把每一滴原油都轉(zhuǎn)化為清潔油品

□ 張久順

把每一滴油都轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)清潔的運(yùn)輸燃料既是中國石化應(yīng)對挑戰(zhàn)的措施，也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求。

我國已成為繼美國之后的第二大石油消費(fèi)國。中國石化加工的進(jìn)口原油比例已經(jīng)超過80%。同時(shí)隨著石油開采趨近后期，輕質(zhì)原油的比例越來越低，而重質(zhì)高硫原油的比例逐年增加。隨著人們環(huán)境意識的增強(qiáng)，運(yùn)輸燃料的標(biāo)準(zhǔn)不斷嚴(yán)格，車用汽柴油的質(zhì)量升級的步伐越來越快。我國年汽車產(chǎn)量已達(dá)世界第一位。為了提高汽車的燃油效率，減少排放，充分利用現(xiàn)有日趨劣質(zhì)的原油，把每一滴油都轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)清潔的運(yùn)輸燃料，中國石化開發(fā)了一系列技術(shù)，旨在最大限度地轉(zhuǎn)化可以得到的原油，使之成為清潔油品。

獨(dú)特的催化裂化技術(shù)——MIP

催化裂化在中國的重油轉(zhuǎn)化過程中占著舉足輕重的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至2012年底，全國的催化裂化加工能力達(dá)到1.3億噸，催化裂化汽油在中國內(nèi)地占汽油總量的75%以上。傳統(tǒng)的催化裂化技術(shù)過分強(qiáng)調(diào)大分子的裂化，集中關(guān)注過程的轉(zhuǎn)化率。

嚴(yán)格的汽油質(zhì)量指標(biāo)出臺后，對汽油的辛烷值、烯烴含量、苯含量都有了嚴(yán)格的控制要求。大分子轉(zhuǎn)化為小分子烴類，裂化反應(yīng)必然要發(fā)生，烯烴的生成是必然的，要降低汽油的烯烴含量，就必須把生成的烯烴再轉(zhuǎn)化為其他烴類。烯烴的辛烷值比較高，減少烯烴含量的過程中如何保持或提高辛烷值是必須考慮的問題。芳烴雖然辛烷值高，但也是汽油中的限制組分。因此最理想的汽油組分是異構(gòu)烷烴。為此石科院開發(fā)了汽油中異構(gòu)烷烴組分最大化的MIP工藝技術(shù)和配套的催化劑。其反應(yīng)器為串聯(lián)雙反應(yīng)區(qū)布置，在世界上獨(dú)一無二。具體如圖1所示。

圖1 MIP工藝技術(shù)的反再系統(tǒng)示意圖和工業(yè)裝置

MIP技術(shù)突破了現(xiàn)有的催化裂化工藝對二次反應(yīng)的限制，實(shí)現(xiàn)可控性和選擇性地進(jìn)行反應(yīng)。不僅能夠大幅度降低汽油中烯烴含量，改善汽油其他性質(zhì)，而且能提高液體產(chǎn)品產(chǎn)率。MIP工藝技術(shù)把傳統(tǒng)的提升管反應(yīng)器分為上下兩個(gè)部分，重質(zhì)原料在第一反應(yīng)區(qū)底部（裂化區(qū)）首先主要進(jìn)行裂化反應(yīng)，生成的烯烴組分在第二反應(yīng)區(qū)（轉(zhuǎn)化區(qū)）內(nèi)發(fā)生烯烴異構(gòu)化和氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，提高異構(gòu)烷烴的含量。

在多產(chǎn)異構(gòu)烷烴的催化裂化工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)而開發(fā)了生產(chǎn)汽油組成滿足歐三排放標(biāo)準(zhǔn)并增產(chǎn)丙烯的催化裂化技術(shù)——MIP-CGP技術(shù)。MIP-CGP技術(shù)是以重質(zhì)原料油為原料，采用由串聯(lián)提升管反應(yīng)器構(gòu)成的新型反應(yīng)系統(tǒng)，在不同的反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)與烴類反應(yīng)相適應(yīng)的工藝條件，并充分利用專用催化劑結(jié)構(gòu)和活性組元，使烴類發(fā)生單分子反應(yīng)和雙分子反應(yīng)的深度和方向得到有效的控制，從而使烴類在新型反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)可選擇性地轉(zhuǎn)化，生成富含異構(gòu)烷烴的汽油和丙烯，在生成清潔汽油組分的同時(shí)，為石油化工提供了寶貴的丙烯原料。自2002年該技術(shù)在中國石化高橋石化公司工業(yè)化后，目前已有44套工業(yè)裝置投入運(yùn)行，占全國催化裂化總能力的50%以上。還有10余套裝置在設(shè)計(jì)建設(shè)中。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，在汽油質(zhì)量提高、烯烴和硫含量顯著降低的前提下，油漿產(chǎn)率大幅度下降，總的液體收率和汽油收率大幅度提高，提高了原料的利用效率。催化汽油中異構(gòu)烴類的增加，使得后繼汽油脫硫過程的辛烷值損失減少。圖2是MIP汽油與普通FCC汽油在選擇性加氫脫硫過程中辛烷值損失的比較，優(yōu)點(diǎn)顯而易見。

圖2 MIP與FCC汽油選擇性加氫脫硫的辛烷值損失

渣油固定床加氫和催化裂化的有機(jī)組合——RICP

傳統(tǒng)的固定床渣油加氫工藝技術(shù)為催化裂化提供原料，但由于減壓渣油中重金屬含量高、殘?zhí)扛?、瀝青質(zhì)含量高、黏度大，容易造成原料延床層分布差，催化劑利用不充分，從而瀝青質(zhì)在高溫下析出，容易引起反應(yīng)器熱點(diǎn)，嚴(yán)重影響渣油加氫單元的操作周期。如圖3所示，固定床渣油加氫單元通常需要摻入減壓餾分油（VGO）來降低黏度，稀釋原料。而黏度相對較低的催化裂化重循環(huán)油（HCO）由于芳烴含量高、可裂化性能差，傳統(tǒng)的工藝流程中直接返回催化裂化裝置進(jìn)行加工，造成焦炭和干氣產(chǎn)率大幅度提高，產(chǎn)品選擇性極差。

通過研究，石科院開發(fā)了固定床渣油加氫與催化裂化有機(jī)結(jié)合的RICP工藝技術(shù)。如圖3所示，催化裂化裝置的重循環(huán)油通過改造后分餾塔分離，并經(jīng)過濾器，分離掉攜帶的催化劑細(xì)顆粒，然后頂替減壓餾分油進(jìn)入渣油加氫裝置，其低黏度和高芳烴含量的特性，使減壓渣油的黏度降低，瀝青質(zhì)溶解，既增強(qiáng)分散效果、延長操作周期，也減少瀝青質(zhì)析出結(jié)焦，造成熱點(diǎn)出現(xiàn)的傾向。經(jīng)過加氫處理的HCO催化裂解性能顯著優(yōu)化，從而達(dá)到提高催化裂化轉(zhuǎn)化率和高價(jià)值產(chǎn)品選擇性的目的。充分利用了重質(zhì)原料來生產(chǎn)清潔汽柴油。該技術(shù)已經(jīng)在齊魯石化公司長期應(yīng)用，并推廣到更多的煉油廠。

圖3 傳統(tǒng)的加工工藝與RICP

表1是工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際結(jié)果。從表中可以看到，在渣油加工比例提高3.84個(gè)百分點(diǎn)的前提下，輕質(zhì)油品的收率提高了近兩個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)裝置的操作周期顯著延長，達(dá)到了用好每一滴原料的目的。

表1 RICP的工業(yè)應(yīng)用

轉(zhuǎn)化率和選擇性的平衡——IHCC

傳統(tǒng)的理念中，提高每一滴油的利用率就是提高轉(zhuǎn)化率。在原油的二次轉(zhuǎn)化工程中，如加氫裂化、催化裂化和焦化過程，過分提高轉(zhuǎn)化率會造成產(chǎn)品選擇性的變差，如圖4所示，在催化裂化反應(yīng)過程中，過分提高轉(zhuǎn)化率，一次裂化生成的芳烴組分，就會大部分縮合轉(zhuǎn)化為焦炭和價(jià)值較低的干氣。

圖4 催化裂化重循環(huán)油的縮合反應(yīng)

因此，為了使每一滴原油都轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品，不能一味簡單地提高轉(zhuǎn)化率，而是要充分考慮轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)品選擇性，這是一個(gè)有機(jī)的平衡。

石科院近期開發(fā)的催化裂化與加氫處理組合工藝——IHCC，在研究芳烴組分轉(zhuǎn)化學(xué)的基礎(chǔ)上，控制催化裂化的轉(zhuǎn)化率，使其生成的雙環(huán)和多換芳烴組分不是進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，而是經(jīng)過分餾塔分離出來后，送入加氫處理單元，在專門開發(fā)的芳烴飽和催化劑上，在適宜的工藝參數(shù)下使其加氫飽和為單環(huán)芳烴，加氫后的產(chǎn)品再進(jìn)入催化裂化單元進(jìn)行加工，裂化生成具有更高辛烷值的汽油組分。實(shí)驗(yàn)研究表明，同樣的原料經(jīng)過此技術(shù)流程加工，可以比原有傳統(tǒng)加工方案提高輕質(zhì)產(chǎn)品率6～9個(gè)百分點(diǎn)，汽油的辛烷值也可以得到提升。