LTAG柴油加氫改質(zhì)裝置生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)整

張永生，王佳康，步洪剛

（中國石化 濟南分公司，山東 濟南 250014）

為了達到壓減柴油、提升經(jīng)濟效益的目的，根據(jù)中國石化濟南分公司煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整、提質(zhì)升級的總體規(guī)劃，1#催化裂化裝置和柴油加氫改質(zhì)裝置采用中國石化石油化工科學(xué)研究院（RIPP）催化柴油加氫處理-催化裂化組合生產(chǎn)高辛烷值汽油或芳烴（LTAG）工藝進行了改造。2017年，柴油加氫改質(zhì)裝置率先完成了改造，以生產(chǎn)國Ⅴ普柴為主要工況。2018年9月，隨著1#催化裂化裝置完成改造并投產(chǎn)，柴油加氫改質(zhì)裝置的原料由催柴與直柴的混合全部變?yōu)榇卟?，產(chǎn)品柴油不再作為國Ⅴ普柴出廠，而是全部變?yōu)?#催化裂化裝置LTAG回?zé)挷裼偷倪M料，質(zhì)量控制指標(biāo)降低。

為了適應(yīng)新的工藝，本工作對柴油加氫改質(zhì)裝置的生產(chǎn)工況進行了優(yōu)化調(diào)整，通過降低柴油加氫改質(zhì)裝置R301反應(yīng)器入口溫度、降低加熱爐負(fù)荷和停用真空脫水塔，滿足了1#催化裂化裝置LTAG回?zé)挷裼唾|(zhì)量控制指標(biāo)，并達到了節(jié)能降耗減排的目的。

1 LTAG工藝及柴油加氫改質(zhì)裝置

1.1 LTAG工藝

LTAG工藝是RIPP開發(fā)的一項擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)。該工藝通過加氫改質(zhì)裝置和催化裂化裝置的組合，以催化裂化柴油為原料，在加氫改質(zhì)裝置中通過對催化柴油中的多環(huán)芳烴進行定向加氫飽和，將催化柴油中雙環(huán)以上芳烴加氫飽和為單環(huán)芳烴，產(chǎn)物在催化裂化裝置中轉(zhuǎn)化為富含芳烴的高辛烷值汽油［1］。

1.2 柴油加氫改質(zhì)裝置

中國石化濟南分公司900 kt/a柴油加氫改質(zhì)裝置由中國石化北京設(shè)計院設(shè)計，以重油催化裂化裝置所產(chǎn)的催化裂化柴油，常減壓裝置生產(chǎn)的直餾柴油和焦化裝置所產(chǎn)的焦化汽油、焦化柴油為原料，經(jīng)過加氫精制反應(yīng)，使產(chǎn)品滿足新的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

為了增加化工輕油的產(chǎn)量及質(zhì)量，2003年11月增加了石腦油穩(wěn)定系統(tǒng)，生產(chǎn)富含烷烴的乙烯裂解料；為了回收分餾塔頂?shù)牡蜏責(zé)幔?007年11月對分餾塔頂流程進行了改造，增加了熱媒水取熱系統(tǒng)，可回收低溫余熱7.5 GJ（設(shè)計值）。2011年為適應(yīng)柴油質(zhì)量升級，將裝置改造為800 kt/a柴油加氫改質(zhì)裝置，采用RIPP開發(fā)的中壓加氫改質(zhì)MHUG技術(shù)，反應(yīng)器第二床層增加改質(zhì)催化劑，主要原料為催化裝置生產(chǎn)的催化柴油及部分焦化裝置生產(chǎn)的焦化柴油，主要產(chǎn)品為硫含量低于0.005%（w）、十六烷值達到43的精制柴油，副產(chǎn)的石腦油芳烴潛含量較高，可作為重整原料；同年，為解決精制柴油水含量高的問題，在精制柴油出裝前增加柴油真空脫水系統(tǒng)。2017年，為充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)裝置加工催化裂化柴油，達到壓減柴油、提升經(jīng)濟效益的目的，采用RIPP開發(fā)的LTAG專利技術(shù)進行改造，在原反應(yīng)器后串聯(lián)增加改質(zhì)反應(yīng)器，新增循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)，將裝置改造為900 kt/a柴油加氫改質(zhì)裝置。主要原料為催化柴油，產(chǎn)品全部作為LTAG催化單元的原料。

2 柴油加氫改質(zhì)裝置優(yōu)化調(diào)整

2.1 柴油加氫改質(zhì)裝置優(yōu)化調(diào)整

為了適應(yīng)新的LTAG工藝對改質(zhì)柴油產(chǎn)品質(zhì)量的要求，通過降低柴油加氫改質(zhì)裝置R301反應(yīng)器入口溫度來控制催化柴油加氫改質(zhì)反應(yīng)深度，并對生產(chǎn)工況進行優(yōu)化調(diào)整［2］。調(diào)整期間，維持處理量、原料性質(zhì)不變。裝置混合進料全部切換為催化柴油。表1為催化柴油原料性質(zhì)［3-4］。

表2為標(biāo)定期間反應(yīng)器工藝參數(shù)。由表2可知，R301精制反應(yīng)器平均反應(yīng)溫度為332.8 ℃，總溫升為80 ℃，R302改質(zhì)反應(yīng)器平均反應(yīng)溫度為329 ℃，總溫升為21 ℃。體積空速為0.36 h-1，氫分壓為6.4 MPa，氫油體積比為1 640［5-6］。

表1 柴油加氫改質(zhì)裝置催化柴油原料性質(zhì)Table 1 Catalytic diesel feedstock properties of diesel hydro-upgrading unit

表2 反應(yīng)器工藝參數(shù)Table 2 Reactor process parameters

1#催化裂化裝置投產(chǎn)后，柴油加氫改質(zhì)裝置的產(chǎn)品柴油不再作為國Ⅴ普柴出廠，而是全部作為1#催化裂化裝置LTAG回?zé)挷裼偷倪M料。因此，柴油加氫改質(zhì)裝置的柴油產(chǎn)品的質(zhì)量控制指標(biāo)有所變化，即以符合1#催化裂化裝置LTAG回?zé)挷裼椭笜?biāo)要求為準(zhǔn)。表3為1#催化裂化裝置對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的質(zhì)量指標(biāo)要求。

表3 回?zé)挷裼瓦M料的質(zhì)量指標(biāo)要求Table 3 Requirements for the quality index of refueled diesel feed

2.2 R301反應(yīng)器入口溫度調(diào)整

2.2.1 反應(yīng)溫度降至300 ℃

1#催化裂化裝置LTAG改造投產(chǎn)前，柴油加氫改質(zhì)裝置加工原料為催化柴油和直餾柴油的混合原料。由于直餾柴油芳烴含量較催化柴油低，柴油加氫改質(zhì)裝置反應(yīng)器反應(yīng)溫升在45 ℃左右，反應(yīng)溫升低，需要較高的反應(yīng)器入口溫度。1#催化裂化裝置LTAG改造投產(chǎn)后，柴油加氫改質(zhì)裝置原料全部改為催化柴油，芳烴含量在60%～80%之間，反應(yīng)器反應(yīng)劇烈，反應(yīng)溫升達到80 ℃左右，反應(yīng)溫升高，已經(jīng)不再需要較高的反應(yīng)器入口溫度，因此將R301反應(yīng)器入口溫度降至300 ℃。加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度和硫、氮含量反映了加氫反應(yīng)的深度［7-8］。圖1為加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度和硫、氮含量曲線。由圖1可知，加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度平均值為886.0 kg/m3，硫含量的平均值為3.48 mg/kg，氮含量的平均值為0.41 mg/kg，符合1#催化裂化裝置對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的質(zhì)量指標(biāo)要求。

圖1 加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度和硫、氮含量曲線Fig.1 Density and sulfur，nitrogen content curves of hydrogenated diesel products.

2.2.2 反應(yīng)溫度降至290 ℃

圖2為繼續(xù)降低R301反應(yīng)器入口溫度至290℃后所得加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度和硫、氮含量曲線。

圖2 加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度和硫、氮含量曲線Fig.2 Density and sulfur，nitrogen content curves of hydrogenated diesel products.

由圖2可知，加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度平均值為894.3 kg/m3，硫含量的平均值為3.61 mg/kg，氮含量的平均值為0.43 mg/kg，符合1#催化裂化裝置對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的質(zhì)量指標(biāo)要求。相比R301反應(yīng)器入口溫度為300 ℃時，入口溫度降至290 ℃后，加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的平均密度大幅上升，硫含量和氮含量的平均值也有所上升，反映出催化柴油加氫改質(zhì)的反應(yīng)深度降低。

2.2.3 反應(yīng)溫度降至288 ℃

由于反應(yīng)溫度降至280 ℃以下后，裝置反應(yīng)進料油已經(jīng)不再發(fā)生反應(yīng)，因此為了保證裝置在反應(yīng)器溫升降低的情況下不會造成熱量不足，能夠維持裝置應(yīng)對工況調(diào)整的彈性，同時也為了達到優(yōu)化調(diào)整的最大效果，在將R301反應(yīng)器入口溫度降低至288 ℃后就不再進行繼續(xù)降低反應(yīng)溫度的操作［9-10］。圖3為R301反應(yīng)器入口溫度降至288 ℃后所得加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度和硫、氮含量曲線。由圖3可知，加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度平均值為896.7 kg/m3，硫含量的平均值為6.47 mg/kg，氮含量的平均值為0.46 mg/kg，仍然符合1#催化裂化裝置對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的質(zhì)量指標(biāo)要求。但相較于R301反應(yīng)器入口溫度為290 ℃時，催化柴油加氫改質(zhì)的反應(yīng)深度繼續(xù)降低，脫硫效果大幅下降，脫氮效果也有所下降［11］。

圖3 加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的密度和硫、氮含量曲線Fig.3 Density and sulfur，nitrogen content curves of hydrogenated diesel products.

反應(yīng)溫度調(diào)整過程中，對加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品中的多環(huán)芳烴、單環(huán)芳烴的含量進行了跟蹤［12-13］。表4為加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品中的多環(huán)芳烴、單環(huán)芳烴含量。如表4所示，當(dāng)反應(yīng)溫度分別降至300，290，288℃時，加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品中的多環(huán)芳烴和單環(huán)芳烴含量都能夠滿足1#催化裂化裝置對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的質(zhì)量指標(biāo)要求。但隨著反應(yīng)溫度的下降，多環(huán)芳烴含量逐漸升高，單環(huán)芳烴含量逐漸下降，催化柴油加氫改質(zhì)的反應(yīng)深度逐漸降低。

表4 加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品中的多環(huán)芳烴、單環(huán)芳烴含量Table 4 The content of polycyclic aromatic hydrocarbons and monocyclic aromatic hydrocarbons in hydrogenated diesel products

2.3 反應(yīng)加熱爐負(fù)荷調(diào)整

1#催化裂化裝置LTAG改造投產(chǎn)后，柴油加氫改質(zhì)裝置原料全部更換為催化柴油，R301反應(yīng)器反應(yīng)劇烈，反應(yīng)溫升達到80 ℃左右，反應(yīng)溫升高，反應(yīng)產(chǎn)物的熱值提高，為與混合原料換熱的高壓換熱器提供了大量熱量。同時，柴油加氫改質(zhì)裝置的柴油產(chǎn)品全部作為1#催化裂化裝置的LTAG回?zé)挷裼瓦M料后，質(zhì)量控制指標(biāo)降低，已經(jīng)不需要較高的反應(yīng)深度，因而可適當(dāng)降低R301反應(yīng)器的入口反應(yīng)溫度。因此，對加熱爐負(fù)荷進行了調(diào)整。在調(diào)整過程中，將反應(yīng)加熱爐主火嘴全部熄滅，每排只保留了一個長明燈，同時降低換熱器冷旁路流量，這樣就可以滿足R301反應(yīng)器入口反應(yīng)溫度的要求。反應(yīng)加熱爐瓦斯用量由調(diào)整前的270 Nm3/h降至調(diào)整后的30 Nm3/h。

2.4 停用真空脫水塔

1#催化裂化裝置LTAG改造投產(chǎn)前，柴油加氫改質(zhì)裝置的柴油產(chǎn)品作為國Ⅴ普通柴油出廠，含水量的控制指標(biāo)為不高于200 mg/kg。改造投產(chǎn)后，柴油加氫改質(zhì)裝置的柴油產(chǎn)品全部作為1#催化裂化裝置的LTAG回?zé)挷裼瓦M料，質(zhì)量控制指標(biāo)降低，尤其是1#催化裂化裝置對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的含水量沒有做出明確要求，通常要求采樣中未見明水即可。因此，在正常生產(chǎn)中，參照山東石大科技集團有限公司關(guān)于催化裂化裝置原料含水量的研究［14-15］，將1#催化裂化裝置對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的含水量控制值設(shè)定為不高于2 100 mg/kg。濟南分公司停用了柴油加氫改質(zhì)裝置的真空脫水塔，并對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的含水量進行了跟蹤分析，含水量數(shù)據(jù)見圖4。由圖4可知，LTAG回?zé)挷裼瓦M料的平均含水量為465.27 mg/kg，符合不高于2 100 mg/kg的工藝指標(biāo)要求。

脫水塔投用期間，使用脫水塔底泵將加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品作為LTAG回?zé)挷裼瓦M料送往1#催化裂化裝置，脫水塔底泵功率為180 kW/h，真空脫水塔的負(fù)壓由水環(huán)真空泵抽真空提供，水環(huán)真空泵功率為7.5 kW/h。脫水塔停用期間，脫水塔底泵和水環(huán)真空泵停運，加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品作為LTAG回?zé)挷裼瓦M料，通過汽提塔底泵送往1#催化裂化裝置，汽提塔底泵功率為110 kW/h。停用真空脫水塔，每天可節(jié)約電能1 860 kW。

圖4 柴油加氫改質(zhì)裝置所產(chǎn)LTAG回?zé)挷裼瓦M料含水量Fig.4 Water content of LTAG refining diesel feed produced by diesel hydro-upgrading unit.

3 結(jié)論

1）降低R301反應(yīng)器入口溫度至288 ℃，加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品能夠滿足1#催化裂化裝置對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的質(zhì)量控制指標(biāo)要求。

2）反應(yīng)加熱爐將主火嘴全部熄滅，每排只保留一個長明燈，就可以滿足R301反應(yīng)器對入口反應(yīng)溫度的要求。

3）停用真空脫水塔，加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品含水量也能夠很好滿足1#催化裂化裝置對LTAG回?zé)挷裼瓦M料的含水量控制指標(biāo)要求。每天節(jié)約電能1 860 kW。

4）濟南分公司對柴油加氫改質(zhì)裝置運行操作條件優(yōu)化調(diào)整后，節(jié)能減排降耗效果明顯。但是，由于對R301反應(yīng)器入口溫度進行了大幅度的降低，要想保證裝置長周期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，在接下來的工作中，還需要對該反應(yīng)器所裝填使用催化劑的失活速率進行跟蹤研究。