RLG技術(shù)在加氫改質(zhì)裝置的工業(yè)應(yīng)用

尹 珊 柴 軍 黃小波 高 磊

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)是中國最大的煉油化工一體化企業(yè)之一，原油綜合加工能力達(dá)到14 Mt/a，催化裂化柴油生產(chǎn)能力800 kt/a?，F(xiàn)有2套柴油加氫裝置，其中1.2 Mt/a柴油加氫裝置(以下簡稱2#柴油加氫裝置)建成投產(chǎn)于2000年11月，以高硫直餾柴油、焦化汽油、焦化柴油和催化柴油為原料，生產(chǎn)符合國Ⅲ或者國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的車用普通柴油和石腦油。

近幾年來國內(nèi)清潔汽柴油質(zhì)量升級步伐明顯加快，最新的國V清潔汽油標(biāo)準(zhǔn)GB 17930—2013和清潔柴油標(biāo)準(zhǔn)GB 19147—2013已于2017年1月1日實施，而國Ⅵ清潔汽柴油標(biāo)準(zhǔn)GB 17930—2013和GB 19147—2016也已經(jīng)公布，并將于2019年1月1日實施，對產(chǎn)品柴油池的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)、十六烷值和多環(huán)芳烴等指標(biāo)提出了更高要求，上海石化同時面臨柴油池催化柴油比例高和柴油質(zhì)量升級的問題。為進(jìn)一步提高全廠經(jīng)濟(jì)效益，解決催化裂化柴油出路問題，上海石化決定采用由催化柴油生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)和組分的加氫裂化(RLG)技術(shù)對現(xiàn)有1.2 Mt/a柴油加氫精制裝置進(jìn)行改造。本著控制投資和少改動的原則，新氫壓縮機(jī)及高壓管線等不作改動，新增裂化反應(yīng)器和循環(huán)氫壓縮機(jī)，對換熱流程和分餾系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性改造，改造后的RLG裝置的加工規(guī)模為650 kt/a，并更名為加氫改質(zhì)裝置。

1 RLG技術(shù)簡介及裝置改造情況

1.1 RLG技術(shù)簡介

RLG技術(shù)以催化柴油為原料，通過控制加氫精制段芳烴飽和程度，在加氫精制反應(yīng)區(qū)在盡可能保留烷基苯、四氫萘等單環(huán)芳烴的同時降低氮含量至適宜的水平，為加氫裂化段提供原料；在裂化段進(jìn)一步開環(huán)裂化為汽油餾分中的苯、甲苯、二甲苯等高辛烷值組分，從而達(dá)到生產(chǎn)高辛烷值汽油或苯、甲苯、二甲苯混合物(BTX)的目的。

在芳烴加氫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過程中，涉及加氫精制、加氫裂化兩個主要反應(yīng)過程。其中，加氫精制反應(yīng)過程中主要發(fā)生加氫脫硫、加氫脫氮和芳烴加氫飽和反應(yīng)，加氫裂化反應(yīng)過程中主要發(fā)生鏈烷烴裂化、環(huán)烷烴異構(gòu)化及開環(huán)裂化、單環(huán)芳烴異構(gòu)化及開環(huán)裂化、單環(huán)芳烴側(cè)鏈裂化即單環(huán)芳烴脫烷基等反應(yīng)，且對于部分環(huán)狀烴來說，選擇性開環(huán)裂化反應(yīng)與異構(gòu)化反應(yīng)相互交織、相互影響。圖1給出了雙環(huán)芳烴加氫裂化反應(yīng)路徑，由圖1可見：將萘類等雙環(huán)芳烴轉(zhuǎn)化為BTX組分，將發(fā)生雙環(huán)芳烴先飽和一個雙環(huán)生成四氫萘、四氫萘類飽和環(huán)選擇性開環(huán)、烷基苯側(cè)鏈斷裂等化學(xué)反應(yīng)。

圖1 催化柴油中雙環(huán)芳烴加氫轉(zhuǎn)化為苯、甲苯、二甲苯的化學(xué)反應(yīng)路徑

1.2 裝置改造情況

上海石化650 kt/a RLG裝置原為1.2 Mt/a柴油加氫精制裝置，設(shè)計加工直餾柴油、催化柴油和焦化柴油的混合油，生產(chǎn)符合硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于350 μg/g的國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)清潔柴油。反應(yīng)部分采用爐前混氫和冷高分流程，分餾部分采用雙塔重沸爐流程。但隨著柴油質(zhì)量升級步伐的加快，該裝置已經(jīng)難以生產(chǎn)滿足國V和國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的清潔柴油。2015年，上海石化決定將1.2 Mt/a柴油加氫精制裝置改造為650 kt/a RLG裝置，由中國石化工程建設(shè)有限公司負(fù)責(zé)改造設(shè)計。此次改造最大限度地利用舊設(shè)備(利舊)，項目總概算為9 849.94萬元。主要新增設(shè)備和利舊包括以下幾個大類：

(1)塔：更換分餾塔，新增重汽油汽提塔C-4004和輕柴油汽提塔C-4005；利舊硫化氫汽提塔C-4001、循環(huán)氫脫硫塔C-4003。

(2)反應(yīng)器：新增加氫裂化反應(yīng)器R-4002；利舊加氫精制反應(yīng)器R-4001。

(3)壓縮機(jī)：更換循環(huán)氫壓縮機(jī)K-4002；利舊新氫壓縮機(jī)K-4001 A/B。

(4)加熱爐：利舊加氫反應(yīng)加熱爐F-4001、分餾再沸爐F-4002。

(5)換熱器：新增高壓換熱器E-4016、重汽油汽提塔再沸器E-4011、輕柴油汽提塔再沸器E-4012、分餾塔進(jìn)料(中段回流)加熱器E-4013、重汽油水冷器E-4014(利舊停役的催化裝置E-215)、分餾塔進(jìn)料(輕柴油)加熱器E-4015；更換汽提塔頂水冷器E-4005 A/B、分餾塔頂水冷器E-4006 A/B；利舊分餾塔進(jìn)料(柴油)加熱器E-4004 A/B。

(6)泵：改造原料泵P-4001 A/B、柴油產(chǎn)品泵P-4003 A/B；更換汽提塔回流泵P-4002 A/B、分餾塔回流泵P-4004 A/B；新增輕柴油泵P-4011 A/B、重汽油泵P-4012 A/B、分餾塔進(jìn)料泵P-4014 A/B、中段回流泵P-4015 A/B、分餾塔回流罐酸水泵P-4016 A/B。

(7)空冷器：利舊汽提塔塔頂空冷器A-4002 A/B、新增A-4002 C；更換分餾塔塔頂空冷器A-4004 A～E；更換柴油空冷器A-4003 A/B；新增重汽油空冷器A-4005。

(8)容器：利舊全部容器，D-4014燃料氣罐移位(安置新增裂化反應(yīng)器)。

改造后的RLG裝置由反應(yīng)部分、分離部分和分餾部分組成，其中反應(yīng)部分主要包括進(jìn)料系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、新氫系統(tǒng)和循環(huán)氫系統(tǒng)組成。圖2顯示了上海石化RLG裝置的主要工藝流程。

圖2 上海石化RLG裝置工藝流程示意

2 RLG技術(shù)工業(yè)應(yīng)用結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益

RLG裝置于2017年7月16日成功加工催化裂化柴油原料，生產(chǎn)出低硫高辛烷值汽油調(diào)和組分及柴油調(diào)和組分，并于2017年9月19—23日完成技術(shù)標(biāo)定。

表1和表2給出了RLG技術(shù)標(biāo)定的工藝參數(shù)和主要產(chǎn)品性質(zhì)。由表1和表2可見：RLG技術(shù)加工芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80.9%的催化裂化柴油，產(chǎn)品重汽油收率43.03%，研究法辛烷值(RON)達(dá)93.4～95.7，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0 μg/g，可作為高辛烷值汽油調(diào)和組分；產(chǎn)品輕汽油收率為4.52%，RON達(dá)87.2，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.5 μg/g，可作為超低硫汽油調(diào)和組分，汽油總收率達(dá)到了47.55%；產(chǎn)品柴油密度降低至0.888 5 g/cm3，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.1 μg/g，十六烷值較原料提高14.8～16.5個單位；干氣產(chǎn)率僅為0.80%。

表1 RLG技術(shù)標(biāo)定的工藝參數(shù)

表2 主要原料和產(chǎn)品性質(zhì)

標(biāo)定結(jié)果表明：RLG技術(shù)加工催化裂化柴油，在較低的操作壓力和反應(yīng)溫度條件下，可以生產(chǎn)收率40%以上、RON93以上、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5 μg/g的高辛烷值汽油組分，產(chǎn)品柴油十六烷值提高14個單位以上，干氣和液化氣產(chǎn)率較設(shè)計值低。

為了進(jìn)一步評價上海石化柴油加氫裝置采用RLG技術(shù)改造后對全廠經(jīng)濟(jì)效益的提升情況，以該裝置2017年9月100%工況下標(biāo)定的物料平衡和產(chǎn)品性質(zhì)數(shù)據(jù)計算了該裝置的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果見表3。表中測算依據(jù)為2017年9月不含稅單價，原料催化柴油價格設(shè)定為0#普通柴油價格的0.95倍，新氫按2017年9月外購氫氣價格；產(chǎn)品輕烴按2017年9月液化氣外銷均價的0.95倍；輕汽油按2017年9月輕石腦油價格，重汽油按92號車用汽油(滬Ⅴ)價格，柴油按0#普通柴油價格；能耗按9月單價計算；輔助材料主要為催化劑攤派費用514.8萬元/a、三劑化工料費用2.6萬元/a；折舊以改造實際投資金額8 746.97萬元，按12年分?jǐn)?，每年?28.91萬元；工資、其他制造費用按9月實際發(fā)生金額估算。從表3可以看出：按100%工況計算，年效益為5 364.68萬元，加工催化柴油測算效益為83.03元/t。

此外，采用RLG技術(shù)后，上海石化成功地消減了低附加值催化裂化柴油和部分重油脫硫(RDS)柴油、減少劣質(zhì)柴油在車用柴油中的調(diào)和比例，提高了高附加值產(chǎn)品——高辛烷值汽油組分的產(chǎn)率，提高了全廠的經(jīng)濟(jì)效益。同時，該技術(shù)生產(chǎn)的低硫汽油和柴油，對減少機(jī)動車污染排放、保護(hù)環(huán)境有較好的社會效益。

表3 經(jīng)濟(jì)效益估算

3 RLG裝置長周期生產(chǎn)運轉(zhuǎn)情況

2017年7月RLG裝置改造完成后，按照RLG模式生產(chǎn)，從2017年7月17日至2018年3月14日，該裝置已穩(wěn)定運轉(zhuǎn)近9個月。

圖3給出了RLG模式生產(chǎn)高辛烷值汽油時的精制平均溫度和裂化平均溫度，圖4給出了重汽油收率，圖5給出了重汽油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)和RON。從圖3～5可以看出：按照RLG模式生產(chǎn)后9個月，精制和裂化平均溫度從360 ℃提高至378 ℃，重汽油收率穩(wěn)定在38%～50%，重汽油的RON為88～95，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5 μg/g。汽油產(chǎn)率高，且質(zhì)量好，達(dá)到了裝置的設(shè)計要求。2017年11月底至12月，為了增產(chǎn)柴油，適當(dāng)降低了裂化反應(yīng)溫度和轉(zhuǎn)化率。

圖3 RLG裝置的精制平均溫度 和裂化平均溫度

圖4 RLG裝置的重汽油收率

圖5 RLG裝置重汽油的RON和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)

RLG技術(shù)在運行過程中還體現(xiàn)出了裂化催化劑轉(zhuǎn)化選擇性好的特點，在產(chǎn)品汽油收率相當(dāng)?shù)那闆r下，干氣和液化氣產(chǎn)率較設(shè)計值低；在重汽油收率40%以上時，裝置操作壓力和初期裂化反應(yīng)溫度均較低，裂化催化劑體現(xiàn)出高的轉(zhuǎn)化能力。該技術(shù)的成功應(yīng)用為實現(xiàn)上海石化消減催化柴油、降低柴汽比等目標(biāo)做出了貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

為應(yīng)對柴油質(zhì)量升級和調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，上海石化采用RLG技術(shù)對原1.2 Mt/a柴油加氫精制裝置進(jìn)行技術(shù)升級改造和系統(tǒng)優(yōu)化，成功生產(chǎn)出RON93以上的高辛烷值汽油。

(1)技術(shù)標(biāo)定結(jié)果表明，采用RLG技術(shù)改造后，在氫分壓5.1 MPa下，可得到收率47%以上的低硫高辛烷值汽油組分，其重汽油餾分收率43%以上，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3 μg/g，RON93.4～95.7；產(chǎn)品柴油餾分硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5 μg/g，十六烷值提高14個單位以上。

(2)經(jīng)濟(jì)效益測算結(jié)果表明，加工1 t催化柴油測算效益約為83.03元，RLG裝置每年新增經(jīng)濟(jì)效益約為5 364萬元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)工業(yè)運轉(zhuǎn)結(jié)果表明，RLG技術(shù)體現(xiàn)出較高的轉(zhuǎn)化率和選擇性，在較低的操作壓力和反應(yīng)溫度條件下，高辛烷值汽油收率40%以上。催化劑失活緩慢，穩(wěn)定性良好。

(4)RLG技術(shù)在上海石化的工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，該技術(shù)路線經(jīng)濟(jì)可行、催化劑性能優(yōu)良。該技術(shù)的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用成功為煉油企業(yè)削減低十六烷值柴油組分、降低柴汽比以及催化柴油的綜合加工利用和提高經(jīng)濟(jì)效益提供了技術(shù)支撐。