催化柴油加工路線選擇及經(jīng)濟(jì)性分析①

張 寒　王吉云

大連西太平洋石油化工有限公司

催化柴油加工路線選擇及經(jīng)濟(jì)性分析①

張 寒王吉云

大連西太平洋石油化工有限公司

摘要在柴油質(zhì)量升級為國Ⅲ或國Ⅲ以上標(biāo)準(zhǔn)后，催化裂化柴油都必須經(jīng)過加氫處理。WEPEC對柴油池組分及催化裂化柴油可利用的加工路線進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，對于采用的加工流程配置，催化柴油經(jīng)柴油加氫裝置處理后，其氫耗、能耗和加工費(fèi)分別低于加氫裂化裝置129 m3/t、12.5×104kJ/t和47.9 元/t。因此，柴油加氫裝置在確保反應(yīng)器床層不超溫的情況下，最大量的摻煉催化柴油是WEPEC首選的經(jīng)濟(jì)性途徑。

關(guān)鍵詞催化柴油柴油池?fù)綗捊?jīng)濟(jì)性

催化裂化是煉油廠主要的二次加工裝置，其二次加工比例仍占有重要地位。催化裂化過程中所產(chǎn)生的催化柴油收率約20%~30%(w)，如何合理加工利用催化柴油對煉廠的效益有重要影響。

大連西太平洋石油化工有限公司(簡稱為WEPEC)配置有一套200×104t/a柴油加氫裝置和一套150×104t/a加氫裂化裝置。在柴油質(zhì)量升級為國Ⅲ或國Ⅲ以上標(biāo)準(zhǔn)后,所有柴油池組分都需要加氫處理，催化柴油分別進(jìn)入這兩套裝置進(jìn)行二次加工。以下重點(diǎn)討論催化柴油加工的經(jīng)濟(jì)性問題。

1裝置簡介及柴油池組分構(gòu)成、性質(zhì)

WEPEC生產(chǎn)柴油餾分的裝置有常減壓、催化裂化、加氫裂化、重油加氫。柴油加氫裝置主要用于不能滿足產(chǎn)品調(diào)和的常減壓直餾柴油、催化裂化柴油或重油加氫柴油再精制處理，而加氫裂化除了自身蠟油轉(zhuǎn)化生產(chǎn)部分柴油外，也可精制其他柴油餾分以生產(chǎn)高品質(zhì)柴油調(diào)和組分。

WEPEC柴油池中的最終調(diào)和組分為：加氫柴油、加氫裂化柴油或極少量的重油加氫柴油。

1.1裝置簡介

WEPEC生產(chǎn)柴油餾分的相關(guān)裝置及規(guī)模見表1所示，具體分述如下：

1 000×104t/a常減壓設(shè)計加工高硫原油，年產(chǎn)柴油餾分約(160～190)×104t。

280×104t重油催化裂化，年產(chǎn)柴油餾分約(40～50)×104t。

表1 WEPEC與柴油池組分相關(guān)的主要裝置Table1 MainunitsassociatedtocomponentofdieseloilpoolinWEPEC項(xiàng)目原設(shè)計能力/(104t·a-1)現(xiàn)有能力/(104t·a-1)常減壓5001000渣油加氫200220重油催化200280柴油加氫200200加氫裂化150150

150×104t/a加氫裂化裝置，采用兩段串聯(lián)反序反應(yīng)工藝 (SSRS)對直餾VGO進(jìn)行100%轉(zhuǎn)化，即該裝置采用全循環(huán)操作。其設(shè)計工藝目標(biāo)為最大限度地生產(chǎn)高質(zhì)量的中間餾份油。在高溫高壓條件下(系統(tǒng)壓力14.4 MPa)，加氫精制反應(yīng)和加氫裂化反應(yīng)分別在第一和第二反應(yīng)器中發(fā)生，新鮮料與二級反應(yīng)器產(chǎn)物一起進(jìn)入一級反應(yīng)器進(jìn)行加氫精制，脫除硫、氮和金屬并降低芳烴含量。在第一反應(yīng)器(R-1101)精制過程中，有極少部分重質(zhì)餾分被轉(zhuǎn)化成中間餾分油和較輕的產(chǎn)物。精制后產(chǎn)物在分餾塔中分離，塔底的未轉(zhuǎn)化油作為二級反應(yīng)器進(jìn)料并且進(jìn)行裂解反應(yīng)。加氫裂化原則流程見圖1所示。

200×104t/a柴油加氫裝置為單床層反應(yīng)器，直餾柴油和部分催化柴油經(jīng)單段加氫后，柴油質(zhì)量可達(dá)國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。柴油加氫原則流程見圖2所示。

1.2柴油池構(gòu)成

WEPEC柴油池中，組分有直餾柴油、催化柴油、加氫裂化柴油及重油加氫柴油。表2所列為近幾年各組分的產(chǎn)量。

表2 柴油池組分構(gòu)成(104t)Table2 DieselpoolcomponentsofWEPEC項(xiàng)目2012年2013年2014年(1~6月)直餾柴油165.0152.474.6重油加氫柴油13.315.29.4催化柴油47.953.023.1加氫裂化柴油24.130.614.6

1.3催化柴油及其他柴油組分性質(zhì)

催化柴油其品質(zhì)特點(diǎn)是[1-3]：多環(huán)芳烴、烯烴含量高，密度大，十六烷值低，黏度相對小，膠質(zhì)含量高且安定性較差。WEPEC近期催化柴油及其他柴油組分主要物化性質(zhì)見表3所示。

表3 柴油池各組分主要物化性質(zhì)Table3 Mainphysicalandchemicalpropertiesofcomponentsindieseloilpool項(xiàng)目密度/(g·cm-3)餾程范圍/℃w(氮)/10-6w(硫)/10-6w(總芳烴)/%十六烷指數(shù)催化柴油0.9346172.6~34642956005722.4直餾柴油0.853197.3~3811221340016.253.6重油加氫柴油0.8711160~36514048046.0加氫裂化柴油0.8331206~3734.861

2催化柴油可加工利用的途徑

催化柴油可通過加氫精制成為柴油的調(diào)和組分；可通過加氫裂化生產(chǎn)柴油、煤油等組分；可直接作為燃料油調(diào)和組分[4-5]。

2.1催化柴油加氫精制

加氫精制主要以脫硫、脫芳烴為目的，伴隨著這一過程，會發(fā)生少量烯烴飽和反應(yīng)。其明顯的特征是，盡管催化柴油硫含量低于高硫原油的直餾柴油，但加氫反應(yīng)溫升遠(yuǎn)高于后者。催化柴油與直餾柴油性質(zhì)差別見表3。通過柴油加氫精制，產(chǎn)品質(zhì)量如十六烷值、安定性均有所提高，密度略有下降。對于催化柴油組分在柴油池中所占比例相對較低的WEPEC來說，可以最大限度利用現(xiàn)有柴油加氫精制裝置的能力，通過催化柴油的烯烴飽和，雙環(huán)和三環(huán)芳烴被加氫飽和為單環(huán)芳烴，可以使十六烷值提高5～6個單位，從而使催化柴油質(zhì)量滿足調(diào)合新國家標(biāo)準(zhǔn)柴油的需求。

2.2催化柴油加氫裂化

催化柴油進(jìn)入加氫裂化是提升催化柴油品質(zhì)的又一途徑。

根據(jù)WEPEC加氫裂化流程特點(diǎn)，催化柴油與蠟油等其他原料一起進(jìn)入一反主要進(jìn)行加氫精制，烯烴飽和與精制后柴油絕大部分在分餾塔中分出而不進(jìn)二反；但在一反中，柴油會發(fā)生輕微裂化反應(yīng)(約1%(w))。芳烴先飽和成環(huán)烷烴并繼續(xù)開環(huán)變成烷烴，烷烴斷裂成為小分子的煤油、石腦油等。

催化柴油在加氫裂化階段可以使柴油中的芳烴，特別是萘芳烴最大限度地飽和，然后再開環(huán)，使十六烷值提高10個單位，而對于雙環(huán)和三環(huán)芳烴，則可使其由低十六烷值組分向高十六烷值組分轉(zhuǎn)化。因此，經(jīng)加氫裂化后，柴油收率略有下降，但產(chǎn)品質(zhì)量明顯改善，尤其是十六烷值顯著提高，柴油密度大幅下降,不僅能滿足國Ⅳ，更能滿足國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)要求。

石腦油是優(yōu)質(zhì)的重整原料，而煤油是優(yōu)質(zhì)的航煤組分。催化柴油進(jìn)加氫裂化是提升企業(yè)效益的有效途徑。

2.3催化柴油調(diào)和燃料油

催化柴油中因富含芳烴，密度大、黏度低，硫含量適中，適合于作為燃料油的調(diào)和組分，對于柴油加氫能力不足、重油組分富余的煉廠是一條可選的路線。

韓國某大型煉廠就利用渣油加氫，生成油與催化柴油調(diào)和大量生產(chǎn)燃料油，全廠燃料油收率高達(dá)近15%(w)。這是一條經(jīng)濟(jì)可行的路線，且其燃料油產(chǎn)品已出口進(jìn)入我國及其他國家。

3催化柴油加工利用途徑的經(jīng)濟(jì)性及措施

由于經(jīng)濟(jì)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化以及季節(jié)性需求，將導(dǎo)致市場不斷變化。因此，煉廠無法以同一種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模式實(shí)現(xiàn)效益最大化，況且每一種途徑的加工成本、所產(chǎn)生的附加值都存在差異，使得很難及時準(zhǔn)確判斷哪種途徑加工催化柴油更具經(jīng)濟(jì)性。另外，能否采用某一種途徑加工還取決于全廠綜合因素，如柴油池中各組分比例及指標(biāo)限制等。

3.1催化柴油經(jīng)柴油加氫、加氫裂化的成本差異[6-7]

因柴油加氫、加氫裂化裝置操作壓力、加氫反應(yīng)溫度等操作條件存在較大差別，催化柴油在柴油加氫、加氫裂化加氫的深度有較大差異，加氫過程的氫耗就出現(xiàn)顯著差別，而加工的主要成本是氫耗和能耗。催化柴油在加氫裂化裝置的加工過程中(加氫裂化操作壓力高)，其能耗、氫耗都比柴油加氫高。各加工成本見表4所示。

表4 催化柴油(達(dá)國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn))在加氫裂化、柴油加氫裝置成本Table4 CostofFCCdieseloilblendedwithhydrocrackingunitandDHFunit(reachingoperatingconditionofnationalstandard,gradeⅢ)項(xiàng)目氫耗/(m3·t-1)能耗/(104kJ·t-1)加工費(fèi)/(元·t-1)加氫裂化摻煉催化柴油2752389.9加氫裂化蠟油33045132柴油加氫摻煉催化柴油14610.542柴油加氫直柴868.932 注:催化柴油在加氫裂化和柴油加氫中,脫硫深度不同、芳烴飽和程度不同、芳烴開環(huán)程度不同,耗氫差異較大,從而能耗和加工費(fèi)差異較大。

3.2優(yōu)化裝置工藝條件，使裝置具備最大加工彈性

通過PIMS優(yōu)化論證，基于全廠效益最大化目標(biāo)，絕大多數(shù)情況下都要求以質(zhì)量上限最大限度地分離出催化裂化柴油，但催化柴油收率、產(chǎn)量增加的同時，催化柴油干點(diǎn)、密度、溴價變得更高，加氫過程中釋放熱量增大，床層溫升上升，對催化劑壽命產(chǎn)生不良影響，也影響催化柴油的摻煉量。對柴油加氫裝置來說，床層溫升即是催化柴油摻煉量的瓶頸，對加氫裂化裝置來說，摻煉催化柴油沒有任何技術(shù)障礙。

從裝置優(yōu)化操作運(yùn)行的角度，為提高柴油加氫摻煉催化柴油的能力，應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)行優(yōu)化：

(1) 最大限度利用催化劑、反應(yīng)器可承受的最高溫度，確定安全可靠、科學(xué)合理的溫升指標(biāo)。目前，WEPEC反應(yīng)器控制最高點(diǎn)溫度為395 ℃，溫升35 ℃。2015年為滿足生產(chǎn)國Ⅴ車用柴油標(biāo)準(zhǔn)，要求決定對裝置進(jìn)行升級改造，增加前置反應(yīng)器，使器壁溫度可控制在420 ℃，床層總溫升將達(dá)到60 ℃。

(2) 保證來料(直餾柴油、催化柴油)性質(zhì)穩(wěn)定。

(3) 力求原料混合均勻；同時要有合理的原料庫容，以保持摻煉比例穩(wěn)定。

(4) 以產(chǎn)品質(zhì)量滿足指標(biāo)為原則，盡量降低加氫深度，抑制反應(yīng)溫升，從而提高摻煉比例。

(5) 柴油加氫裝置在未達(dá)到滿負(fù)荷時，可以通過改部分循環(huán)來降低床層溫升，從而提高摻煉量。

3.3滿足柴油指標(biāo)為前提,利用成本差異實(shí)現(xiàn)效益最大化

實(shí)現(xiàn)效益最大化是在滿足“邊際”條件下的最優(yōu)化，對柴油而言，獲取效益的主要“邊際”條件有：硫含量、密度、50%餾出點(diǎn)、十六烷值等指標(biāo)。國Ⅲ、國Ⅳ、國Ⅴ柴油標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)見表5所示 。

表5 0#車用柴油主要技術(shù)指標(biāo)Table5 Maintechnicalindexof0#dieseloilforautomobile項(xiàng)目國Ⅲ國Ⅳ國Ⅴ凝點(diǎn)/℃不高于000硫含量/(mg·kg-1)不大于3505010閃點(diǎn)(閉口)/℃不低于555555密度(20℃)/(kg·m-3)810~850810~850810~850十六烷值不小于494951多環(huán)芳烴含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%不大于111111餾程 50%回收溫度/℃不高于300300300 90%回收溫度/℃不高于355355355 95%回收溫度/℃不高于365365365

由表3與表5可以看出，直餾柴油、加氫裂化柴油的十六烷值過剩，重油加氫柴油、催化柴油的十六烷值不足，尤其催化柴油的十六烷值嚴(yán)重不足。

在常壓最大限度獲取航煤時，常壓直餾柴油50%點(diǎn)餾出溫度卡邊，而加氫裂化柴油、催化柴油有余地。

加氫裂化柴油、直餾柴油加氫后密度有余地；而催化柴油密度嚴(yán)重超標(biāo)，重油加氫柴油密度也偏大。

為滿足硫含量指標(biāo)，直餾柴油、催化柴油都需要加氫脫硫處理。

因此，確定合適的組分調(diào)和及組分在各裝置的加工比例，使各項(xiàng)指標(biāo)最大限度接近“邊際”條件，是實(shí)現(xiàn)效益最大化的根本途徑，這就需要通過優(yōu)化加工流程把各組分優(yōu)化搭配，優(yōu)化調(diào)和方案，充分發(fā)揮優(yōu)勢互補(bǔ)的功能。

從充分滿足“邊際”條件、減輕質(zhì)量過剩，追求效益最大化的實(shí)踐看，催化柴油經(jīng)柴油加氫裝置處理是首選的經(jīng)濟(jì)性加工途徑。

目前，全廠加工流程具備催化柴油經(jīng)柴油加氫裝置處理的能力，只要保證柴油加氫裝置床層溫升在工藝指標(biāo)內(nèi)，不需要增加投資和改造。根據(jù)餾出口產(chǎn)品密度和十六烷值的質(zhì)量要求，提高催化柴油的摻煉量，就可以實(shí)現(xiàn)效益最大化。

4結(jié) 語

對催化柴油采取不同深度的加氫處理或改質(zhì),其加工成本差異較大。從表4的數(shù)據(jù)可以看出，利用加氫裂化裝置加工催化柴油相比柴油加氫裝置加工催化柴油的氫耗、能耗和加工費(fèi)分別高出129 m3/t、12.5×104kJ/t和47.9 元/t。

優(yōu)化利用煉廠柴油池各組分物化指標(biāo)的調(diào)和功能，可以實(shí)現(xiàn)成本最低、效益最大化。催化柴油加氫處理或改質(zhì)的過程放熱量很大，裝置要重點(diǎn)解決反應(yīng)溫升問題。在柴油加氫床層溫升許可條件下盡量增加催化柴油的摻煉量，減少去加氫裂化的摻煉量，拓寬摻煉比例，從而降低能耗和加工成本，為選擇低成本加工路線提供空間。特別是在2015年柴油加氫裝置實(shí)現(xiàn)升級改造后，可以有效消除催化柴油摻煉時反應(yīng)器器壁溫度和床層溫升的限制瓶頸，使其提高催化柴油摻煉比例的方案可以有效實(shí)現(xiàn)。

柴油各主要物化指標(biāo)的充分利用也是提高經(jīng)濟(jì)性的重要手段，必須充分利用調(diào)和功能使質(zhì)量成本最低。

對于WEPEC公司這樣的裝置配置，催化柴油最大量經(jīng)柴油加氫處理是首選的經(jīng)濟(jì)性途徑。

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Catalytic diesel oil processing route selection and economy analysis

Zhang Han, Wang Jiyun

(WestPacificPetrochemicalCo.,Ltd.Dalian116600,China)

Abstract:After the diesel quality upgrading to the national standard of grade III or superior to grade III, hydrogenation processing is necessary for FCC diesel of WEPEC. By analyzing the components of the diesel pool and selecting the available processing route of WEPEC, the results showed that the hydrogen consumption, energy consumption and processing costs of the process configuration were lower than those of the hydrocracking unit in 129 m3/t, 12.5×104kJ/t and RMB 47.9 yuan/t units after the hydroprocessing of the diesel oil. Therefore, in the premise of avoiding over-temperature of the reactor bed, the most economic route of WEPEC is to blend FCC diesel oil as much as possible.

Key words:FCC diesel oil, diesel pool, blending, economy

收稿日期：2015-02-04；修回日期：2015-04-09；編輯：楊蘭

中圖分類號：TE626.24

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.04.008

作者簡介：①張寒(1965-)，工程師，現(xiàn)任大連西太平洋石化公司生產(chǎn)技術(shù)部部長，長期從事于石油化工企業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)管理。E-mail：zhanghan@wepec.com