加氫裂化裝置產(chǎn)品結構優(yōu)化方案及效果

張 紅 良

(中國石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部，北京 100728)

近年來國內(nèi)成品油市場消費結構發(fā)生明顯變化，汽油、噴氣燃料和化工原料市場需求增長，柴油市場需求萎縮，預計2020年國內(nèi)成品油市場消費柴汽比將下降到1.0左右[1]，消費結構的轉(zhuǎn)變將對中國煉油裝置結構帶來挑戰(zhàn)。加氫裂化技術是煉油結構中“油-化-纖”結合的核心，可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)噴氣燃料、柴油、潤滑油基礎油原料、催化重整原料和乙烯原料等[2]。對于產(chǎn)品方案較為靈活的加氫裂化裝置，煉油廠應充分發(fā)揮其在產(chǎn)品結構調(diào)整方面的優(yōu)勢。

1 加氫裂化裝置產(chǎn)品結構優(yōu)化方案概述

1.1 加氫裂化催化劑級配優(yōu)化

對于加氫裂化裝置，在催化劑、反應壓力、空速和氫油比確定之后，反應溫度是最靈活、有效的調(diào)控手段[3]。但是，僅靠提高轉(zhuǎn)化率來大幅降低柴油收率是不經(jīng)濟的做法。當轉(zhuǎn)化率過大時，二次裂解反應加劇，會增加氣體及輕組分收率，從而降低中間餾分油收率，C5+液體收率也有所降低，同時耗氫量升高，操作成本增加。

加氫裂化催化劑按使用功能分為輕油型、靈活型、中油型和高中油型催化劑，在同等條件下這些催化劑的裂化活性依次降低[4]。在加氫裂化裝置操作中，要盡量控制各催化劑床層的入口溫度相同，使催化劑發(fā)揮預期的裂化功能，并防止后部催化劑床層溫度過高而導致原料過度裂化、產(chǎn)品液體收率降低。但實際操作中，因冷氫閥開度的限制，不能做到各床層的入口溫度相同[5]。如能對加氫裂化裝置采用不同種類催化劑級配的技術，將裂化活性高的催化劑裝填在低溫反應區(qū)，將裂化活性低的催化劑裝填在高溫反應區(qū)，既可抑制二次裂化反應的過多發(fā)生、改善產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量，又可降低裂化催化劑后部床層冷氫用量，確保裝置安全平穩(wěn)運行[6]。裝置設計模式、企業(yè)實際操作模式和催化劑級配裝填模式3種情況下的加氫裂化催化劑床層入口溫度及溫升控制示意如圖1所示。

圖1 加氫裂化催化劑床層入口溫度控制示意

1.2 產(chǎn)品切割方案的調(diào)整和優(yōu)化

通過調(diào)整裝置分餾系統(tǒng)切割方案也可以增產(chǎn)噴氣燃料和加氫裂化尾油，減產(chǎn)加氫裂化柴油。在分餾系統(tǒng)操作參數(shù)不超限和噴氣燃料質(zhì)量合格的前提下，可通過提高噴氣燃料終餾點來最大量生產(chǎn)噴氣燃料，也可以減少加氫裂化柴油抽出，將柴油組分并至尾油組分而增產(chǎn)加氫裂化尾油(化工原料)，還可以通過調(diào)整分餾系統(tǒng)來增產(chǎn)白油并降低加氫裂化柴油產(chǎn)量[7]。

1.3 采用新型加氫裂化催化劑

采用性能更優(yōu)的新型加氫裂化催化劑，可以改善產(chǎn)品分布、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時降低氫耗，提高加氫裂化裝置的運行效益。

2 加氫裂化裝置調(diào)整產(chǎn)品結構方案的實際應用

為實現(xiàn)產(chǎn)品結構方案的調(diào)整和優(yōu)化，采用新型催化劑和級配技術，可提高加氫裂化產(chǎn)品的質(zhì)量，為切割方案的調(diào)整和優(yōu)化提供更大的操作空間。上述各項技術措施已在多套加氫裂化裝置上應用，以下簡要介紹其中2個典型實例。

2.1 Y公司2.0 Mta加氫裂化裝置應用

2016年5月，Y公司在其2.0 Mt/a加氫裂化裝置停工檢修后實施了產(chǎn)品結構調(diào)整方案，包括優(yōu)化加氫裂化催化劑級配和優(yōu)化產(chǎn)品切割方案。

2.1.1 原料油裝置優(yōu)化前后的原料油性質(zhì)如表1所示。由表1可以看出，與裝置優(yōu)化前相比，裝置優(yōu)化后所加工原料的密度(20 ℃)增大0.014 6 gcm3，硫質(zhì)量分數(shù)提高0.87百分點，氮質(zhì)量分數(shù)提高382 μg/g，優(yōu)化后加工原料性質(zhì)變差，主要因摻煉了質(zhì)量分數(shù)為6%的催化裂化柴油所致。

表1 Y公司裝置優(yōu)化前后的原料油性質(zhì)對比

1)97%餾出溫度。

2.1.2 催化劑在催化劑級配優(yōu)化中，Y公司將裂化反應器中的催化劑由單一的A-3催化劑更換為活性梯級匹配的A-3B-133C-131加氫裂化催化劑體系。其中，催化劑B-133和C-131是增產(chǎn)噴氣燃料、改善尾油質(zhì)量的新型加氫裂化催化劑。裝置優(yōu)化前后的催化劑體系對比見表2。

表2 Y公司裝置優(yōu)化前后的催化劑體系對比

2.1.3 操作參數(shù)采用優(yōu)化的加氫裂化催化劑級配和產(chǎn)品切割方案后，裝置主要操作參數(shù)和性能的變化如表3所示。由表3可以看出，與優(yōu)化前相比，在反應轉(zhuǎn)化率提高4.1百分點的情況下，優(yōu)化后的裂化反應器平均溫度升高3.5 ℃，這是由于裝置優(yōu)化后，裂化反應器采用了增產(chǎn)噴氣燃料、改善尾油質(zhì)量的加氫裂化催化劑級配，而此部分催化劑的裂化活性相對較低，因此需要提高裂化催化劑的平均反應溫度。由表3還可以看出，優(yōu)化后的裝置能耗較優(yōu)化前增加137.1 MJt，這與裝置原料性質(zhì)變差、進料量低、提高反應轉(zhuǎn)化率有一定關系。

表3 Y公司裝置優(yōu)化前后的主要操作參數(shù)和裝置性能對比

1)轉(zhuǎn)化率=100%-尾油收率。因柴油并入尾油，數(shù)據(jù)供參考。表8同。

2.1.4 產(chǎn)品分布裝置優(yōu)化前后各產(chǎn)品的餾程對比如表4所示。由表4可以看出，優(yōu)化后重石腦油適當拓寬了餾程范圍，噴氣燃料和尾油的餾程無大變化。裝置優(yōu)化前后的產(chǎn)品分布對比如圖2所示，優(yōu)化前后的目的產(chǎn)品重石腦油收率相當，優(yōu)化后噴氣燃料收率增加13.28百分點，C5+液體收率增加1.11百分點；非目的產(chǎn)品柴油產(chǎn)量為零，因而收率減少5.81百分點，且輕石腦油收率減少2.14百分點?？梢?，優(yōu)化方案的應用有效改善了該加氫裂化裝置的產(chǎn)品結構，降低了柴油收率。此外，各目的產(chǎn)品的收率也可通過調(diào)整轉(zhuǎn)化率、餾程范圍適當調(diào)整。

表4 Y公司裝置優(yōu)化前后的主要產(chǎn)品餾程對比 ℃

1)97%餾出溫度。

圖2 Y公司裝置優(yōu)化前后的產(chǎn)品分布對比■—優(yōu)化前； ■—優(yōu)化后

2.1.5 產(chǎn)品質(zhì)量裝置優(yōu)化前后噴氣燃料和尾油產(chǎn)品的主要性質(zhì)對比如表5所示。由表5可以看出，優(yōu)化后噴氣燃料冰點降低3.0 ℃，并且由于裝置原料油中摻煉了質(zhì)量分數(shù)為6%的催化裂化柴油，因此所產(chǎn)噴氣燃料的煙點也有所下降，但仍然滿足3號噴氣燃料指標要求(煙點不小于25 mm)。由表5還可以看出，由于壓減柴油產(chǎn)量的需要，在尾油中并入較多柴油組分的情況下，尾油產(chǎn)品的性質(zhì)仍較優(yōu)化前有明顯改善，BMCI比優(yōu)化前降低1.7。

表5 Y公司裝置優(yōu)化前后的噴氣燃料和尾油產(chǎn)品主要性質(zhì)對比

2.2 M公司2.4 Mta加氫裂化裝置應用

2016年3月，M公司2.4 Mt/a的2號加氫裂化裝置停工檢修后實施了產(chǎn)品結構調(diào)整方案，包括優(yōu)化加氫裂化催化劑級配、優(yōu)化產(chǎn)品切割方案和以柴油為原料生產(chǎn)白油。

2.2.1 原料油裝置優(yōu)化前后的原料油性質(zhì)如表6所示。由表6可以看出，優(yōu)化后原料密度(20 ℃)降低0.001 6 gcm3，硫質(zhì)量分數(shù)降低0.29百分點，氮質(zhì)量分數(shù)降低42 μg/g，總體上優(yōu)化后原料性質(zhì)與優(yōu)化前相近。

表6 M公司裝置優(yōu)化前后的原料油性質(zhì)對比

2.2.2 催化劑在催化劑級配優(yōu)化中，M公司將加氫裂化反應器第四床層催化劑更換為新型的潤滑油型加氫裂化催化劑A80，其余3個床層裝填B32A催化劑的再生劑。裝置優(yōu)化前后的催化劑體系對比見表7。

表7 M公司裝置優(yōu)化前后的催化劑體系對比

2.2.3 操作參數(shù)裝置優(yōu)化前后的主要操作參數(shù)和性能變化如表8所示。由表8可以看出，與優(yōu)化前相比，在反應轉(zhuǎn)化率提高5.4百分點的情況下，優(yōu)化后裂化反應器平均溫度升高5.4 ℃，裝置能耗僅略有增加，增加幅度為7.1 MJt，主要原因為裝置采用了靈活型、潤滑油型的催化劑級配，而此部分催化劑的裂化活性相對較低，因此催化劑平均溫度升高，能耗的增加和提高轉(zhuǎn)化率有較大關系。

表8 M公司裝置優(yōu)化前后的主要操作參數(shù)和裝置性能對比

2.2.4 產(chǎn)品分布裝置優(yōu)化前后各產(chǎn)品的餾程對比如表9所示。由表9可以看出：優(yōu)化后噴氣燃料、柴油的終餾點降低較多，主要受以柴油為原料生產(chǎn)白油影響；重石腦油和尾油的餾程變化不大。裝置優(yōu)化前后的產(chǎn)品分布對比如圖3所示。由圖3可知：裝置優(yōu)化后目的產(chǎn)品重石腦油收率增加2.05百分點，噴氣燃料(不含白油)收率增加3.58百分點，尾油收率減少5.41百分點，C5+液體收率減少1.36百分點；非目的產(chǎn)品柴油和輕石腦油收率分別減少5.14百分點和2.77百分點；白油收率為6.33%?？梢?，裝置所采取的優(yōu)化措施有效改善了產(chǎn)品結構。此外，各目的產(chǎn)品的收率可通過調(diào)整轉(zhuǎn)化率適當調(diào)整。

表9 M公司裝置優(yōu)化前后的主要產(chǎn)品餾程對比 ℃

1)95%餾出溫度。

圖3 M公司裝置優(yōu)化前后的產(chǎn)品分布對比■—優(yōu)化前； ■—優(yōu)化后

2.2.5 產(chǎn)品質(zhì)量裝置優(yōu)化前后部分產(chǎn)品的主要性質(zhì)對比如表10所示。由表10可以看出：優(yōu)化后噴氣燃料冰點降低1.6 ℃以上，噴氣燃料質(zhì)量得到改善；柴油凝點降低14 ℃以上，十六烷值指數(shù)降低9.3，產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯改善；由于壓減柴油產(chǎn)量的需要，在尾油中并入較多柴油組分的情況下，尾油性質(zhì)仍有明顯改善，BMCI降低1.2，黏度指數(shù)提高6個單位，有利于M公司生產(chǎn)Ⅲ類潤滑油基礎油。這說明新型催化劑的采用和加氫裂化催化劑的級配技術可以有效支持M公司加氫裂化產(chǎn)品結構的調(diào)整。

表10 M公司裝置優(yōu)化前后的部分產(chǎn)品主要性質(zhì)對比

3 結 論

(1)通過采用新型加氫裂化催化劑、優(yōu)化加氫裂化催化劑級配以及調(diào)整產(chǎn)品切割方案等措施可對加氫裂化裝置產(chǎn)品結構進行調(diào)整。

(2)加氫裂化裝置調(diào)整產(chǎn)品結構方案在Y公司2.0 Mt/a加氫裂化裝置上的應用結果表明：裝置優(yōu)化后，噴氣燃料收率增加13.28百分點，柴油收率減少5.81百分點，在提高噴氣燃料收率的同時，實現(xiàn)了少產(chǎn)甚至不產(chǎn)柴油的目的；噴氣燃料冰點降低3.0 ℃，尾油BMCI降低1.7，噴氣燃料和尾油產(chǎn)品的質(zhì)量得到改善；裂化反應器平均溫度升高3.5 ℃，加氫裂化裝置能耗增加137.1 MJ/t，這與催化劑級配中采用了部分新型的裂化活性相對較低的增產(chǎn)噴氣燃料、改善尾油質(zhì)量或潤滑油型的加氫裂化催化劑有關。

(3)加氫裂化裝置調(diào)整產(chǎn)品結構方案在M公司2.4 Mt/a加氫裂化裝置上的應用結果表明：裝置優(yōu)化后，噴氣燃料收率增加3.58百分點，柴油收率減少5.14百分點，在提高噴氣燃料收率的同時，實現(xiàn)了少產(chǎn)柴油的目的；噴氣燃料冰點降低1.6 ℃以上，尾油BMCI降低1.2，噴氣燃料和尾油的產(chǎn)品質(zhì)量得到改善；裂化反應器平均溫度升高5.4 ℃，加氫裂化裝置能耗增加7.1 MJ/t，這與催化劑級配中采用了部分靈活型、潤滑油型的加氫裂化催化劑有關。