降低柴汽比及柴油高效利用技術(shù)方案探討

張曉琳，吳文濤，沈顯東，陶貴金

（1.中國石油遼陽石化公司，遼寧遼陽111003；2.中國石油大連石化公司，遼寧大連116032）

近年來，國內(nèi)汽車保有量持續(xù)增長，汽油消費(fèi)量隨之增長較快；與此同時，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速減緩，液化天然氣等清潔替代燃料開始增長，導(dǎo)致柴油的消費(fèi)量增幅放緩，消費(fèi)柴汽比下降［1］。

對于東北某大型煉化企業(yè)而言，大部分柴油產(chǎn)品是由直餾柴油和催化柴油通過進(jìn)一步加工而成，直餾柴油和催化柴油的加工方式，直接決定著柴汽比的高低。文中對直餾柴油和催化柴油增產(chǎn)汽油、航煤和化工原料的加工方案進(jìn)行詳細(xì)介紹，針對有些同時增產(chǎn)2種高附加值產(chǎn)品的技術(shù)，按照側(cè)重點(diǎn)或應(yīng)用舉例的實(shí)際效果進(jìn)行歸類。

1 油品消費(fèi)趨勢

柴油未來消費(fèi)量將下降，汽油和煤油的需求量仍將持續(xù)增長，這意味著采取降低柴汽比的加工方式將是煉化企業(yè)未來的發(fā)展方向，而降低柴汽比的主要加工方向是：壓減柴油，增產(chǎn)汽油、航煤和化工原料。通過降低煉化企業(yè)柴汽比來達(dá)到成品油市場供需平衡、推進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展以及降低能源安全風(fēng)險(xiǎn)有積極的促進(jìn)作用［2～5］。近年油品消費(fèi)情況和未來趨勢見圖1。

圖1 油品消費(fèi)趨勢

2 增產(chǎn)汽油方案

2.1 直餾柴油增產(chǎn)汽油方案

中國石油玉門煉化公司的80×104t/a重油催化裂化裝置改造前進(jìn)料組成為減壓渣油、減壓蠟油、常壓渣油、焦化蠟油。2016年4月，對重油催化裂化裝置經(jīng)行裝置改造，改造后將27 t/h的直餾柴油直輸催化裂化裝置經(jīng)行摻煉。摻煉的柴油原為加氫精制原料，混入重油催化裂化原料后，將其密度降低了15.8 kg/m3，明顯改善了原料性質(zhì)。裝置操作上，第1提升管、第2提升管溫度均有所升高，燒焦罐底溫度和再生器密項(xiàng)床層溫度有所下降，待運(yùn)行平穩(wěn)后，對裝置進(jìn)行標(biāo)定，具體情況見表1。

表1 標(biāo)定期間汽柴油收率對比

從表1可以看出，摻煉直餾柴油后，從產(chǎn)品分布來看，催化裂化裝置汽油收率增加，且增幅顯著高于柴油，從而降低柴汽比。全廠柴油平均收率降低3.00%，汽油平均收率提高2.93%，柴汽比下降0.27個單位，效果顯著。但由于增產(chǎn)的汽油均為催化汽油，導(dǎo)致汽油池辛烷值下降；同時，由于催化裂化摻煉直餾柴油，加氫精制原料組成改變，柴油池也出現(xiàn)了十六烷值降低等問題［6］。

2.2 催化柴油增產(chǎn)汽油方案

2.2.1 加氫轉(zhuǎn)化制汽油目前柴油加氫改質(zhì)技術(shù)成熟且應(yīng)用廣泛，但并不適用于催化柴油加氫改質(zhì)，主要原因是催化裂化的反應(yīng)機(jī)理決定。催化裂化反應(yīng)并不能破壞原料中的芳烴，從而導(dǎo)致催化柴油中芳烴含量高、十六烷值低。針對此問題，科研人員研發(fā)了催化柴油加氫轉(zhuǎn)化制汽油工藝方案。此項(xiàng)工藝技術(shù)在明顯提升了催化柴油品質(zhì)的同時，還可以生產(chǎn)附加值較高的汽油調(diào)和組分。

該技術(shù)的反應(yīng)原理是：通過催化劑將原料中的二環(huán)、三環(huán)等稠環(huán)芳烴選擇性加氫、開環(huán)，也就是控制原料中多環(huán)芳烴的加氫飽和深度，最終生產(chǎn)單環(huán)芳烴含量高的產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)對催化柴油的優(yōu)化利用。具有代表性的采用該工藝技術(shù)達(dá)到催化柴油增產(chǎn)汽油方案的有：LCO UnicrackingTM工藝（美國UOP公司）、FD2G工藝（中國石化撫順石油化工研究院）、RLG工藝（中國石化石油化工科學(xué)研究院）等［7］。各技術(shù)原料及產(chǎn)品主要工藝指標(biāo)見表2。

表2 不同工藝增產(chǎn)汽油的工藝原料和產(chǎn)品對比

從表2可以看出，雖然采用的工藝不同，但此項(xiàng)技術(shù)均可以將芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%～90%，密度在0.91～0.97 g/cm3的催化柴油部分轉(zhuǎn)化為辛烷值＞90的汽油組分，同時柴油十六烷值提高8～30個單位。該技術(shù)可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)柴油產(chǎn)率，從而降低全廠柴汽比，并且因?yàn)榉磻?yīng)原理的原因，可以顯著改善柴油和汽油產(chǎn)品品質(zhì)，增加經(jīng)濟(jì)效益。通過對采用該技術(shù)的典型煉廠的分析結(jié)果顯示，全廠柴汽比可整體降低0.1～0.5個單位。

2.2.2 制高辛烷值汽油或輕質(zhì)芳烴LTAG（LCO to aromatics and gasoline）技術(shù)是石油化工科學(xué)研究院與石家莊煉化公司聯(lián)合開發(fā)的催化裂化柴油加工技術(shù)，其工藝特點(diǎn)是催化裂化柴油選擇性加氫飽和—選擇性催化裂化組合生產(chǎn)高辛烷值汽油或輕質(zhì)芳烴?？蒲腥藛T根據(jù)催化裂化柴油組分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對催化裂化柴油中含量較多的烴類分子，定制了選擇性加氫飽和與選擇性催化裂化組合生產(chǎn)高辛烷值汽油或輕質(zhì)芳烴的最佳反應(yīng)路徑。

LTAG是加氫單元和催化單元的組合技術(shù)。在加氫單元，通過優(yōu)化工藝條件和專用催化劑，將催化裂化柴油中所含的多環(huán)芳烴（萘及萘系物）高選擇性地定向加氫，轉(zhuǎn)化為四氫萘型單環(huán)芳烴或環(huán)烷烴，同時控制其加氫深度，抑制副反應(yīng)。在催化裂化單元，通過催化劑的選擇、配套工藝條件的優(yōu)化等方面的促進(jìn)協(xié)同作用，減少環(huán)烷基單環(huán)芳烴的氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，而強(qiáng)化其環(huán)烷環(huán)開環(huán)裂化反應(yīng)，同時將催化裂化柴油盡量轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)單環(huán)芳烴，或者高辛烷值汽油調(diào)和組分。與現(xiàn)有的其他相關(guān)技術(shù)比較，LTAG具有技術(shù)投資少、操作靈活、裝置易改造等優(yōu)點(diǎn)，且具有催化裂化柴油轉(zhuǎn)化率高、氫耗低、汽油辛烷值高、汽油選擇性好等優(yōu)異性能。

LTAG技術(shù)的催化柴油加氫效果好，催化單元重油加工負(fù)荷影響小，具有操作靈活和實(shí)施方式多樣的特點(diǎn)。具體應(yīng)用上，技術(shù)實(shí)施效果與加氫單元和催化單元裝置的實(shí)際情況有關(guān)。目前石油化工科學(xué)研究院正在開發(fā)第2代技術(shù)，進(jìn)一步增加汽油辛烷值，降低氫耗［8］。

3 增產(chǎn)航煤方案

3.1 直餾柴油增產(chǎn)航煤方案

2015年，中國石化撫順石油化工研究院研發(fā)成功1項(xiàng)技術(shù)，原料為終餾點(diǎn)≤300℃直餾柴油，在反應(yīng)溫度350～400℃、反應(yīng)壓力6.0～10.0 MPa、體積空速0.5～1.5 h-1的條件下，可以生產(chǎn)70%以上的優(yōu)質(zhì)航煤，并副產(chǎn)優(yōu)質(zhì)重整原料［9］。典型的中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 FDJ直餾柴油異構(gòu)增產(chǎn)航煤技術(shù)指標(biāo)

除此之外，該公司為適應(yīng)市場需要，獲取更加靈活的加工方案和效益最大化，利用現(xiàn)有工藝流程及RS-2100型催化劑，在120×104t/a柴油加氫裝置上直接試產(chǎn)直餾軍用航煤。通過對相關(guān)操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并通過與上下游裝置密切合作，在120×104t/a柴油加氫精制裝置上將常減壓蒸餾裝置常一線餾分油當(dāng)作生產(chǎn)航空煤油的直供原料，可以獲得符合國家標(biāo)準(zhǔn)的3#軍用噴氣燃料。

3.2 催化柴油增產(chǎn)航煤方案

FC-32和FC-50催化劑為中國石化撫順石油化工研究院研發(fā)成功的增產(chǎn)航煤催化劑，其技術(shù)特點(diǎn)是，在不更換催化劑的前提下，利用現(xiàn)有加氫裂化裝置摻煉催化柴油，尤其是摻煉催化輕柴油，通過采用拓寬航煤餾程的方式就可以靈活實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)航煤的目的［10］，該技術(shù)在廣州石化加氫裂化裝置的實(shí)際應(yīng)用效果見表4。

表4 實(shí)際反應(yīng)條件及產(chǎn)品指標(biāo)

4 增產(chǎn)化工原料方案

4.1 直餾柴油增產(chǎn)化工原料方案

FDHC技術(shù)為中國石化撫順石油化工研究院2010年開發(fā)成功的柴油中壓加氫裂化技術(shù)［11］，其特點(diǎn)是以直餾柴油為主要原料（也可摻煉少量焦化柴油），生產(chǎn)25～35%的優(yōu)質(zhì)重整原料，40%～50%的優(yōu)質(zhì)航煤，20%～30%的優(yōu)質(zhì)乙烯原料等產(chǎn)品，從而明顯降低柴油產(chǎn)量，整體調(diào)優(yōu)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。

FDHC技術(shù)路線增產(chǎn)化工原料存在3個方面問題。（1）反應(yīng)壓力低導(dǎo)致芳烴飽和度不足；（2）產(chǎn)品由柴油向航煤和化工原料轉(zhuǎn)變帶來的工藝操作，生產(chǎn)方案的變化；（3）原料組成性質(zhì)不同對產(chǎn)品分布和質(zhì)量影響較大，需要優(yōu)化路線。

撫順石油化工研究院分別就上述問題進(jìn)行了研究和開發(fā)，并通過增加補(bǔ)充精制工藝流程來達(dá)到優(yōu)化的目的。此項(xiàng)技術(shù)已于2016年成功應(yīng)用于中國石化燕山分公司120×104t/a直餾柴油裂化裝置。在燕山石化的工業(yè)應(yīng)用結(jié)果顯示：FDHC技術(shù)適用于改造或新建壓力等級≮8.0 MPa的中壓加氫裂化裝置，以直餾柴油為原料，可以靈活優(yōu)化生產(chǎn)航煤及優(yōu)質(zhì)化工原料。

4.2 催化柴油增產(chǎn)化工原料方案

催化柴油加氫轉(zhuǎn)化制芳烴的典型代表性技術(shù)為UOP公司開發(fā)的LCO-X工藝。除UOP公司外，新日本石油公司也開發(fā)了以催化裂化柴油為原料生產(chǎn)芳烴化工原料的工藝技術(shù)。其核心技術(shù)是催化柴油通過加氫轉(zhuǎn)化，選擇性烷基轉(zhuǎn)移生產(chǎn)苯和二甲苯。反應(yīng)原理與LCO UnicrackingTM工藝類似，在完成加氫去雜質(zhì)的過程后，對原料中的二環(huán)、三環(huán)等稠環(huán)芳烴選擇性加氫，開環(huán)生成單環(huán)芳烴，也就是將石腦油餾分的物料，通過反應(yīng)生成苯和二甲苯，沒有轉(zhuǎn)化的非芳組分裂化生產(chǎn)液化氣。但LCO-X工藝區(qū)別于LCO UnicrackingTM的是其反應(yīng)條件要求更加精確和苛刻；另外LCO-X工藝在流程上增加了芳烴最大化單元［12～15］。典型產(chǎn)品分布及指標(biāo)見表5。

表5 LCO-X工藝產(chǎn)品分布及指標(biāo)

4.3 直餾柴油與催化柴油混煉增產(chǎn)化工原料方案

MHUG加氫改質(zhì)技術(shù)為中國石化撫順石油化工研究院開發(fā)，以催化裂化柴油或重油催化裂化柴油、直餾柴油、焦化柴油或摻入直餾輕蠟油的混合油為原料，產(chǎn)品為富含芳烴的石腦油（可作為催化重整原料）、柴油、裂解原料等。

MHUG加氫改質(zhì)技術(shù)工藝流程主要是反應(yīng)和分餾2部分，使用的復(fù)合催化劑體系主要有加氫處理及加氫裂化催化劑：FF-46、RN-32V、FC-32、RIC-2等，原料經(jīng)過加熱先進(jìn)入加氫處理反應(yīng)段，在這里原料發(fā)生加氫脫硫、脫氮、烯烴飽和及芳烴飽和等反應(yīng)。然后產(chǎn)品進(jìn)入加氫裂化反應(yīng)段，經(jīng)行加氫改質(zhì)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過氣液分離后，液體產(chǎn)物再進(jìn)行分餾，最終得到不同的產(chǎn)品［16］。

MHUG加氫改質(zhì)技術(shù)生產(chǎn)方案靈活，操作彈性大，可根據(jù)實(shí)際選擇最大量生產(chǎn)芳烴重整原料，最大量生產(chǎn)柴油，最大量生產(chǎn)尾油及兼產(chǎn)航煤等不同方案。該技術(shù)具有產(chǎn)品質(zhì)量好，石腦油中芳烴含量高，液體收率高，柴油十六烷值高，尾油BMCI值低等特點(diǎn)。該技術(shù)已在國內(nèi)10套工業(yè)裝置進(jìn)行應(yīng)用，單套裝置最大規(guī)模為360×104t/a，運(yùn)行周期為3～5 a。

5 結(jié)束語

（1）FDHC技術(shù)、FD2G技術(shù)以及LTAG技術(shù)通過加工直餾柴油和催化柴油，實(shí)現(xiàn)了壓減柴油，增產(chǎn)汽油、航煤和化工原料目的。

（2）針對該企業(yè)實(shí)際情況，可以利用現(xiàn)有的加氫精制裝置，通過適應(yīng)性改造，加工直餾柴油或催化柴油，增產(chǎn)汽油、航煤和化工原料，既可以增產(chǎn)汽油、航煤等清潔燃料，又可以為下游烯烴及芳烴裝置提供優(yōu)質(zhì)原料。