加氫裂化裝置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變將對中國煉油裝置結(jié)構(gòu)帶來挑戰(zhàn)。加氫裂化技術(shù)是煉油結(jié)構(gòu)中“油-化-纖”結(jié)合的核心，可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)噴氣燃料、柴油、潤滑油基礎(chǔ)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(yīng)充分發(fā)揮其在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整方面的優(yōu)勢。

1 加氫裂化裝置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(yīng)壓力、空速和氫油比確定之后，反應(yīng)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(yīng)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(shù)，將裂化活性高的催化劑裝填在低溫反應(yīng)區(qū)，將裂化活性低的催化劑裝填在高溫反應(yīng)區(qū)，既可抑制二次裂化反應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)方案的實際應(yīng)用

為實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案的調(diào)整和優(yōu)化，采用新型催化劑和級配技術(shù)，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(shù)措施已在多套加氫裂化裝置上應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)轉(zhuǎn)化率提高4.1百分點的情況下，優(yōu)化后的裂化反應(yīng)器平均溫度升高3.5 ℃，這是由于裝置優(yōu)化后，裂化反應(yīng)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(yīng)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(yīng)轉(zhuǎn)化率有一定關(guān)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?？梢姡瑑?yōu)化方案的應(yīng)用有效改善了該加氫裂化裝置的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)轉(zhuǎn)化率提高5.4百分點的情況下，優(yōu)化后裂化反應(yīng)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(guān)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(jié)構(gòu)。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(chǔ)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(shù)可以有效支持M公司加氫裂化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jié) 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(jié)構(gòu)進行調(diào)整。

(2)加氫裂化裝置調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案在Y公司2.0 Mt/a加氫裂化裝置上的應(yīng)用結(jié)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(yīng)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(guān)。

(3)加氫裂化裝置調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案在M公司2.4 Mt/a加氫裂化裝置上的應(yīng)用結(jié)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(yīng)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(guān)。