蠟油加氫裝置生產(chǎn)國V柴油的工業(yè)實踐

蘇廣訓，李永超，代 磊，賈寶強，王雪平

(中國石化石家莊煉化分公司，石家莊 050099)

近些年來，各煉油企業(yè)對于蠟油加氫裝置的優(yōu)化及研究主要集中在摻煉各種較難處理的柴油組分(如催化裂化柴油、焦化柴油等)方面[1-6]，很少有企業(yè)專門用蠟油加氫裝置加工生產(chǎn)車用柴油。理論上蠟油加氫具有更高的反應壓力，催化劑具有更好的裂化性能，具備加工生產(chǎn)車用柴油的能力，但很少有生產(chǎn)方面的實踐經(jīng)驗。

中國石化石家莊煉化分公司(簡稱石家莊煉化)于2019年8月進行了柴油液相循環(huán)加氫裝置催化劑換劑工作，為保證柴油正常出廠，換劑期間安排1.8 Mt/a蠟油加氫裝置替代生產(chǎn)國Ⅴ柴油。通過摸索工藝條件，成功生產(chǎn)出國Ⅴ柴油，并針對蠟油加氫裝置生產(chǎn)柴油期間出現(xiàn)的冷高壓分離器超負荷、反應進料加熱爐超負荷、尾油出裝置溫度高、產(chǎn)品柴油水含量高等瓶頸問題進行分析，制定有效的措施，最終解決以上問題，為后續(xù)操作提供數(shù)據(jù)與實踐支持。以下對此次工業(yè)實踐情況進行介紹。

1 裝置簡介

石家莊煉化1.8 Mt/a蠟油加氫裝置采用中國石化石油化工科學研究院(簡稱石科院)開發(fā)的劣質(zhì)蠟油加氫處理技術(RVHT)及配套催化劑(RG系列保護劑/RVS系列脫硫劑/RN系列脫硫脫氮劑)，主要由反應部分、反應產(chǎn)物分離部分、分餾部分、循環(huán)氫脫硫及低壓分離氣(低分氣)脫硫、PSA氫提純及相應的公用工程部分等組成。蠟油加氫裝置工藝流程如圖1所示。設計原料直餾蠟油、焦化蠟油進裝置后經(jīng)反應進料加熱爐加熱，進入固定床反應器反應，在催化劑的作用下，進行加氫脫硫、脫氮和烯烴飽和等反應，反應后產(chǎn)物經(jīng)過高壓分離器和低壓分離器分離，將氫氣、水等從油相分離出來，最后經(jīng)分餾塔分離。分餾塔塔頂抽出石腦油，側線抽出柴油，塔底產(chǎn)出加氫尾油，一部分直供送至催化裂化裝置，另一部分送至蠟油罐區(qū)。分餾塔塔頂酸性氣送至常減壓蒸餾裝置輕烴回收單元。

2 柴油原料

在生產(chǎn)柴油期間，蠟油加氫裝置加工的柴油為石家莊煉化1號常減壓蒸餾裝置常三線油和常四線油、2號常減壓蒸餾裝置常二線油和常三線油，以及焦化柴油的混合原料，共計175.00 t/h?；旌现别s柴油、焦化柴油以及混合原料的主要性質(zhì)見表1。由表1可以看出，由于摻煉了部分焦化柴油，混合原料的硫質(zhì)量分數(shù)達到0.71%，氮質(zhì)量分數(shù)達到337 μg/g。

圖1 蠟油加氫裝置工藝流程

表1 蠟油加氫生產(chǎn)國V柴油期間的原料性質(zhì)

3 工藝條件及產(chǎn)品性質(zhì)

蠟油加氫裝置加工柴油時裝置標定的主要工藝條件見表2，柴油產(chǎn)品的性質(zhì)見表3。由表2可見，反應器入口溫度控制為352 ℃時，反應溫升達到30 ℃，其原因是焦化柴油含有烯烴組分，在反應器第一床層反應時放熱量較大。由表3可見，在反應器平均溫度為368 ℃、氫分壓為9.4 MPa、體積空速為0.97 h-1、氫油體積比為500、分餾塔塔底溫度為222 ℃、分餾塔塔頂壓力為0.11 MPa的條件下，精制柴油氮質(zhì)量分數(shù)為1.1 μg/g，硫質(zhì)量分數(shù)為3 μg/g，脫氮率達到99.7%，脫硫率達到99.9%以上，而且從其他性質(zhì)來看，生產(chǎn)出的柴油產(chǎn)品滿足國Ⅴ車用柴油標準。

表2 蠟油加氫裝置生產(chǎn)國V柴油期間的主要工藝條件

表3 柴油產(chǎn)品性質(zhì)

4 加工柴油的物料平衡及能耗

蠟油加氫裝置加工柴油時的物料平衡數(shù)據(jù)見表4，裝置能耗數(shù)據(jù)見表5。由表4和表5可見，在加工柴油生產(chǎn)國Ⅴ柴油期間，蠟油加氫裝置化學氫耗為0.8%，能耗為412.6 MJ/t，較加工蠟油時的能耗(767.44 MJ/t)低，主要原因是裝置改加工柴油后，分餾塔進料溫度由330 ℃降低至220 ℃，分餾塔加熱爐負荷下降，瓦斯消耗量由之前的1 800 m3/h降低至1 100 m3/h。

表4 蠟油加氫生產(chǎn)國V柴油時的物料平衡數(shù)據(jù)

表5 蠟油加氫生產(chǎn)國V柴油時的能耗數(shù)據(jù)

5 蠟油加氫裝置加工柴油的瓶頸及解決措施

本次蠟油加氫裝置加工混合柴油生產(chǎn)國Ⅴ車用柴油過程中主要存在以下4個方面的瓶頸。

5.1 冷高壓分離器超負荷

當原料變更為柴油后，熱高壓分離器閃蒸出來的的輕組分多，冷高壓分離器油相流量超過設計值(1.35 t/h)，造成油水分離時間不足，油相帶水嚴重，由于油量過大，進入冷低壓分離器也分離不充分，使得油帶水進入分餾塔，最終導致分餾塔沖塔。

針對此問題的解決措施是：降低處理量，從而降低原料中輕組分量；注入冷氫降低反應器出口溫度，或優(yōu)化換熱流程降低原料溫度，進而降低熱高壓分離器溫度、減少熱高壓分離器閃蒸氣流量，從而降低冷高壓分離器油相流量；蠟油加氫裝置改加工柴油后，原料氮質(zhì)量分數(shù)比加工蠟油時低，按照混合原料柴油氮質(zhì)量分數(shù)為337 μg/g、氯質(zhì)量分數(shù)為1 μg/g、脫氮率為65%、脫氯率為60%計算，氯化銨平衡常數(shù)(KP=PNH3×PHCl)為1.63×10-8，因而可降低高壓分離器注水量，使之由14 t/h降低至8 t/h，從而減輕油相帶水程度。

5.2 反應進料加熱爐超負荷

反應加熱爐設計熱負荷為9.873 MW，而采用柴油生產(chǎn)方案時加熱爐所需負荷較高，達到11.58 MW。原因是，原料改為直餾柴油與焦化柴油后，原料芳烴含量較蠟油低，反應熱減少，導致加熱爐負荷不足。針對此問題的解決措施是：提高上游裝置原料柴油的熱直供率，使裝置進料溫度由50 ℃提高至79 ℃；增加焦化柴油比例，提高反應放熱量。

5.3 尾油出裝置溫度高

本次加工柴油正值夏季，尾油空氣冷卻器冷卻效果不好，使得尾油出裝置溫度高，最高達到63 ℃。針對此問題的解決措施是：將柴油空氣冷卻器與尾油空氣冷卻器并聯(lián)操作，調(diào)整空氣冷卻器出口手閥，降低空氣冷卻器偏流量，同時調(diào)整扇葉角度，將變頻操作改為工頻操作等。

5.4 產(chǎn)品柴油水含量高

蠟油加氫裝置加工柴油時，因分餾塔無脫水設施，曾一度導致產(chǎn)品柴油水質(zhì)量分數(shù)無法滿足低于100 μg/g的要求。針對此問題的解決措施是：提高分餾塔汽提蒸汽溫度，使之由157 ℃提高至198 ℃；摸索分餾塔的操作，使之按最優(yōu)操作參數(shù)(進料量170 t/h、進料溫度232 ℃、塔底溫度222 ℃、塔頂溫度125 ℃、塔頂壓力0.11 MPa、回流溫度40 ℃)運行；在車用柴油成品罐區(qū)前增加鹽干燥塔，并監(jiān)控干燥塔進出口柴油水含量，當干燥后柴油水含量高時及時切塔處理。

6 結 論

石家莊煉化1.8 Mt/a蠟油加氫裝置采用石科院開發(fā)的蠟油加氫處理技術RVHT及配套催化劑加工處理直餾柴油與焦化柴油的混合原料，在反應器入口溫度為352 ℃、氫分壓為9.4 MPa、氫油體積比為500、體積空速為0.97 h-1的相對緩和條件下，得到的柴油產(chǎn)品硫質(zhì)量分數(shù)穩(wěn)定在3 μg/g，達到國Ⅴ車用柴油標準。工業(yè)蠟油加氫裝置生產(chǎn)國Ⅴ車用柴油時，要注意采取措施解決冷高壓分離器超負荷、加熱爐超負荷、尾油出裝置溫度高、柴油水含量高等瓶頸問題。