煉廠芳烴生產(chǎn)優(yōu)化分析與實(shí)踐

壽建祥

（中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江寧波 315207）

中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司（簡稱鎮(zhèn)海煉化）是國內(nèi)大型煉化一體化企業(yè)，目前具有2 300萬t/a原油綜合加工能力，規(guī)模在國內(nèi)煉油企業(yè)中多年居于前列，芳烴產(chǎn)量超過100萬t/a。結(jié)合鎮(zhèn)海煉化芳烴生產(chǎn)裝置的特點(diǎn)和實(shí)際情況，對芳烴裝置生產(chǎn)優(yōu)化進(jìn)行分析，以期更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

1 芳烴生產(chǎn)概況

鎮(zhèn)海煉化的芳烴生產(chǎn)由兩套生產(chǎn)能力分別為100萬t/a和120萬t/a的連續(xù)重整裝置提供基本芳烴原料，以120萬t/a歧化與烷基轉(zhuǎn)移裝置、初始設(shè)計(jì)45萬t/a對二甲苯分離裝置為芳烴生產(chǎn)核心裝置、輔以64萬t/a芳烴抽提裝置與45萬t/a苯抽提裝置，構(gòu)成了鎮(zhèn)海煉化煉油芳烴生產(chǎn)鏈，見圖1。

由圖1 可知，鎮(zhèn)海煉化分公司芳烴生產(chǎn)鏈以重整裝置為龍頭，芳烴分餾為紐帶，芳烴抽提和苯抽提主要用于分離苯和甲苯，歧化和異構(gòu)化提高吸附分離進(jìn)料量和PX產(chǎn)量，高純度PX產(chǎn)品是整個(gè)生產(chǎn)鏈的關(guān)鍵目標(biāo)產(chǎn)品，同時(shí)輔產(chǎn)苯、甲苯等。

2 芳烴生產(chǎn)優(yōu)化途徑分析

2.1 精細(xì)化管理，拓寬芳烴資源

鎮(zhèn)海煉化芳烴生產(chǎn)原料以一次加工石腦油為主，輔以加氫裂化重石腦油，在一次加工裝置的石腦油資源不足時(shí)，為拓寬重整料資源，將柴油加氫粗汽油也作為重整料，保證重整裝置的高負(fù)荷運(yùn)行。

雖然鎮(zhèn)海煉化原油一次加工量超過2 100萬t/a，但是由于石腦油除了供應(yīng)兩套重整裝置外，還需要部分供應(yīng)100萬t/a乙烯裝置以及每年外供兄弟單位百萬噸乙烯原料，所以整個(gè)公司石腦油資源相對緊張。為向芳烴生產(chǎn)裝置提供充足的石腦油資源，120萬t/a（擴(kuò)能改造后）高壓加氫裂化裝置以及150萬t/a輕油型中壓加氫裂化裝置先后完成了多產(chǎn)化工原料改造。

2.1.1 優(yōu)化原油采購，確保重整裝置原料芳潛

圖1 鎮(zhèn)海煉化煉油芳烴生產(chǎn)鏈

近年來國際原油價(jià)格波動(dòng)幅度較大，為了進(jìn)一步降低原油采購成本，鎮(zhèn)海煉化采購的含硫、高酸、重質(zhì)原油量大幅上升。為了增產(chǎn)芳烴，在原油資源的選擇上，盡可能照顧到重整裝置的需要，選擇一些芳潛含量高的原油資源，保證重整裝置原料，增產(chǎn)芳烴。如伊輕油的石腦油芳潛較高，該公司在原油資源的組織上，盡量保證伊輕油的供應(yīng)，滿足重整料的需要。另外，為了保證重整裝置原料的高負(fù)荷運(yùn)行，該公司還選擇性地外購部分高芳潛的重整料，并將低芳潛的石腦油置換出來，保證了重整裝置進(jìn)料的芳潛。

2.1.2 強(qiáng)化管理，避免重整料污染

含硫、高酸、重質(zhì)原油的加工，容易引起常減壓常頂換熱器腐蝕泄漏導(dǎo)致重整料受污染。一方面優(yōu)選常減壓裝置的破乳劑、緩蝕劑注入方案，保證電脫鹽裝置的脫鹽效果，另一方面加強(qiáng)對常頂換熱器泄漏情況監(jiān)控，并增加在線監(jiān)測比色等指標(biāo)設(shè)施，一旦發(fā)現(xiàn)重整料外觀異常及時(shí)安排切出處理，確保重整原料不受原油或黑色顆粒的影響，從而保證了重整裝置的長周期、高苛刻度運(yùn)行。

2.1.3 拓寬重整原料資源，增加芳烴產(chǎn)量

加氫裂化重石腦油芳烴潛含量高、雜質(zhì)含量低，是優(yōu)質(zhì)的重整原料。為了增加加氫裂化重石產(chǎn)量，通過實(shí)施加氫裂化裝置生產(chǎn)方案的優(yōu)化，盡可能將輕石腦油中C6、C7 組分分離出來，避免C6N和C7N從輕石中流失，增加了重石腦油的產(chǎn)量。僅此一項(xiàng)，公司先后增產(chǎn)重石腦油超過20萬噸，為重整裝置提供了優(yōu)質(zhì)的石腦油資源。

2.1.4 加強(qiáng)重整原料組分切割控制，充分發(fā)揮重整裝置有效能力

增加重整進(jìn)料中生成芳烴的有效組分，盡量避免低芳潛的石腦油調(diào)入重整料，是重整裝置原料管理中必須重視的課題，也是增產(chǎn)芳烴的關(guān)鍵。

為了實(shí)現(xiàn)芳烴產(chǎn)量最大化，在常減壓裝置允許的條件下，盡量調(diào)低重整料干點(diǎn)；重整裝置初餾點(diǎn)也盡量控制在C6N不流失的水平，以提高重整生成油中C6～C9芳烴量。在操作控制上，強(qiáng)調(diào)精細(xì)化，將傳統(tǒng)的重整進(jìn)料初餾點(diǎn)控制方法逐步按組成分析數(shù)據(jù)去控制，確保重整進(jìn)料的有效組分增加，避免芳潛低的原料進(jìn)重整裝置；在石腦油資源充足的情況下，嚴(yán)格控制進(jìn)重整裝置的增產(chǎn)芳烴的有效組分，這樣做，既使得重整料的芳潛增加，又騰出裝置的有效處理能力，使重整裝置現(xiàn)有能力得到有效的發(fā)揮。

2.2 消除瓶頸，裝置提溫提負(fù)荷，提高芳烴產(chǎn)率

為解決重整裝置因提高反應(yīng)苛刻度加熱爐出現(xiàn)的瓶頸問題，在重整裝置反應(yīng)加熱爐試用新型火嘴。火嘴更換后，各反應(yīng)爐爐膛溫度趨于均衡，可調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，為提高重整反應(yīng)苛刻度創(chuàng)造了條件。加權(quán)平均入口溫度由530.5℃提高到533℃。提溫后，穩(wěn)定塔底重整汽油中芳烴含量由70.4%提高到72.8%，辛烷值約增加0.3，芳烴產(chǎn)率由63.2%提高到65.5%，效果較明顯。重整裝置加熱爐火嘴改造后，重整反應(yīng)苛刻度提高，改造前后各項(xiàng)指標(biāo)變化情況見表1。

從表1 可以看出，提溫前后重整進(jìn)料量和反應(yīng)壓力維持不變，將重整反應(yīng)溫度從530℃提高到

表1 重整裝置加熱爐火嘴改造前后各項(xiàng)指標(biāo)對比

533℃后，重整汽油辛烷值提高0.3個(gè)單位，重整汽油芳烴產(chǎn)率增加約1.3%。

重整裝置在保持高負(fù)荷高苛刻度平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，千方百計(jì)提高重整裝置重整進(jìn)料，Ⅲ套重整裝置由115 t/h提到124 t/h（107%設(shè)計(jì)負(fù)荷），反應(yīng)溫度最終提到533℃；Ⅳ套重整裝置重整進(jìn)料165 t/h（110%設(shè)計(jì)負(fù)荷），反應(yīng)溫度控制在532℃。兩套重整裝置的高負(fù)荷高苛刻度平穩(wěn)運(yùn)行，為下游芳烴回收裝置的優(yōu)化增產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件。

2.3 充分發(fā)揮歧化裝置的作用，增產(chǎn)芳烴

2.3.1 提高歧化負(fù)荷，優(yōu)化PX 聯(lián)合裝置進(jìn)料組成

制約PX 聯(lián)合裝置增產(chǎn)的主要瓶頸為吸附劑處理量已達(dá)到飽和，吸附塔壓（流）控閥接近全開，要在這種狀況下增產(chǎn)PX 產(chǎn)品，必須優(yōu)化吸附分離裝置的進(jìn)料組成，提高進(jìn)料中的PX 含量，在保持吸附塔進(jìn)料量不變的情況下，達(dá)到增產(chǎn)PX 產(chǎn)品的目的。表2 列舉了歧化裝置開工前后吸附分離進(jìn)料組成的變化。從中可以看出，歧化裝置開工后，吸附分離進(jìn)料中EB含量大大減少，而PX含量增加許多，為增產(chǎn)PX產(chǎn)品創(chuàng)造了條件。

2.3.2 優(yōu)化歧化進(jìn)料組成，改善產(chǎn)品分布

歧化裝置具有利用C9A通過烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成二甲苯，并可改變進(jìn)料芳烴中C7A/C9A比例來調(diào)節(jié)產(chǎn)物中二甲苯與苯的分布的特點(diǎn)，隨著新鮮進(jìn)料中C9A比例的上升，增加了C8A的收率而降低了苯的收率，同時(shí)為了保持相同的總轉(zhuǎn)化率就需要稍微提高反應(yīng)溫度，但必須考慮到對催化劑壽命的影響。

表2 歧化開工前后PX 裝置進(jìn)料組分變化

通過合理調(diào)配全廠的資源分配來提高歧化新鮮進(jìn)料中C9A 比例，一方面可以達(dá)到增產(chǎn)C8A 的目的，另一方面，因C9A的單程轉(zhuǎn)化率較C7A高，歧化總轉(zhuǎn)化率增加，循環(huán)量降低，從而可以減少操作費(fèi)用。

HAT-096 催化劑要求進(jìn)料中C7A/C9A 比例為1.22～4，反應(yīng)溫度350～430℃，而運(yùn)行中C7A/C9A達(dá)到1.25，溫度363℃，如果C7A/C9A按1.22控制，則可以多處理C9A 1.3 t/h，在增加重芳烴附加值的同時(shí)也提高了C8A的產(chǎn)量。

2.3.3 充分利用分餾系統(tǒng)，提高OX產(chǎn)量

歧化裝置設(shè)計(jì)范圍較廣，除了甲苯歧化工藝單元，還包括完整的芳烴分餾系統(tǒng)，即苯－甲苯分餾單元和二甲苯分餾單元，具體包括甲苯歧化反應(yīng)單元、汽提塔、苯塔、甲苯塔、二甲苯塔、鄰二甲苯塔和重芳烴塔。合理利用分餾系統(tǒng)的富裕負(fù)荷可達(dá)到降本增效的目的。

PX聯(lián)合裝置OX產(chǎn)品塔T403目前超負(fù)荷運(yùn)行，增產(chǎn)潛力不大，而歧化OX 產(chǎn)品塔T105 負(fù)荷只有90%，二甲苯分餾塔T104負(fù)荷83%左右，富含OX組分的異構(gòu)物料大量進(jìn)入PX 裝置二甲苯再蒸餾塔T401造成了OX的浪費(fèi)，因此可以考慮在保證T401塔頂物料PX含量的前提下，減少進(jìn)入T401增加進(jìn)入T104的異構(gòu)物料，以生產(chǎn)更多的OX產(chǎn)品。

優(yōu)化歧化裝置二甲苯塔T104 及鄰二甲苯塔T105 的操作，通過塔頂回流及塔底氣化率的調(diào)整，盡量增大T104塔底OX組分的濃度，同時(shí)在操作中盡量減少T105塔底OX組分的損失，從而可以有效地增加OX回收率。

2.3.4 優(yōu)化汽提塔及苯塔操作，提高苯產(chǎn)品產(chǎn)量

歧化裝置汽提塔T101物料頂外排至輕烴系統(tǒng)，塔頂組分中苯含量占到60%以上，因此可以對汽提塔以及苯塔進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整操作，以達(dá)到增產(chǎn)苯產(chǎn)品的目的。首先，通過穩(wěn)定操作盡量減少汽提塔T101頂物料的外排，有效減少塔頂苯組分的損失；其次通過優(yōu)化調(diào)整苯塔T102的操作，在保證塔底組分沒有苯的前提下，減少拔頂苯的采出，從而有效增加側(cè)線苯產(chǎn)品的產(chǎn)量。

2.3.5 依靠科技進(jìn)步，擴(kuò)大對二甲苯產(chǎn)能

近年來，隨著石油重質(zhì)化趨勢的加劇以及PX裝置擴(kuò)能需求的增加，最大化生產(chǎn)PX的需要對歧化裝置提出了更高的要求。因此，擴(kuò)大重芳烴的利用率來增加C8A 產(chǎn)率和PX 產(chǎn)能是歧化行業(yè)近期面臨的一個(gè)重大課題。

為了適應(yīng)這種挑戰(zhàn)且在芳烴裝置關(guān)鍵設(shè)備如反應(yīng)器和壓縮機(jī)不作改動(dòng)的情況下滿足擴(kuò)能改造的需要，上海石油化工研究院研究開發(fā)了新型的HAT-099系列甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移催化劑，表3列出了鎮(zhèn)海歧化裝置現(xiàn)有歧化催化劑HAT-096與新型的HAT-099的性能指標(biāo)。

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，HAT-099催化劑的處理能力得以大幅度提升，相同數(shù)量的HAT-099催化劑比HAT-096 有較高重芳烴處理能力，反應(yīng)進(jìn)料中C10含量最高可以達(dá)到15%，而氫烴比卻更低，完全可以滿足現(xiàn)有裝置在壓縮機(jī)不更換的條件下，僅通過更換催化劑，就實(shí)現(xiàn)擴(kuò)能改造的目的。同時(shí)，由于HAT-099催化劑允許反應(yīng)進(jìn)料中的C10A含量更高，因此對原料的要求更低，可以加工更多的重芳烴，增加苯和混二甲苯的產(chǎn)量，提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 HAT-096 與HAT-099 催化劑的性能指標(biāo)對比

2.3.6 提高歧化反應(yīng)進(jìn)料溫度，消除F101瓶頸

將重芳烴塔頂170℃的C9A 不經(jīng)空冷冷卻直接改入進(jìn)料緩沖罐，可以將反應(yīng)進(jìn)料溫度提至123℃（泡點(diǎn)213℃），降低F101熱負(fù)荷2.42 GJ/h，通過該項(xiàng)優(yōu)化，歧化進(jìn)料負(fù)荷可以提高5.57 t/h，影響催化劑壽命2.9 個(gè)月；為保持目前的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，還需提高反應(yīng)溫度2.5℃，影響催化劑壽命3個(gè)月；因此，該增效機(jī)會(huì)將使催化劑壽命總共減少5.9個(gè)月，但由于處理量的提高和能耗的降低，總共有259 萬美元/年的效益。

2.4 消除瓶頸，提高芳烴回收裝置能力

2.4.1 苯抽提裝置改造

苯抽提裝置完成抽提蒸餾塔改造后，一方面通過加強(qiáng)上游重整裝置脫己烷塔操作和質(zhì)量監(jiān)控，努力提高合格的C6 餾分原料產(chǎn)量；一方面加強(qiáng)芳烴抽提裝置生產(chǎn)優(yōu)化，逐步降低芳烴抽提裝置原料中C6 原料量，讓C6 餾分盡量進(jìn)苯抽提裝置，提高苯抽提進(jìn)料負(fù)荷；另外，調(diào)整優(yōu)化苯抽提裝置操作，加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)控，裝置苯產(chǎn)量穩(wěn)步上升，苯月產(chǎn)量由最初的8 000 t提高到9 500 t以上。

2.4.2 芳烴抽提裝置改造

為克服芳烴抽提裝置換熱器結(jié)垢堵塞嚴(yán)重、貧溶劑入塔溫度高、富溶劑烴負(fù)荷高等困難，努力提高裝置負(fù)荷，芳烴抽提裝置處理量由61 t/h 提到65 t/h，通過進(jìn)一步提高芳烴抽提苯塔底粗甲苯去歧化甲苯塔量，芳烴抽提裝置苯、甲苯平均日產(chǎn)量約增加60 t。

另外通過完成芳烴抽提裝置改造，裝置的處理能力從50 萬t/a，提高到64 萬t/a，大大提高了芳烴回收裝置的能力，為煉廠芳烴資源的充分回收創(chuàng)造了良好的條件。

2.5 裝置的優(yōu)化應(yīng)慎行

2.5.1 提高異構(gòu)化氫油比項(xiàng)目

將異構(gòu)化反應(yīng)系統(tǒng)氫油比從4.8提高到6.0，有利于減緩催化劑積碳失活速度，同時(shí)改善產(chǎn)品分布，異構(gòu)生成C8A 中PX 的平衡濃度將由22%增加到22.5%以上；提高氫油比后蒸汽消耗增加1.54 t/h，加熱爐負(fù)荷增加4.18 GJ/h。根據(jù)KBC模型計(jì)算，增加氫油比將PX/∑X 提高到22.5%、23%，可以增產(chǎn)PX產(chǎn)品9 000 t、18 800 t，效益分別為180萬美元/年和390萬美元/年。

PX 裝置異構(gòu)化反應(yīng)系統(tǒng)按KBC 提出的采用增加氫油比優(yōu)化異構(gòu)化反應(yīng)的增效機(jī)會(huì)進(jìn)行了現(xiàn)場測試，該增效機(jī)會(huì)期望達(dá)到提高EB 轉(zhuǎn)化率，使反應(yīng)生成物中PX/∑X 更接近平衡的優(yōu)化目的。但從表4數(shù)據(jù)可以看出，僅在測試初始階段，反應(yīng)EB 轉(zhuǎn)化率伴隨C8A環(huán)損的增加有所上升，然后隨氫油比的提高反而回落，且整個(gè)測試過程中PX/∑X比例也無明顯改善。

表4 提高異構(gòu)化反應(yīng)氫油比增效機(jī)會(huì)測試情況

2.5.2 吸附分離系統(tǒng)優(yōu)化項(xiàng)目

當(dāng)PX裝置的負(fù)荷率大于100%時(shí)，吸附分離進(jìn)料控制閥已接近全開。通常通過增加控制程序的步進(jìn)時(shí)間，提高裝置進(jìn)料量。然而事實(shí)上，通過進(jìn)一步分析純度、收率、能力三大性能指標(biāo)后發(fā)現(xiàn)（見圖2），這三個(gè)參數(shù)并沒有顯示出任何大的改進(jìn)。

圖2 純度、收率、負(fù)荷變化趨勢

專利商Axens認(rèn)為，根據(jù)鎮(zhèn)海煉化分公司的PX純度目標(biāo)，在固定純度99.5%～99.6%、固定收率95.5%～96%、負(fù)荷率在109%～110%的情況下，區(qū)域流量和步進(jìn)時(shí)間已得到了充分的優(yōu)化。

3 結(jié)論

芳烴生產(chǎn)可以通過優(yōu)化手段來提高產(chǎn)量，其中芳烴原料的優(yōu)化是提高芳烴產(chǎn)量的關(guān)鍵。煉廠典型的芳烴生產(chǎn)裝置包括石腦油加氫、重整，以及歧化、異構(gòu)化等芳烴轉(zhuǎn)化和芳烴吸附分離裝置。芳烴優(yōu)化不僅要從這些裝置本身的優(yōu)化入手，還需從這些裝置間以及裝置外部系統(tǒng)上進(jìn)行優(yōu)化。通過精細(xì)化管理、操作優(yōu)化和適當(dāng)?shù)膬?yōu)化改造，達(dá)到提高芳烴產(chǎn)量的目標(biāo)。通過優(yōu)化實(shí)踐案例分析表明，優(yōu)化項(xiàng)目需要經(jīng)過充分論證后再實(shí)施。