4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置的運(yùn)行優(yōu)化

郭 振 剛

(浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316200)

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和經(jīng)濟(jì)增速的放緩，柴油消費(fèi)量增速放緩，噴氣燃料和化工原料市場(chǎng)需求逐步恢復(fù)，消費(fèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變將對(duì)中國煉油裝置結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性帶來挑戰(zhàn)。加氫裂化技術(shù)是煉油結(jié)構(gòu)中“油化纖”結(jié)合的核心，可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)噴氣燃料、柴油、潤滑油基礎(chǔ)油原料、催化重整原料和乙烯原料等[1]。對(duì)于產(chǎn)品方案較為靈活的加氫裂化裝置，研究優(yōu)化裝置工藝操作，提高噴氣燃料收率，降低柴油產(chǎn)品收率，開發(fā)增加高效產(chǎn)品，對(duì)于提高裝置的綜合經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。

浙江石油化工有限公司(簡(jiǎn)稱浙石化)通過優(yōu)化4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置的運(yùn)行，拓寬加工原料范圍，摻煉催化裂化柴油(簡(jiǎn)稱催化柴油)和焦化柴油，通過調(diào)整和優(yōu)化分餾系統(tǒng)操作方案提高高質(zhì)產(chǎn)品收率，摸索在柴油側(cè)線生產(chǎn)更具附加值及市場(chǎng)前景的5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)產(chǎn)品，在脫異戊烷單元生產(chǎn)戊烷發(fā)泡劑，通過靈活調(diào)整轉(zhuǎn)化率激發(fā)催化劑級(jí)配性能，充分發(fā)揮該裝置在煉化一體化項(xiàng)目中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整靈活的優(yōu)勢(shì)。

1 裝置概況

4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置(含C5正異構(gòu)烴分離單元)屬于浙石化40.0 Mt/a煉化一體化項(xiàng)目一期工程蠟油餾分處理核心裝置，采用UOP公司的UnicrackingTM工藝包，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)由中國石化洛陽工程有限公司完成，工程建設(shè)由中國石化第十建設(shè)公司承擔(dān)，是我國目前規(guī)模最大的單段串聯(lián)一次通過工藝流程裝置[2]。裝置于2018年10月開始工藝安裝，2019年11月30日中交，2020年1月2日投料試車成功。裝置由反應(yīng)部分、分餾部分、低壓分離氣(簡(jiǎn)稱低分氣)脫硫部分、脫異戊烷部分和公用工程部分組成，加工原料為1號(hào)常減壓蒸餾裝置的蠟油、2號(hào)常減壓蒸餾裝置的輕蠟油和焦化輕蠟油。反應(yīng)部分采用爐前混氫、熱高壓分離器(高分)工藝流程[3]，設(shè)置循環(huán)氫脫硫和低分氣脫硫單元；分餾部分包括硫化氫汽提塔和分餾塔，分餾塔設(shè)置重石腦油側(cè)線汽提塔、噴氣燃料側(cè)線汽提塔及中段回流、柴油側(cè)線汽提塔及中段回流；石腦油分餾流程包括脫丁烷塔和石腦油分餾塔，分餾系統(tǒng)出粗液化氣、輕石腦油、重石腦油、噴氣燃料、柴油及尾油；低分氣脫硫部分完成裝置自產(chǎn)低分氣和5.0 Mt/a渣油加氫裝置來的低分氣脫硫，脫異戊烷部分處理自產(chǎn)輕石腦油和4.0 Mt/a柴油加氫改質(zhì)裝置來的輕石腦油，分離得到純度(w)大于95%的異戊烷產(chǎn)品和輕石腦油產(chǎn)品。裝置的流程示意見圖1。

圖1 蠟油加氫裂化裝置流程示意

2 4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置開工運(yùn)行情況

在裝置中交前后分別完成了設(shè)備檢查、管線爆破吹掃、蒸汽打靶、試壓、機(jī)組單機(jī)試運(yùn)、分餾系統(tǒng)水聯(lián)運(yùn)、冷熱油聯(lián)運(yùn)、烘爐、氣密試驗(yàn)等一系列開車準(zhǔn)備工作。主要時(shí)間節(jié)點(diǎn)：2019年9月27日引生產(chǎn)水進(jìn)行管線沖洗，10月18日高壓蒸汽打靶合格，11月14日建立石腦油系統(tǒng)水聯(lián)運(yùn)，11月17日建立分餾系統(tǒng)水聯(lián)運(yùn)，11月30日加熱爐烘爐和反應(yīng)系統(tǒng)熱態(tài)考核結(jié)束，12月12日催化劑裝填完成，12月22日氫氣全壓氣密試驗(yàn)完成，12月31日催化劑硫化、鈍化完成，開始逐步切換新鮮蠟油進(jìn)料，2020年1月2日尾油、噴氣燃料、柴油產(chǎn)品合格，1月3日重石腦油產(chǎn)品合格。

裝置裝填UnicrackingTM工藝配套的加氫精制催化劑HYT-6219-1.3Q/HYT-6219-1.3T(397.0 t)與加氫裂化催化劑HC-185LT(287.1 t)，開工后一直維持95%以上負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。標(biāo)定期間加氫精制反應(yīng)器(R1001)床層平均溫度為368.2 ℃、氫分壓為14.7 MPa、體積空速為1.04 h-1，加氫裂化反應(yīng)器(R1002)床層平均溫度為348.9 ℃、氫分壓為14.2 MPa、體積空速為1.35 h-1，反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率為83.35%，裝置整體C5+收率達(dá)到94.42%，重石腦油+噴氣燃料+柴油的收率為69.12%，能耗為1 652.41 MJ/t，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 優(yōu)化運(yùn)行

3.1 摻煉催化柴油和焦化柴油

浙石化催化柴油主要產(chǎn)自4.5 Mt/a重油催化裂化裝置，其芳烴含量高，顏色深，安定性差，十六烷值低；焦化柴油產(chǎn)自3.2 Mt/a延遲焦化裝置，其不飽和烴、膠質(zhì)、氮含量較高。二者的主要性質(zhì)見表1。由表1可以看出，浙石化催化柴油和焦化柴油的性質(zhì)較差，無法通過調(diào)合的手段生產(chǎn)合格車用柴油，只能通過加氫的方式進(jìn)行處理。

表1 催化柴油、焦化柴油的性質(zhì)

浙石化現(xiàn)有的兩套柴油加氫改質(zhì)裝置的加工能力有限。文獻(xiàn)[4]報(bào)道蠟油加氫裂化裝置摻煉催化柴油和焦化柴油是可行的，因此浙石化自2020年1月2日開工正常后立即對(duì)蠟油加氫裂化裝置開展了摻煉催化柴油和焦化柴油的研究。

裝置摻煉催化柴油和焦化柴油的情況如圖2所示。1月12日逐步開始摻煉，其中2—3月催化柴油和焦化柴油摻煉量最高達(dá)到110 t/h，摻煉比例達(dá)到26%，摻煉后混合原料的性質(zhì)見表2。

表2 蠟油加氫裂化裝置摻煉催化柴油和 焦化柴油后混合原料的性質(zhì)

圖2 裝置摻煉催化柴油和焦化柴油的情況 —反應(yīng)進(jìn)料量； —催化柴油和焦化柴油摻煉量

摻煉催化柴油和焦化柴油期間，R1001床層平均溫度為366.2 ℃，R1002床層平均溫度為347.8 ℃，符合催化劑初期活性溫度的設(shè)計(jì)值。摻煉催化柴油和焦化柴油前后各產(chǎn)品的性質(zhì)及收率的對(duì)比如表3所示。由表3可以看出：摻煉催化柴油和焦化柴油后，噴氣燃料和柴油產(chǎn)品的終餾點(diǎn)較摻煉前降低，各產(chǎn)品質(zhì)量全部合格；重石腦油+噴氣燃料+柴油的收率較摻煉前增加5.17百分點(diǎn)，各產(chǎn)品收率增加幅度由大到小的順序?yàn)椴裼?3.67百分點(diǎn))>噴氣燃料(1.27百分點(diǎn))>重石腦油(0.23百分點(diǎn))，尾油收率降低2.85百分點(diǎn)。截至10月25日，裝置累計(jì)加工催化柴油和焦化柴油0.41 Mt，實(shí)現(xiàn)了將劣質(zhì)的催化柴油和焦化柴油轉(zhuǎn)化成附加值較高的噴氣燃料、國Ⅵ柴油和重石腦油等組分的目標(biāo)，解決了全廠催化柴油和焦化柴油的平衡問題。

表3 摻煉催化柴油和焦化柴油前后各產(chǎn)品性質(zhì)及收率的對(duì)比

3.2 生產(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油

工業(yè)白油的價(jià)格高、銷路好，但白油的質(zhì)量指標(biāo)比柴油產(chǎn)品相對(duì)苛刻。工業(yè)白油標(biāo)準(zhǔn)[5]要求5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)的閃點(diǎn)(開口)不低于120 ℃、運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)為4.14～5.06 mm2/s，傾點(diǎn)不高于0 ℃；而裝置按照原設(shè)計(jì)工況標(biāo)定期間(不生產(chǎn)工業(yè)白油)，柴油的閃點(diǎn)(開口)為104 ℃，運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)僅為3.068 mm2/s，傾點(diǎn)為3 ℃。針對(duì)以上產(chǎn)品質(zhì)量差別，在不改變裝置原有工藝流程的基礎(chǔ)上，開展了通過優(yōu)化原料組成、改變裂化反應(yīng)深度和調(diào)整分餾切割操作來生產(chǎn)白油的探索研究。

在試生產(chǎn)白油期間，反應(yīng)系統(tǒng)維持反應(yīng)進(jìn)料的流量和反應(yīng)溫度不變，原料中保持催化柴油和焦化柴油的摻煉量為60 t/h左右，反應(yīng)進(jìn)料輕組分相應(yīng)增加，相當(dāng)于相同反應(yīng)溫度下的反應(yīng)深度增大，反應(yīng)生成油中輕組分相應(yīng)增加，降低了柴油餾分的凝點(diǎn)，有利于其滿足白油的傾點(diǎn)指標(biāo)。同時(shí)，針對(duì)工業(yè)白油較柴油閃點(diǎn)高、黏度大、傾點(diǎn)低的要求，調(diào)整分餾系統(tǒng)切割方案，將柴油餾程精細(xì)化控制在245～355 ℃。裝置生產(chǎn)工業(yè)白油期間與原設(shè)計(jì)工況標(biāo)定期間的操作條件對(duì)比見表4。

由表4可以看出，優(yōu)化后，噴氣燃料側(cè)線抽出溫度從206.1 ℃提高至209.0 ℃，柴油側(cè)線抽出溫度從268.3 ℃提高至273.8 ℃，柴油側(cè)線汽提塔塔底汽提蒸汽量從2.0 t/h提高至2.7 t/h，柴油側(cè)線汽提塔塔頂氣相溫度從262.9 ℃提高至267.9 ℃，

表4 裝置生產(chǎn)工業(yè)白油期間與原設(shè)計(jì)工況 標(biāo)定期間的操作條件對(duì)比

柴油中段回流量從245.4 t/h提高至252.0 t/h，并將汽提出來的輕組分并入柴油組分中，保證了白油質(zhì)量的合格。裝置生產(chǎn)工業(yè)白油期間與原設(shè)計(jì)工況標(biāo)定期間的柴油性質(zhì)對(duì)比見表5。由表5可以看出，生產(chǎn)工業(yè)白油期間，柴油的運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)為4.345 mm2/s，閃點(diǎn)(開口)為126 ℃，傾點(diǎn)為-3 ℃，各指標(biāo)均滿足5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)產(chǎn)品質(zhì)量要求。按照工業(yè)白油與柴油的差價(jià)約700元/t、柴油產(chǎn)量為95 t/h計(jì)算，柴油作5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)產(chǎn)品出廠，可創(chuàng)利約6.65萬元/h，為企業(yè)的降本增效和可持續(xù)發(fā)展做出較大貢獻(xiàn)。

表5 裝置生產(chǎn)工業(yè)白油期間與原設(shè)計(jì)工況標(biāo)定期間的柴油性質(zhì)對(duì)比

3.3 增產(chǎn)噴氣燃料

反應(yīng)系統(tǒng)維持原料中摻煉部分催化柴油和焦化柴油，增加反應(yīng)進(jìn)料中的輕組分比例，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度使裝置在高轉(zhuǎn)化率條件下運(yùn)行，增加反應(yīng)生成油中的中間餾分油含量。在分餾系統(tǒng)操作參數(shù)不超限和噴氣燃料質(zhì)量合格的前提下，拓寬噴氣燃料餾程，將其終餾點(diǎn)控制值從不大于260 ℃提高至不大于270 ℃。通過不斷的優(yōu)化操作并兼顧工業(yè)白油生產(chǎn)，將柴油測(cè)線抽出溫度從262.2 ℃提高至275.0 ℃，噴氣燃料測(cè)線抽出溫度從206.8 ℃提高至210.4 ℃。增產(chǎn)噴氣燃料時(shí)，分餾塔柴油、噴氣燃料側(cè)線抽出溫度的月平均值如圖3所示。

圖3 柴油、噴氣燃料側(cè)線抽出溫度的月平均值▲—柴油； ●—噴氣燃料

根據(jù)噴氣燃料抽出溫度、分餾塔內(nèi)氣液負(fù)荷及熱負(fù)荷等變化情況，逐步增大噴氣燃料內(nèi)回流量至220 t/h。調(diào)整過程中噴氣燃料內(nèi)回流量的變化如圖4所示。調(diào)整過程中每天對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，保證各分餾產(chǎn)品質(zhì)量合格。增產(chǎn)噴氣燃料后，其餾程從170.4～242.6 ℃提高至172.5～252.9 ℃；受組分變重影響，其冰點(diǎn)由前期的均值小于-70 ℃提高至-64.5 ℃，煙點(diǎn)變化不大，穩(wěn)定在26.15～28.35 mm，各質(zhì)量指標(biāo)均合格、穩(wěn)定。

圖4 噴氣燃料內(nèi)回流量的變化

優(yōu)化調(diào)整后噴氣燃料實(shí)際收率與設(shè)計(jì)值的對(duì)比如圖5所示。由圖5可以看出，優(yōu)化調(diào)整后，噴氣燃料實(shí)際收率從開工初期的20.7%最高增加至26.6%。優(yōu)化調(diào)整后，裝置噴氣燃料產(chǎn)量穩(wěn)定達(dá)到130 t/h左右，較設(shè)計(jì)產(chǎn)量增加35.5 t/h。

圖5 優(yōu)化調(diào)整后噴氣燃料實(shí)際收率與設(shè)計(jì)值的對(duì)比 —設(shè)計(jì)收率； —實(shí)際收率

3.4 生產(chǎn)戊烷發(fā)泡劑

脫異戊烷單元異戊烷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)純度(w)為95%，其研究法辛烷值為92以上。作為汽油調(diào)合組分，由于其飽和蒸氣壓為135 kPa左右，因而需要實(shí)時(shí)監(jiān)控、保證汽油調(diào)合池飽和蒸氣壓達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致異戊烷的調(diào)合量少，裝置產(chǎn)能未完全釋放，所以研究利用裝置現(xiàn)有設(shè)施生產(chǎn)戊烷發(fā)泡劑對(duì)裝置異戊烷產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益提高尤為重要。發(fā)泡劑是促進(jìn)材料產(chǎn)生泡沫，從而形成閉孔或聯(lián)孔結(jié)構(gòu)材料的物質(zhì)，又稱泡沫劑。由含戊烷的原料經(jīng)分餾精制而得的戊烷發(fā)泡劑，由于戊烷ODP(臭氧消耗潛能)為零，GWP(溫室效應(yīng)潛能)小，毒性小，是環(huán)保型發(fā)泡劑。根據(jù)正戊烷和異戊烷兩種組分的比例不同，戊烷發(fā)泡劑分為11種型號(hào)，其質(zhì)量執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)見表6[6]。

表6 11種型號(hào)戊烷發(fā)泡劑的質(zhì)量執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

異戊烷發(fā)泡劑生產(chǎn)的核心是保證目標(biāo)產(chǎn)品異戊烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于98.0%、總的戊烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于98.5%。針對(duì)脫異戊烷單元制定汽油調(diào)合與異戊烷發(fā)泡劑兩種生產(chǎn)方案。在生產(chǎn)發(fā)泡劑期間，首先控制1號(hào)柴油加氫改質(zhì)裝置來的粗輕石腦油中C4體積分?jǐn)?shù)不大于1.5%，改善脫異戊烷單元原料性質(zhì)；其次適當(dāng)降低塔底溫度，優(yōu)化塔的回流比為8～10，使塔頂異戊烷中不攜帶正戊烷；異戊烷發(fā)泡劑產(chǎn)品合格后進(jìn)專罐儲(chǔ)存。通過優(yōu)化操作，得到的異戊烷產(chǎn)品性質(zhì)如表7所示。由表7可以看出，產(chǎn)品中異戊烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99.20%，總的戊烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.66%，各項(xiàng)產(chǎn)品性質(zhì)均符合F0型戊烷發(fā)泡劑指標(biāo)要求，提高了產(chǎn)品的附加值，提高了裝置的生產(chǎn)靈活性。

表7 異戊烷產(chǎn)品性質(zhì)及戊烷發(fā)泡劑技術(shù)要求

4 結(jié) 論

(1)浙石化4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置拓寬加工原料范圍時(shí)，摻煉催化柴油和焦化柴油的量平均為57 t/h，最高摻煉比例達(dá)到26%，摻煉催化柴油和焦化柴油期間的各產(chǎn)品質(zhì)量合格，重石腦油+噴氣燃料+柴油的收率增加5.17百分點(diǎn)，將劣質(zhì)的催化柴油和焦化柴油轉(zhuǎn)化成高附加值組分，解決全廠催化柴油和焦化柴油平衡問題。

(2)優(yōu)化原料組成、改變裂化反應(yīng)深度和調(diào)整分餾操作，分餾塔柴油側(cè)線生產(chǎn)出運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)為4.345 mm2/s、閃點(diǎn)(開口)為126 ℃、傾點(diǎn)為-3 ℃的5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)產(chǎn)品，創(chuàng)利約6.65萬元/h。

(3)優(yōu)化分餾操作，噴氣燃料收率從20.7%增加至26.6%，產(chǎn)量較設(shè)計(jì)值增加35.5 t/h。

(4)脫異戊烷單元生產(chǎn)出異戊烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99.2%、總的戊烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.66%的F0型戊烷發(fā)泡劑。

(5)通過一系列優(yōu)化運(yùn)行，提高了裝置產(chǎn)品附加值及高質(zhì)產(chǎn)品收率，發(fā)揮了4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置在浙石化煉化一體化項(xiàng)目一期20.0 Mt/a煉油流程中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整靈活的優(yōu)勢(shì)。