降低柴汽比的技術(shù)措施在某煉油廠的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

王樹利 李林 孫麗琳

中國(guó)石油蘭州石化公司煉油廠

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國(guó)成品油消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，突出表現(xiàn)在柴汽比方面，柴油消費(fèi)明顯放緩，汽油消費(fèi)增長(zhǎng)較快，柴汽比呈下降趨勢(shì)，已從2010年的2.17降至2014年的1.61，2015年進(jìn)一步降至1.46[1]。有研究預(yù)測(cè)，從中國(guó)的經(jīng)濟(jì)增速、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、汽車行業(yè)及房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展來(lái)看，到2030年，柴汽比將繼續(xù)降至0.90[2]，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)柴油消費(fèi)增長(zhǎng)將慢于汽油。面對(duì)這種變化趨勢(shì)，為適應(yīng)市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效，煉油廠優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低柴汽比勢(shì)在必行。國(guó)內(nèi)煉油廠降低柴汽比主要措施從增產(chǎn)汽油、減產(chǎn)柴油、優(yōu)化利用或消化柴油資源等方面考慮。增產(chǎn)汽油措施包括增加烷基化油產(chǎn)量、增大異構(gòu)化裝置規(guī)模、提高催化裂化、重整裝置加工負(fù)荷等；減產(chǎn)柴油措施包括改進(jìn)生產(chǎn)工藝、增大催化柴油等劣質(zhì)柴油加氫裂化規(guī)模等；優(yōu)化利用或消化柴油資源包括以輕柴油替代部分直餾石腦油用作乙烯裂解裝置原料[3]。某煉油廠結(jié)合自身加工流程，通過(guò)優(yōu)化裝置操作條件、優(yōu)化常減壓裝置重柴油加工流程、應(yīng)用新型催化裂化催化劑、催化裂化裝置MIP技術(shù)改造、烷基化裝置擴(kuò)能改造等，有效地降低了柴油產(chǎn)量。

1 降低柴汽比的技術(shù)措施

1.1 裝置操作優(yōu)化

1.1.1常減壓裝置操作優(yōu)化

(1) 常減壓裝置常三線重柴油95%餾出溫度正常控制指標(biāo)為≤380 ℃，實(shí)際生產(chǎn)中按照≤365 ℃控制，以降低柴油收率，實(shí)施后柴油質(zhì)量收率降低約2%。

(2) 將部分常二線輕柴油作為乙烯裂解裝置原料。

1.1.2催化裂化裝置操作優(yōu)化

(1) 通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)，在滿足半成品罐汽油質(zhì)量的前提下，將一套催化裂化裝置汽油干點(diǎn)由196～201 ℃提高至198～203 ℃，將二套催化裂化裝置汽油干點(diǎn)由198～202 ℃提高至201～203 ℃，以提高汽油收率。

(2) 將一套催化裂化裝置反應(yīng)溫度由502～504 ℃提高至510～515 ℃，二套催化裂化裝置反應(yīng)溫度由502～504 ℃提高至505～506 ℃，以加大催化反應(yīng)深度，提高催化轉(zhuǎn)化率，實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)汽油、少產(chǎn)柴油的目的。

1.1.3柴油加氫裝置操作優(yōu)化

將柴油加氫裝置石腦油干點(diǎn)由190～200 ℃提高至195～205 ℃，以降低柴油收率。石腦油干點(diǎn)提高后，裝置柴油質(zhì)量收率下降1%左右。

1.2 重柴油加工流程優(yōu)化

研究表明，催化裂化裝置摻煉常減壓裝置柴油后，能夠起到降低柴汽比的作用[4-5]。該煉油廠二套常減壓裝置減一線重柴油原加工流程為與常三線重柴油合并后進(jìn)入柴油加氫裝置加工，為減少柴油產(chǎn)量，采用蘭州化工研究中心開發(fā)的催化裂化摻煉重質(zhì)柴油工藝技術(shù)，通過(guò)新增工藝流程，將減一線重柴油送入一套催化裂化裝置MGD噴嘴進(jìn)行加工，使其進(jìn)行深度裂化，轉(zhuǎn)化為汽油和液化氣，達(dá)到降低柴汽比的目的。標(biāo)定結(jié)果表明，在摻煉占總催化原料質(zhì)量10%的減一線重柴油后，裝置產(chǎn)品分布對(duì)比見表1。由表1可看出，汽油、液態(tài)烴質(zhì)量收率分別增加1.28%和0.55%，柴油質(zhì)量收率下降1.02%，柴汽比由0.35降至0.32，達(dá)到預(yù)期效果。

表1 摻煉重柴油前后裝置產(chǎn)品分布對(duì)比w/%項(xiàng)目干氣液態(tài)烴汽油柴油催化油漿(催化燒焦+損失)摻煉前3.4216.8249.6417.133.359.64摻煉后3.1617.3750.9216.112.489.96差值-0.260.551.28-1.02-0.870.32

另外，該煉油廠一套常減壓裝置減頂柴油原加工流程為與常三線重柴油合并后進(jìn)入柴油加氫裝置加工，通過(guò)利用閑置溶劑脫蠟裝置對(duì)減頂柴油進(jìn)行加工處理，脫蠟后柴油作為低凝柴油原料，其余全部作為催化裂化裝置原料。2015-2019年期間，共加工減頂柴油654 862 t，生產(chǎn)脫蠟柴油453 939 t，柴油蠟膏200 803 t，柴油蠟膏送至催化裂化裝置作為原料，在一定程度上減少了柴油產(chǎn)量。

1.3 應(yīng)用新型催化裂化催化劑

2017年，為增產(chǎn)汽油，在二套催化裂化裝置上進(jìn)行了多產(chǎn)汽油的催化裂化催化劑LPC-70的工業(yè)應(yīng)用，催化裂化催化劑LPC-70含有富B酸多級(jí)孔基質(zhì)材料，可有效提高重油轉(zhuǎn)化能力，并提高汽油收率。應(yīng)用結(jié)果表明，使用多產(chǎn)汽油的催化裂化催化劑LPC-70后，在原料劣質(zhì)化的條件下，汽油質(zhì)量收率增加2.53%，柴油質(zhì)量收率下降2.77%，柴汽比由0.46降至0.39，效果明顯[6]。

2018年，為實(shí)現(xiàn)國(guó)Ⅵ汽油質(zhì)量升級(jí)，在一套催化裂化裝置進(jìn)行降烯烴催化劑LPC-65工業(yè)應(yīng)用，二套催化裂化裝置進(jìn)行降烯烴催化劑LPC-70工業(yè)應(yīng)用。降烯烴催化劑LPC-65/LPC-70是在富B酸多級(jí)孔基質(zhì)材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合抗重金屬污染技術(shù)、高稀土含量超穩(wěn)Y降烯烴技術(shù)以及高性能ZSM-5分子篩增加辛烷值技術(shù)研發(fā)而成[6-7]，能改善氫轉(zhuǎn)移活性和選擇性，具有較高的活性、較強(qiáng)的重油轉(zhuǎn)化能力、較好的抗重金屬污染能力以及良好的焦炭選擇性，可在顯著降低汽油烯烴的同時(shí)，提高汽油收率，降低柴油收率。新型催化裂化催化劑應(yīng)用后裝置產(chǎn)品分布對(duì)比見表2。其中，一套催化裂化裝置汽油質(zhì)量收率增加1.22%，柴油質(zhì)量收率下降1.12%；二套催化裂化裝置汽油質(zhì)量收率增加4.07%，柴油質(zhì)量收率下降4.27%。同時(shí)，液態(tài)烴質(zhì)量收率增加，總液收增加，催化劑單耗下降[7-8]，表明新型催化裂化催化劑對(duì)降低柴汽比效果較好。

表2 使用新型催化劑前后產(chǎn)品分布對(duì)比w/%裝置項(xiàng)目干氣液態(tài)烴汽油柴油催化油漿(催化燒焦+損失)一套催化裂化裝置使用前3.7517.6448.4617.313.259.59使用后3.5218.0749.6816.193.029.52差值-0.230.431.22-1.12-0.23-0.07二套催化裂化裝置使用前3.8816.4145.6822.123.018.90使用后3.5916.8149.7517.852.669.34差值-0.290.404.07-4.27-0.350.44

1.4 催化裂化裝置MIP技術(shù)改造

MIP技術(shù)為中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院開發(fā)的多產(chǎn)異構(gòu)烷烴的催化裂化工藝技術(shù)，此工藝采用串聯(lián)提升管反應(yīng)器，將催化裂化反應(yīng)過(guò)程分成兩個(gè)反應(yīng)區(qū)，使一次反應(yīng)和二次反應(yīng)具有可控性和可選擇性，第一反應(yīng)區(qū)以一次裂化反應(yīng)為主，采用較高的反應(yīng)溫度和較大的劑油比，裂解較重的原料油，并生成較多的烯烴；第二反應(yīng)區(qū)主要增加氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)，抑制二次裂化反應(yīng)，采用較低的反應(yīng)溫度和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間[9]，在顯著降低汽油烯烴含量的同時(shí)，還可改善產(chǎn)品分布。已改造裝置運(yùn)行結(jié)果表明，汽油、液化氣質(zhì)量收率增加，柴油質(zhì)量收率下降[10]。

某煉油廠為解決汽油烯烴調(diào)合困難的問(wèn)題，滿足車用乙醇汽油調(diào)合組分油國(guó)ⅥB標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，于2019年裝置大檢修期間對(duì)二套催化裂化裝置進(jìn)行了MIP技術(shù)改造，改造主要內(nèi)容為：①原提升管反應(yīng)器增加第二反應(yīng)區(qū)，更新為一反和二反串聯(lián)的反應(yīng)器；②原料噴嘴下移6.7 m，并由BWJ-Ⅲ型噴嘴升級(jí)為BWJ-Ⅳ型噴嘴；二反入口新增開工提升蒸汽噴嘴，MGD汽油上噴嘴取消，急冷油與急冷水噴嘴合并，回?zé)捰团c回?zé)捰蜐{噴嘴合并；③兩臺(tái)外取熱器直徑均由2 600 mm更新為3 300 mm，外取熱器汽包直徑由2 000 mm更新為2 400 mm；④新增1臺(tái)增壓機(jī)，流量(0 ℃、101.325 kPa下)450 m3/min。

二套催化裂化裝置MIP技術(shù)改造前后產(chǎn)品分布對(duì)比見表3。由表3可以看出，改造后，汽油質(zhì)量收率提高2.17%，液態(tài)烴質(zhì)量收率提高1.62%，柴油質(zhì)量收率下降3.61%，有效地降低了柴油產(chǎn)量。同時(shí)，從生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際情況來(lái)看，汽油烯烴體積分?jǐn)?shù)降低5%左右，研究法辛烷值(RON)上升0.7個(gè)單位，能夠滿足國(guó)Ⅵ汽油調(diào)合要求，達(dá)到預(yù)期改造目的。

表3 MIP技術(shù)改造前后裝置產(chǎn)品分布對(duì)比w/%項(xiàng)目干氣液態(tài)烴汽油柴油催化油漿催化燒焦加工損失改造前(2018年)3.4917.4747.5121.792.796.820.13改造后(2019年7-12月)3.4819.0949.6818.182.696.780.10差值-0.011.622.17-3.61-0.1-0.04-0.03

1.5 烷基化裝置擴(kuò)能改造

與國(guó)Ⅴ車用汽油標(biāo)準(zhǔn)相比，國(guó)Ⅵ車用汽油標(biāo)準(zhǔn)中汽油烯烴體積分?jǐn)?shù)由24%先降至18%(國(guó)ⅥA)，再進(jìn)一步降至15%(國(guó)ⅥB)，控制更加嚴(yán)格。公司實(shí)際生產(chǎn)汽油烯烴含量偏高，難以滿足國(guó)Ⅵ車用汽油調(diào)合的要求，而烷基化油辛烷值高，且低含硫，不含烯烴、芳烴，不含氧，是一種近乎完美的汽油調(diào)合組分。原烷基化裝置生產(chǎn)能力為11.3×104t/a，裝置自開工已運(yùn)行20余年。由于酸、堿等腐蝕介質(zhì)的存在，反應(yīng)器、壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備存在不同程度的腐蝕及老化。另外，按照加工流程，輕C4通過(guò)MTBE裝置和聚異丁烯裝置加工后，尚有約10×104t/a輕C4作為液化氣出售。鑒于此，為實(shí)現(xiàn)國(guó)Ⅵ汽油質(zhì)量升級(jí)，2018年，對(duì)烷基化裝置進(jìn)行了擴(kuò)能改造，能力提高至20×104t/a，以增產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)合組分。

烷基化裝置擴(kuò)能改造后，以過(guò)剩輕C4、醚后C4和聚異丁烯裝置尾氣為原料，采用流出物制冷硫酸法烷基化工藝，生產(chǎn)車用異辛烷或航空異辛烷，裝置由原料預(yù)處理、烷基化反應(yīng)、閃蒸及壓縮制冷、反應(yīng)產(chǎn)物精制、反應(yīng)產(chǎn)物分餾5個(gè)系統(tǒng)組成，其主要工藝流程見圖1。裝置擴(kuò)能改造完成后，于2018年12月25日實(shí)現(xiàn)一次開車成功，有效地提高了烷基化油的產(chǎn)量。改造前后異辛烷產(chǎn)量對(duì)比見表4，從表4可以看出，2019年，車用異辛烷與航空異辛烷產(chǎn)量均明顯增加，總量增加60 047 t，增效顯著。

為提高裝置異辛烷收率，對(duì)烷基化裝置原料組成進(jìn)行了調(diào)整，逐步將原料中輕C4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從設(shè)計(jì)的31.67%調(diào)整至全部為輕C4。裝置原料全部調(diào)整為輕C4后，原料中總烯烴和異丁烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，異丁烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少。結(jié)果表明，在原料全部為輕C4的條件下，裝置能達(dá)到設(shè)計(jì)加工能力，反應(yīng)溫度控制在3.5～6.6 ℃，反應(yīng)壓力控制在0.44 MPa，主要操作條件未出現(xiàn)較大波動(dòng)，異辛烷收率較原料調(diào)整前升高，最高達(dá)到83.59%，比設(shè)計(jì)值提高10百分點(diǎn)，研究法辛烷值略有下降，產(chǎn)品滿足汽油調(diào)合需要，有效地增產(chǎn)了高辛烷值汽油調(diào)合組分，為增產(chǎn)汽油創(chuàng)造了條件。

表4 改造前后異辛烷產(chǎn)量對(duì)比t項(xiàng)目車用異辛烷航空異辛烷合計(jì)改造前(2018年)91 2001 09692 296改造后(2019年)149 3283 015152 343差值58 1281 91960 047

2 降低柴汽比的效果

某煉油廠近年來(lái)通過(guò)采取裝置操作優(yōu)化、加工流程優(yōu)化、應(yīng)用新型催化裂化催化劑、裝置技術(shù)改造等技術(shù)措施，全廠柴汽比從2015年的1.55降至2020年的1.34。2019年，全廠柴汽比增至1.48，主要是由于2019年4-6月裝置進(jìn)行了大檢修，檢修完成開車后，周邊煉油廠隨即進(jìn)入檢修階段，為滿足周邊市場(chǎng)供應(yīng)，階段性地增產(chǎn)了柴油，但全廠柴汽比整體呈下降趨勢(shì)。

表5 2015-2020年柴汽比變化情況年份柴油產(chǎn)量/t汽油產(chǎn)量/t柴汽比2015年3 828 653.152 465 060.051.552016年3 055 894.122 037 103.891.502017年3 053 181.912 236 028.261.372018年3 269 267.052 357 053.321.392019年3 369 608.942 280 561.551.482020年(截至2月)480 000.71357 888.291.34

3 結(jié)語(yǔ)

在近年來(lái)柴汽比變化的趨勢(shì)下，某煉油廠結(jié)合自身加工流程，通過(guò)優(yōu)化常減壓裝置、催化裂化裝置、柴油加氫裝置操作條件，將常減壓裝置減頂柴油改進(jìn)溶劑脫蠟裝置加工、減一線重柴油改進(jìn)一套催化裂化裝置加工，兩套催化裂化裝置應(yīng)用新型催化裂化催化劑，二套催化裂化裝置進(jìn)行MIP技術(shù)改造，烷基化裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造，全廠柴汽比從2015年的1.55降至2020年的1.34。另外，為進(jìn)一步減產(chǎn)柴油，新建了柴油加氫改質(zhì)裝置，采用FDHC技術(shù)，通過(guò)中壓加氫裂化將直餾柴油轉(zhuǎn)化為航煤、石腦油等產(chǎn)品，已于2020年底建成投產(chǎn)。規(guī)劃對(duì)柴油加氫裝置進(jìn)行加氫裂化改造、連續(xù)重整裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造，以增產(chǎn)汽油，屆時(shí)柴汽比將進(jìn)一步下降。

在以上技術(shù)措施中：①優(yōu)化裝置操作條件雖能在一定程度上降低柴汽比，但下降幅度有限；②優(yōu)化重柴油加工流程需結(jié)合本廠生產(chǎn)裝置配置情況，將重柴油改至催化裂化或加氫裂化裝置加工；③催化裂化裝置應(yīng)用新型多產(chǎn)汽油催化劑是最直接有效的方法；④裝置技術(shù)改造需統(tǒng)籌考慮本廠加工原油性質(zhì)、物料平衡及加工流程，選擇適合的改造方案。

降低煉油廠柴汽比是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，無(wú)法單獨(dú)通過(guò)某項(xiàng)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是需要綜合考慮全廠情況，進(jìn)行全流程優(yōu)化，以得出最優(yōu)的技術(shù)方案。