滿足京Ⅵ車用柴油標(biāo)準(zhǔn)的要求；而焦柴硫含量高，芳烴含量較高，滿足京Ⅵ車用柴油標(biāo)準(zhǔn)要求也需要較高的加氫深度。而且由這些二次加工柴油即使生產(chǎn)出滿足要求的柴油，也面臨淡季壓庫的問題。這使得二次加工柴油的再加工不僅需要進(jìn)一步優(yōu)化加工路線，而且需要優(yōu)化產(chǎn)品路線。

大量研究結(jié)果表明，加氫裂化技術(shù)由于具有較高的壓力等級(jí)以及一定的開環(huán)深度，可以在二次加工柴油脫除雜原子化合物的同時(shí)，通過深度轉(zhuǎn)化提高柴油的十六烷值[3]，得到完全滿足京Ⅵ車用柴油標(biāo)準(zhǔn)的柴油組分和滿足3號(hào)噴氣燃料要求的噴氣燃料組分。有鑒于此，中國石化北京燕山分公司(簡(jiǎn)稱燕山分公司)2.0 Mt/a加氫裂化裝置在2012—2016年進(jìn)行了摻煉催化裂化柴油的工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果表明完全可以得到滿足最苛刻標(biāo)準(zhǔn)要求的優(yōu)質(zhì)石腦油、煤油、蒸汽裂解原料等產(chǎn)品。本周期由于進(jìn)一步受原油加工量限制的影響，蠟油短缺，裝置長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，裝置能耗偏高，為此進(jìn)一步開展了摻煉二次加工柴油的研究。本文主要介紹摻煉的具體情況。

1 裝置概況

燕山分公司2.0 Mt/a加氫裂化裝置采用中國石化石油化工科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱石科院)開發(fā)的加氫精制和加氫裂化催化劑，流程屬于雙劑串聯(lián)、一次通過的加氫裂化工藝。設(shè)計(jì)原料是減壓蠟油(VGO)和焦化蠟油(CGO)的混合油，主要產(chǎn)品為液化氣、輕重石腦油、噴氣燃料、柴油和尾油，其中尾油作為乙烯裝置的裂解原料。為適應(yīng)首都市場(chǎng)對(duì)噴氣燃料快速增長(zhǎng)的需求，加氫裂化裝置在上周期就進(jìn)行了多產(chǎn)噴氣燃料的技術(shù)改進(jìn)，本周期進(jìn)一步采用了石科院增產(chǎn)噴氣燃料的加氫裂化催化劑及技術(shù)，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中噴氣燃料收率可提高3%～10%。本周期為了平衡廠內(nèi)各類柴油物料，改善柴油的品質(zhì)，前期在VGO中摻煉部分催化裂化裝置來的LCO(0號(hào)柴油)，近期在VGO中改摻一定比例的焦柴。本文主要分析加氫裂化裝置原料中分別摻煉催柴和焦柴對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)、氫耗、產(chǎn)品質(zhì)量以及裝置能耗的影響，并提出保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的建議。

2 原料性質(zhì)

加氫裂化裝置加工的原料主要是常減壓蒸餾裝置來的常三線油、減壓塔塔頂油、減二線油和減三線油，以及摻煉部分催柴或焦柴。表1為蠟油主要性質(zhì)，表2為催柴和焦柴的主要性質(zhì)。

表1 蠟油的主要性質(zhì)

表2 催柴和焦柴的主要性質(zhì)

3 摻煉柴油情況

2.0Mt/a加氫裂化裝置自2016年檢修結(jié)束后開工以來，逐步增加蠟油中催柴的摻煉量，但隨著催柴摻煉比例的提高，工作人員發(fā)現(xiàn)精制反應(yīng)器各床層出口溫度較高，尤其是精制反應(yīng)器二床層出口溫度長(zhǎng)時(shí)間高達(dá)400 ℃。自2017年6月17日起，摻煉組分由催柴改為焦柴，并逐步增加焦柴摻煉量，摻煉焦柴比例可以比摻煉催柴比例高。表3為蠟油摻煉催柴、蠟油摻煉焦柴工況1、蠟油摻煉焦柴工況2 這3種情況下的主要操作條件。

表3 加氫裂化裝置不同原料時(shí)的操作條件

4 摻煉不同柴油對(duì)操作條件及產(chǎn)品的影響

在蠟油中分別摻煉催柴和焦柴時(shí)，由于原料性質(zhì)發(fā)生了變化，對(duì)裝置的操作會(huì)造成一定影響，進(jìn)而影響產(chǎn)品分布及產(chǎn)品質(zhì)量。

4.1 反應(yīng)器床層溫度的變化

由表3可見，催柴和焦柴摻入量過高均會(huì)導(dǎo)致精制反應(yīng)器床層熱點(diǎn)溫度達(dá)到約394 ℃，為了保證運(yùn)轉(zhuǎn)周期，對(duì)工業(yè)裝置上摻入不同二次加工柴油的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了跟蹤，統(tǒng)計(jì)2017年2月8日至5月9日蠟油中摻煉催柴時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)的工藝參數(shù)，以及2017年7月1日至10月1日蠟油中摻煉焦柴時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)的工藝參數(shù)。對(duì)比加工不同原料時(shí)加氫精制反應(yīng)器床層溫度和溫升的變化，結(jié)果見圖1～圖4。

圖1 摻煉不同柴油時(shí)精制反應(yīng)器一床層出口溫度 —蠟油+催柴； —蠟油+焦柴。圖2～圖6同

圖2 摻煉不同柴油時(shí)精制反應(yīng)器二床層出口溫度

圖3 摻煉不同柴油時(shí)精制反應(yīng)器三床層出口溫度

圖4 摻煉不同柴油時(shí)精制反應(yīng)器溫升

由圖1～圖4可見：摻煉催柴時(shí)，精制反應(yīng)器二床層、三床層出口溫度均較高，二床層出口溫度平均值達(dá)到398.7 ℃，三床層出口溫度平均值為392.7 ℃，精制反應(yīng)器總溫升為78.6 ℃；而摻煉焦柴時(shí)，二床層平均溫度明顯高于其它床層。與摻煉焦柴相比，摻煉催柴時(shí)的二床層出口溫度、三床層出口溫度和精制反應(yīng)器總溫升分別高出8.6，3.6，19.4 ℃。這主要是因?yàn)榇卟裰械姆紵N含量比焦柴中高，導(dǎo)致在加氫精制反應(yīng)器中芳烴加氫飽和時(shí)反應(yīng)更劇烈，而芳烴加氫飽和反應(yīng)是劇烈的放熱反應(yīng)，因而芳烴含量更高的催柴加氫時(shí)釋放的熱量更多，表現(xiàn)為精制反應(yīng)器出口溫度更高，床層溫升更高。表明在摻入催柴多產(chǎn)噴氣燃料時(shí)，需要在運(yùn)轉(zhuǎn)周期和摻入量之間進(jìn)行平衡。

4.2 氫耗的變化

工業(yè)生產(chǎn)中，在保證噴氣燃料和尾油產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整裂化反應(yīng)溫度進(jìn)而解決原料的適應(yīng)性。在轉(zhuǎn)化率62%～75%范圍內(nèi)，各摻煉方案中，噴氣燃料和尾油產(chǎn)品收率可以滿足生產(chǎn)需要。裝置加工純蠟油時(shí)氫耗為3.01%，蠟油中摻煉催柴時(shí)氫耗為3.48%，摻煉焦柴時(shí)兩個(gè)工況下的氫耗分別為3.17%和3.00%，平均約為3.10%。因此，加工純蠟油時(shí)耗氫最低，摻煉焦柴時(shí)耗氫次之，摻煉催柴時(shí)耗氫最多。這與表1和表2中各種原料的芳烴含量呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，芳烴中不飽和鍵多，在精制反應(yīng)器中發(fā)生加氫飽和反應(yīng)需要消耗的氫氣量大。以年加工時(shí)間8 400 h、氫氣價(jià)格10 000元/t計(jì)，在現(xiàn)有裝置保證多產(chǎn)噴氣燃料的條件下，與摻煉催柴相比，摻煉焦柴時(shí)氫氣成本降低高達(dá)4 000萬元/a以上。

此外，工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)中還發(fā)現(xiàn)摻煉催柴時(shí)，精制反應(yīng)器二、三床層入口冷氫量長(zhǎng)期處于70 000 m3/h滿量程，控制閥開度最高至80%，存在較大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。摻煉焦柴時(shí)，精制反應(yīng)器二床層入口冷氫量為30 000～40 000 m3/h，三床層入口冷氫量為40 000～55 000 m3/h，冷氫消耗量降低近一半，控制閥開度降至60%左右，滿足正常生產(chǎn)要求。因此，改摻焦柴后，精制段總冷氫量降低50 000～70 000 m3/h，說明床層出口溫度降低，在保證反應(yīng)器安全運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)一步降低了氫耗。

4.3 床層壓降的變化

圖5和圖6為摻煉不同柴油時(shí)精制反應(yīng)器和裂化反應(yīng)器壓差的變化情況。由圖5和圖6可見，從總體趨勢(shì)來看，在蠟油原料中摻煉不同的柴油，摻煉催柴時(shí)精制反應(yīng)器和裂化反應(yīng)器的壓差明顯高于摻煉焦柴時(shí)。對(duì)已裝填催化劑的床層而言，空隙率一定時(shí)，催化劑床層壓降主要受原料雜質(zhì)含量的影響。同時(shí)，催柴的密度明顯高于焦柴，使摻煉催柴時(shí)的流動(dòng)阻力明顯高于摻煉焦柴時(shí)。表4為原料中C7不溶物的含量對(duì)比。由表4可見，對(duì)于原料中C7不溶物的含量，摻煉催柴時(shí)為25.5 μg/g，高于摻煉焦柴時(shí)的20.5 μg/g。雖然有反沖洗過濾器清除雜質(zhì)，但其過濾精度大于25目的雜質(zhì)脫除率為98%，大于15目的雜質(zhì)脫除率僅為70%，因此原料仍然會(huì)攜帶更多的C7不溶物進(jìn)入反應(yīng)器，尤其是精制反應(yīng)器；此外催柴中芳烴含量較高，反應(yīng)更劇烈，床層溫度更高，加快了原料在催化劑表面的結(jié)焦和積炭，造成對(duì)精制反應(yīng)器總壓差的影響明顯大于對(duì)裂化反應(yīng)器總壓差的影響。

圖5 精制反應(yīng)器床層總壓差

圖6 裂化反應(yīng)器床層總壓差

表4 原料中C7不溶物含量對(duì)比 μg/g

4.4 摻煉不同柴油對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

表5～表9分別為加氫裂化裝置摻煉催柴和焦柴時(shí)產(chǎn)品液化氣、重石腦油、噴氣燃料、柴油和尾油的性質(zhì)對(duì)比。由表5可見，由摻煉催柴改成摻煉焦柴后對(duì)液化氣性質(zhì)影響不大，丙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加4.02百分點(diǎn)，異丁烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低3.26百分點(diǎn)。由表6可見，由摻煉催柴改成摻煉焦柴后，重石腦油中的飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加2.88百分點(diǎn)，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低1.35百分點(diǎn)，使得產(chǎn)品重石腦油的芳烴潛含量有所降低，降低了其作為重整料的質(zhì)量。

表5 摻煉催柴和焦柴時(shí)的液化氣性質(zhì)對(duì)比

表6 摻煉催柴和焦柴時(shí)的重石腦油性質(zhì)對(duì)比

表7 摻煉催柴和焦柴時(shí)的噴氣燃料性質(zhì)對(duì)比

由表7可見，在加工量和摻煉比例相同的條件下，由摻煉催柴改為摻煉焦柴后，噴氣燃料中芳烴體積分?jǐn)?shù)由15.7%降至6.1%，噴氣燃料的煙點(diǎn)提高1.5 mm。這是由于催柴中芳烴含量高于焦柴中芳烴含量，而催柴經(jīng)過深度裂化后，部分催柴組分變成噴氣燃料組分，導(dǎo)致噴氣燃料的芳烴含量較高，而芳烴含量越高，煙點(diǎn)越低[4-5]，因此摻煉催柴時(shí)噴氣燃料的煙點(diǎn)低于摻煉焦柴時(shí)。由摻煉催柴改為摻煉焦柴后，噴氣燃料的初餾點(diǎn)由149.9 ℃提高至155.7 ℃，終餾點(diǎn)略有降低，這與原料的反應(yīng)深度和分餾部分的操作調(diào)整有關(guān)。

由表8可見，由摻煉催柴改為摻煉焦柴后，柴油質(zhì)量提高，十六烷值增加3個(gè)單位。由表9可見，由摻煉催柴改為摻煉焦柴后，尾油鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高0.8百分點(diǎn)，BMCI降低0.7，質(zhì)量進(jìn)一步改善。

表8 摻煉催柴和焦柴時(shí)的產(chǎn)品柴油性質(zhì)對(duì)比

表9 摻煉催柴和焦柴時(shí)的尾油性質(zhì)對(duì)比

表10為催化裂化裝置摻煉催柴和焦柴時(shí)的產(chǎn)品分布對(duì)比。由表10可見，在尾油收率相近時(shí)，柴油收率增加7.26百分點(diǎn)，輕石腦油、重石腦油收率分別降低1.99百分點(diǎn)和2.12百分點(diǎn)，噴氣燃料收率降低3.47百分點(diǎn)。收率發(fā)生變化的原因主要有兩方面：一方面焦柴餾程明顯高于催柴，使得在相同尾油收率下，生成油中未轉(zhuǎn)化柴油組分的量更多；另一方面，柴油與噴氣燃料約有50%的重疊組分，冬季柴油需求復(fù)蘇，通過調(diào)整分餾塔操作，有意增加柴油抽出量，減少噴氣燃料抽出量。

表10 摻煉催柴和焦柴時(shí)的產(chǎn)品分布對(duì)比

4.5 能耗的變化

表11為催化裂化裝置摻煉催柴和焦柴時(shí)的能耗對(duì)比。由表11可見，原料中由摻煉催柴改為摻煉焦柴后，綜合能耗升高1.6 MJ/t。原因是摻煉催柴時(shí)反應(yīng)器中的反應(yīng)更劇烈，裂化反應(yīng)器出口溫度高，利用反應(yīng)產(chǎn)物換熱給原料，在保證反應(yīng)加熱爐出口原料溫度一定的情況下，減少了反應(yīng)加熱爐的燃料氣消耗。改摻焦柴后，反應(yīng)熱降低，冷氫量較少，而為了保證總氫油比不變，需要更多氫氣通過加熱爐取熱；改摻焦柴后，低壓蒸汽外送量有所降低，也與反應(yīng)深度調(diào)整、分餾塔的產(chǎn)品切割溫度調(diào)整有關(guān)。當(dāng)反應(yīng)深度低時(shí)，尾油量大，尾油蒸汽發(fā)生器產(chǎn)汽量會(huì)適當(dāng)增加，而第一中段和第二中段回流產(chǎn)汽量會(huì)有所降低；在反應(yīng)深度不變時(shí)，為了改變各產(chǎn)品的抽出量，需要調(diào)整分餾塔的切割溫度，在一定程度上需要改變第一中段回流、第二中段回流量和尾油的量，進(jìn)而改變低壓蒸汽的產(chǎn)量。

表11 摻煉催柴和焦柴時(shí)的能耗對(duì)比

綜上所述，由摻煉催柴改為摻煉焦柴后，在相同反應(yīng)深度下，精制反應(yīng)器各床層出口溫度明顯下降，反應(yīng)器總溫升下降，氫耗下降，精制反應(yīng)器和裂化反應(yīng)器總壓降均下降，噴氣燃料、柴油和尾油的質(zhì)量均得到不同程度的改善。

5 結(jié) 論

(1)在高壓加氫裂化裝置上，摻入一定比例的二次加工柴油可以得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，達(dá)到多產(chǎn)噴氣燃料，壓減柴油的目的。

(2)加氫裂化裝置原料中由摻煉催柴改為摻煉焦柴后，精制反應(yīng)器各床層出口溫度降低，精制反應(yīng)器總溫升降低19.4 ℃，反應(yīng)器總壓降減小。在原料中摻煉催柴時(shí)需要控制摻煉比例，避免造成精制反應(yīng)器總溫升過大，造成催化劑失活速率加快，摻煉焦柴的比例可以比摻煉催柴高，但需要根據(jù)反應(yīng)器床層溫度進(jìn)行適當(dāng)控制。

(3)在保證相近的噴氣燃料和尾油質(zhì)量和收率的情況下，摻煉催柴的氫耗為3.48%，摻煉焦柴的氫耗約為3.10%，由摻煉催柴改為摻煉焦柴后，折算年氫耗成本可降低4 000萬元以上。

(4)由摻煉催柴改為摻煉焦柴后，液化氣質(zhì)量合格，重石腦油芳烴含量降低；噴氣燃料中的芳烴體積分?jǐn)?shù)下降9.6百分點(diǎn)，煙點(diǎn)升高1.5 mm；柴油收率增加7.26百分點(diǎn)，十六烷值增加3個(gè)單位；尾油BMCI值降低0.7；綜合能耗上升1.6 MJ/t。

(5)燕山分公司加氫裂化裝置根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際靈活調(diào)整原料，摻煉催柴、焦柴的技術(shù)應(yīng)用是成功的。在裝置平穩(wěn)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，保證了噴氣燃料和乙烯用尾油的質(zhì)量合格，拓寬了加氫裂化裝置的原料來源，提高了裝置加工負(fù)荷。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 黃新露，關(guān)明華，張學(xué)輝.催化柴油加氫改質(zhì)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化工原料[J].石油化工，2008，37(S)：97-98

[2] 郇興龍.加氫裂化裝置摻煉催化裂化柴油可行性探討[J].化工中間體，2015(1)：37-38

[3] 許雪茹.低、中、高壓催化柴油加氫工藝探討[J].齊魯石油化工，2005，33(2)：83-84

[4] 李立權(quán).加氫裂化裝置操作指南[M].北京：中國石化出版社，2010：20-25

[5] 徐春明，楊朝合.石油煉制工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009：126