柴油加氫裝置和加氫裂化裝置聯(lián)合優(yōu)化壓減柴油和多產(chǎn)噴氣燃料的工業(yè)實(shí)踐

武 寶 平

(中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，成都 611930)

近年來(lái)，我國(guó)成品油市場(chǎng)需求逐步分化，其中車用柴油市場(chǎng)需求進(jìn)入負(fù)增長(zhǎng)，車用汽油市場(chǎng)需求增速減緩，而與此同時(shí)受民航運(yùn)輸業(yè)發(fā)展的影響，噴氣燃料市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)[1]。其中，國(guó)內(nèi)噴氣燃料表觀消費(fèi)量由2009年的14.55 Mt上升到2019年的36.84 Mt，近10年的年平均增長(zhǎng)率大于9%，特別是西南地區(qū)，早在2011年，西南地區(qū)的噴氣燃料需求已達(dá)2.56 Mta，市場(chǎng)需求旺盛[1]。

為應(yīng)對(duì)上述市場(chǎng)需求的變化，國(guó)內(nèi)煉油廠采取多種方式壓減柴油和增產(chǎn)噴氣燃料，包括加氫裂化裝置摻煉煤油加氫精制原料[2]，加氫裂化裝置摻煉加氫精制柴油[3]，柴油加氫裝置側(cè)線抽出170～210 ℃餾分生產(chǎn)溶劑油、調(diào)合石腦油或汽油[4]，以及通過(guò)改進(jìn)加氫裂化技術(shù)及匹配催化劑來(lái)提高噴氣燃料收率和壓減柴油等[5-6]。

中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱四川石化)現(xiàn)有一套3.0 Mta柴油加氫裝置和一套2.7 Mta蠟油加氫裂化裝置。其中，柴油加氫裝置已改造為柴油加氫改質(zhì)裝置(以下統(tǒng)一稱為柴油加氫改質(zhì)裝置)，加工常一線油和常二線油的混合油生產(chǎn)精制柴油；加氫裂化裝置加工蠟油和催化裂化柴油生產(chǎn)重石腦油、噴氣燃料、柴油和尾油。2018年蠟油加氫裂化裝置采用中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱石科院)開發(fā)的多產(chǎn)重石腦油和噴氣燃料加氫裂化技術(shù)及配套的加氫精制催化劑RN-410、加氫裂化催化劑RHC-210和RHC-220，以在壓減柴油的同時(shí)多產(chǎn)重石腦油和噴氣燃料并兼顧改善尾油質(zhì)量[7]。由于四川石化無(wú)噴氣燃料加氫精制裝置，且常一線油無(wú)法由加氫裂化裝置直接摻煉加工，為在現(xiàn)有裝置加工流程下充分利用常一線原料，實(shí)現(xiàn)全廠進(jìn)一步壓減柴油和多產(chǎn)噴氣燃料的目的，開展了柴油加氫改質(zhì)裝置和蠟油加氫裂化裝置的聯(lián)合優(yōu)化。以下主要介紹此兩套加氫裝置聯(lián)合優(yōu)化的實(shí)踐情況。

1 柴油加氫改質(zhì)裝置現(xiàn)狀及優(yōu)化可行性分析

柴油加氫改質(zhì)裝置的原料和產(chǎn)品柴油性質(zhì)數(shù)據(jù)列于表1。由表1可知，產(chǎn)品柴油閃點(diǎn)(閉口)為65 ℃，運(yùn)動(dòng)黏度(20 ℃)為3.010 mm2s，分別僅比產(chǎn)品柴油出廠指標(biāo)高3 ℃和0.01 mm2s，即兩項(xiàng)性質(zhì)指標(biāo)均“卡邊”，在裝置操作波動(dòng)情況下，存在較大的柴油產(chǎn)品質(zhì)量不合格的風(fēng)險(xiǎn)。這是由于柴油加氫改質(zhì)裝置分餾精度不足，現(xiàn)有操作工況下產(chǎn)品柴油通常會(huì)夾帶部分輕組分。

表1 柴油加氫改質(zhì)裝置原料和產(chǎn)品柴油性質(zhì)

由于全廠蠟油原料不足，蠟油加氫裂化裝置加工負(fù)荷有裕量。但是，根據(jù)文獻(xiàn)[3]報(bào)道，蠟油加氫裂化裝置直接摻煉柴油加氫改質(zhì)裝置的原料或產(chǎn)品雖然能在一定程度上壓減柴油，但并不能直接改善加氫改質(zhì)柴油產(chǎn)品的閃點(diǎn)和黏度；另外，通過(guò)常減壓蒸餾裝置和全廠流程改造，直接將常一線油或部分常二線油在加氫裂化裝置摻煉加工，雖可達(dá)到增產(chǎn)噴氣燃料的預(yù)期目標(biāo)，但由常減壓蒸餾裝置改造直接提高柴油加氫改質(zhì)裝置進(jìn)料的初餾點(diǎn)，并不能有效解決柴油加氫改質(zhì)裝置因分餾精度不足帶來(lái)的柴油產(chǎn)品閃點(diǎn)和黏度性質(zhì)“卡邊”的問(wèn)題。

通常地，由常一線油加氫生產(chǎn)噴氣燃料的主要方式為由噴氣燃料加氫精制裝置直接加工或由加氫裂化裝置摻煉加工。由于四川石化現(xiàn)有加工流程中無(wú)噴氣燃料加氫精制裝置，且常一線油無(wú)法由加氫裂化裝置直接摻煉加工，考慮到柴油加氫改質(zhì)裝置和加氫裂化裝置距離較近，且兩套裝置部分流程互通，因此在不增加改造費(fèi)用的情況下考慮利用兩套裝置開展聯(lián)合優(yōu)化。

此外，考慮到在柴油加氫改質(zhì)裝置設(shè)計(jì)條件下，反應(yīng)單元操作調(diào)整空間較小，因而主要對(duì)分餾單元調(diào)整手段進(jìn)行分析。圖1為柴油加氫改質(zhì)裝置的流程示意。由圖1可知，現(xiàn)有流程下，由主分餾塔采出的中段餾分油側(cè)線不單獨(dú)外送出裝置，而是與裝置進(jìn)料換熱降溫后與主分餾塔塔底采出油一并送至柴油罐區(qū)進(jìn)行調(diào)合。

圖1 柴油加氫改質(zhì)裝置工藝流程示意

裝置中段餾分油的性質(zhì)如表2所示。由表2可知：中段餾分油的運(yùn)動(dòng)黏度(20 ℃)為1.559 mm2s，閃點(diǎn)(閉口)為41.0 ℃，其黏度小、閃點(diǎn)低是影響全餾分產(chǎn)品柴油閃點(diǎn)和黏度性質(zhì)“卡邊”的重要因素；此外裝置中段餾分油芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.4%，十六烷指數(shù)為42.1，為性質(zhì)較差的柴油組分；且在原料低轉(zhuǎn)化深度下，間歇存在產(chǎn)品博士試驗(yàn)不通過(guò)的問(wèn)題，其性質(zhì)指標(biāo)不能直接滿足噴氣燃料指標(biāo)要求。

表2 柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油的性質(zhì)

結(jié)合上述分析，在不影響柴油加氫改質(zhì)裝置熱量平衡的條件下，可由裝置主分餾塔側(cè)線抽出一定比例的中段餾分油作為蠟油加氫裂化裝置的混配原料進(jìn)一步加工。

2 柴油加氫改質(zhì)裝置和加氫裂化裝置的聯(lián)合優(yōu)化

2.1 柴油加氫改質(zhì)裝置抽出中段餾分油的分析

柴油加氫改質(zhì)裝置抽出中段餾分油去蠟油加氫裂化裝置加工前后柴油產(chǎn)品的性質(zhì)列于表3。由表3可知：裝置抽出20 th的中段餾分油后，柴油的收率由82.13%降低至75.35%，降低6.78百分點(diǎn)；在產(chǎn)品性質(zhì)上，產(chǎn)品柴油密度(20 ℃)由812.4 kgm3增大至816.5 kgm3，閃點(diǎn)(閉口)由65.0 ℃升至77.5 ℃，運(yùn)動(dòng)黏度(20 ℃)由3.010 mm2s增大至3.540 mm2s，十六烷指數(shù)由53.1升高至54.7。以上結(jié)果表明，優(yōu)化后柴油收率降低，實(shí)現(xiàn)了壓減柴油的預(yù)期目標(biāo)，而且柴油的閃點(diǎn)和黏度均得到有效改善，不僅解決了產(chǎn)品性質(zhì)“卡邊”的問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

表3 聯(lián)合優(yōu)化前后柴油加氫改質(zhì)裝置產(chǎn)品柴油的性質(zhì)對(duì)比

2.2 蠟油加氫裂化裝置摻煉柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油的分析

蠟油加氫裂化裝置摻煉柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油前后混合原料(濾后)的性質(zhì)數(shù)據(jù)見表4。由表4可以看出，蠟油加氫裂化裝置摻煉20 th柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.41%)后，混合原料密度(20 ℃)由886.0 kgm3降低至883.6 kgm3，硫含量、氮含量、BMCI和餾程均有所降低。

表4 蠟油加氫裂化裝置摻煉柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油前后的原料油性質(zhì)

摻煉前后裝置的主要工藝條件參數(shù)列于表5。摻煉期間通過(guò)降低蠟油處理量的方式控制裝置處理量一致。由表5可知，在精制反應(yīng)器入口壓力不變的情況下，精制反應(yīng)平均溫度降低1.7 ℃，裂化反應(yīng)平均溫度降低3.2 ℃，精制反應(yīng)總溫升降低1.1 ℃，裂化反應(yīng)總溫升降低1.5 ℃，新氫流量降低652 m3h。這是由于蠟油加氫裝置摻煉中段餾分油后，混合原料性質(zhì)得到改善，相應(yīng)使得反應(yīng)苛刻度降低，精制和裂化反應(yīng)溫度及總溫升相應(yīng)降低。需要說(shuō)明的是，由于摻煉前后裝置控制石腦油收率基本相近，裂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化深度相近，因此新氫流量降低幅度較小。

表5 摻煉期間裝置主要工藝條件

摻煉前后裝置的產(chǎn)品分布和產(chǎn)品性質(zhì)列于表6。由表6可知：摻煉后，在石腦油收率相近條件下，產(chǎn)品噴氣燃料收率為41.20%，較摻煉前增加5.08百分點(diǎn)；摻煉前后噴氣燃料煙點(diǎn)無(wú)明顯變化，均為26.5 mm，且博士試驗(yàn)通過(guò)。說(shuō)明柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油經(jīng)加氫裂化裝置處理后煙點(diǎn)得到提升，抗腐蝕性能得到改善。這與高壓加氫裂化反應(yīng)條件下中段餾分油的加氫深度提高直接相關(guān)。此外，產(chǎn)品尾油收率為25.16%，較摻煉前降低4.31百分點(diǎn)，尾油BMCI下降0.12。

表6 2.7 Mta加氫裂化裝置摻煉柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油前后產(chǎn)品分布和產(chǎn)品性質(zhì)

表6 2.7 Mta加氫裂化裝置摻煉柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油前后產(chǎn)品分布和產(chǎn)品性質(zhì)

項(xiàng) 目摻煉前摻煉后產(chǎn)品分布(w),% 液化氣+干氣+酸性氣3.262.98 輕石腦油9.799.04 重石腦油21.3621.62 噴氣燃料36.1241.20 尾油29.4725.16 合計(jì)100100產(chǎn)品性質(zhì) 噴氣燃料煙點(diǎn)∕mm26.526.5 噴氣燃料博士試驗(yàn)通過(guò)通過(guò) 尾油BMCI8.698.57

由以上分析可知，在相近轉(zhuǎn)化率下，蠟油加氫裂化裝置摻煉柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油可顯著提高噴氣燃料產(chǎn)品的收率，且對(duì)噴氣燃料性質(zhì)影響不大。

2.3 聯(lián)合優(yōu)化結(jié)果分析

柴油加氫改質(zhì)裝置和蠟油加氫裂化裝置聯(lián)合優(yōu)化前后的處理量以及原料油、氫氣及各產(chǎn)品的價(jià)格列于表7。根據(jù)表7的數(shù)據(jù)核算得到：優(yōu)化前在柴油加氫改質(zhì)裝置和蠟油加氫裂化裝置進(jìn)料量分別為254 th和270 th時(shí)，兩套裝置對(duì)應(yīng)的總收益為160 662.1 元h；優(yōu)化后柴油加氫改質(zhì)裝置和蠟油加氫裂化裝置進(jìn)料量同樣分別為254 th和270 th(其中含蠟油原料250 th)，兩套裝置對(duì)應(yīng)的總收益為163 014.5 元h，聯(lián)合優(yōu)化后兩套裝置總收益可增加2 352元h。

表7 柴油加氫改質(zhì)裝置和蠟油加氫裂化裝置聯(lián)合優(yōu)化結(jié)果

3 結(jié) 論

利用加氫裂化裝置摻煉柴油加氫改質(zhì)裝置中段餾分油的方式進(jìn)行兩套裝置的聯(lián)合優(yōu)化，結(jié)果表明：優(yōu)化后，一方面柴油產(chǎn)品的閃點(diǎn)(閉口)由65.0 ℃提高至77.5 ℃，運(yùn)動(dòng)黏度(20 ℃)由3.010 mm2s增至3.540 mm2s，十六烷指數(shù)由53.1 提高至54.7，在解決柴油閃點(diǎn)和黏度質(zhì)量指標(biāo)“卡邊”問(wèn)題的同時(shí)改善了產(chǎn)品柴油質(zhì)量；另一方面，柴油產(chǎn)品收率降低6.78百分點(diǎn)，噴氣燃料產(chǎn)品收率提高5.08百分點(diǎn)；優(yōu)化后在柴油加氫改質(zhì)裝置和蠟油加氫裂化裝置進(jìn)料量分別為254 th和270 th(蠟油原料250 th)的情況下，兩套裝置總收益可增加2 352元h，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。