石腦油加工情況及優(yōu)化

孔 建

(中國(guó)石化 洛陽(yáng)分公司，河南 洛陽(yáng) 471012)

某石化現(xiàn)原油綜合處理能力800萬(wàn)t/a，隨著200萬(wàn)t/a常減壓裝置、120萬(wàn)t/a連續(xù)重整裝置、150萬(wàn)t/a加氫裂化裝置、220萬(wàn)t/a渣油加氫裝置等煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目的逐步到位，預(yù)計(jì)2023年原油綜合處理能力可以達(dá)到1 000萬(wàn)t/a。近年來(lái)，隨著油品質(zhì)量升級(jí)及原油品質(zhì)的下降，受制于氫源的單一，該煉廠重整裝置常年維持超負(fù)荷，并結(jié)合近期原油、成品油市場(chǎng)的大幅波動(dòng)及后續(xù)新裝置的逐步開(kāi)工，全廠石腦油的平衡及優(yōu)化工作尤為重要。

1 石腦油加工情況

2019年該廠完成原油加工量552萬(wàn)t，為了提高減渣的加工效益，該廠采用高、低硫原油順序加工模式，因此常壓石腦油隨原油性質(zhì)變化而周期性變化。 表1為2019年全廠石腦油平衡情況。

表1 2019年全廠石腦油平衡情況

由表1可以看出，外購(gòu)石腦油占全廠石腦油來(lái)源比例為4.5%，全廠石腦油處于緊平衡狀態(tài)。其中常壓石腦油中初頂石腦油占85%。全廠石腦油中有94.08%的去處為重整裝置，5.8%至汽油調(diào)和，在汽油調(diào)和料中，柴油加氫石腦油為間斷調(diào)和，蠟油加氫石腦油為連續(xù)調(diào)和。

1.1 各石腦油的特點(diǎn)

①以初常頂石腦油為基準(zhǔn)，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況分析得出，柴油加氫石腦油C9及以上含量較常壓石腦油高14.34%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，芳烴含量較常壓石腦油高12.92%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，C7～C8鏈烷烴較常壓石腦油低7.14%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，環(huán)烷烴較常壓石腦油低2.43%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。②以初常頂石腦油為基準(zhǔn)，深拔下的航煤加氫石腦油C9及以上含量較常壓石腦油高37.29%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，航煤石腦油芳烴含量較常壓石腦油高4.07%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。該數(shù)據(jù)為航煤裝置停工時(shí)常一線壓至加氫裝置產(chǎn)生的干點(diǎn)175 ℃的石腦油組成，當(dāng)常壓深拔石腦油或航煤裝置深拔石腦油時(shí)同時(shí)可以作為參考。③以初常頂石腦油為基準(zhǔn)，蠟油石腦油C9及以上含量較常壓石腦油高20.19%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，芳烴含量較常壓石腦油高13.31%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，C7～C8鏈烷烴較常壓石腦油低7.14%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，環(huán)烷烴較常壓石腦油低2.43%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

綜上數(shù)據(jù)，因蠟油石腦油氮含量較高(>60μg/g)，芳烴含量高、環(huán)烷烴含量低、量小等特點(diǎn)，其不作為重整料考慮。而當(dāng)柴油加氫石腦油與常壓石腦油以1∶3進(jìn)入重整后或常頂、航煤石腦油深拔，航煤石腦油、加氫石腦油、常壓石腦油以1∶1∶6進(jìn)入重整后的裝置數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同原料下的重整汽油烴分布

由表2可知，以常壓石腦油為基準(zhǔn)，當(dāng)直柴、深拔后的航煤石腦油摻入后，重芳烴液收提高，氫氣產(chǎn)率降低，分析主要原因?yàn)椋孩僦卣椭胤紵N含量提高。柴油、深拔后的航煤石腦油中已經(jīng)存在重芳烴，且受動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)的影響，兩股料進(jìn)入重整后加權(quán)平均床層溫度升高(溫降降低)，導(dǎo)致自身含有的較多大分子鏈烷烴轉(zhuǎn)化為重芳烴。②噸油產(chǎn)氫下降。一方面兩股原料中環(huán)烷烴含量較低，另一方面與常壓石腦油的非芳烴分布差距較大，因目標(biāo)產(chǎn)物都為單環(huán)芳烴，因此在重組分占據(jù)較大的原料使單位質(zhì)量下的產(chǎn)氫下降。非芳烴含量分布見(jiàn)圖1。

圖1 各石腦油在C6～C11組分中非芳烴含量分布圖

目前，考慮到歧化裝置加工成本及PTA效益，A9大部分去做汽油調(diào)和料，同時(shí)部分A9會(huì)在白土塔中發(fā)生聚合和烷基化轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成大分子芳烴及膠質(zhì)[1]。而A10及生成的大分子芳烴(混合餾程190～370 ℃)從重芳烴塔底經(jīng)1#催化進(jìn)入柴油池，這部分柴油最后再次進(jìn)入柴油加氫進(jìn)行加工，形成了一個(gè)耗氫—產(chǎn)氫—耗氫的惡性循環(huán)[2]。因此，在重整料的拓寬上，還需進(jìn)一步的考慮，而達(dá)到效益的最大化。

1.2 重整裝置運(yùn)行情況

該煉廠有兩套重整裝置，1#重整裝置設(shè)計(jì)70萬(wàn)t/a，預(yù)加氫為先分餾后加氫流程，2#重整設(shè)計(jì)120萬(wàn)t/a，預(yù)加氫為全餾分加氫流程。2#重整為新建裝置，計(jì)劃2020年8月底開(kāi)工，表3為2019年1#重整裝置物料平衡情況。

由表3可知，預(yù)加氫方面：①輕石腦油、精制油收率較設(shè)計(jì)值偏差較大，而輕石腦油中C6及以上組分高達(dá)35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，以2019年的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，約有5萬(wàn)t的重整進(jìn)料組分隨輕石腦油流失；②富烴氣體、飽和液化氣與設(shè)計(jì)值略有偏差。

表3 2019年重整裝置物料平衡表

究其原因：①預(yù)分餾塔(脫C5塔)超設(shè)計(jì)負(fù)荷工況(負(fù)荷率120%)，通過(guò)Aspen Hysys對(duì)塔進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)受塔徑、塔板間距等限制，塔內(nèi)存在液泛現(xiàn)象，影響塔分離精度；同時(shí)由于塔頂餾出量較大，導(dǎo)致塔頂餾出線壓降增加，回流泵偏離設(shè)計(jì)工況，無(wú)法進(jìn)一步地提高回流比。②預(yù)分餾塔前的石腦油穩(wěn)定塔(脫C4塔)同樣存在分離精度不高，穩(wěn)定石腦油中的C4含量約占2.5%，這部分C4進(jìn)入到預(yù)分餾塔中增加了塔頂氣相負(fù)荷，不但影響分離精度，同時(shí)這部分C4隨后續(xù)的輕石腦油加工過(guò)程進(jìn)入氣分裝置，最后進(jìn)入飽和液化氣罐，該過(guò)程不但加工流程長(zhǎng)，同時(shí)占?xì)夥盅b置負(fù)荷，不利于后續(xù)全廠增產(chǎn)丙烯。

重整反應(yīng)方面：①無(wú)硫液化氣產(chǎn)量較同類裝置高；②重整氫氣收率較同類裝置比較低。

究其原因：①該重整裝置無(wú)硫液化氣后續(xù)沒(méi)有C4/C5分離塔，導(dǎo)致其無(wú)硫液化氣中C5含量15%～25%(體積分?jǐn)?shù))。②高、低硫原油順序加工模式以來(lái)，重整裝置原料周期性波動(dòng)，在低硫加工期間重整裝置反應(yīng)加熱爐爐管超溫、加權(quán)床層平均溫度較低(485～487 ℃)，因此該階段下的石腦油餾分在重整裝置未“吃干榨凈”，效益未達(dá)到最大化；高硫加工期間，部分高硫原油的石腦油餾分性質(zhì)差，重整反應(yīng)溫降低，加權(quán)床層溫度較高(491 ℃以上)，導(dǎo)致燒焦溫度高，干氣、液化氣量大，液收低。而在該加工模式下，高硫油加工時(shí)間約占比67%。表4列出了貧、富料加工工況下原料情況與加熱爐負(fù)荷。

表4 處理量及負(fù)荷核算表(負(fù)荷均不含對(duì)流室)

2 已采取的優(yōu)化措施

2.1 柴油加氫汽提塔抽出不穩(wěn)定石腦油

針對(duì)新增裂化劑工況下的柴油加氫分餾系統(tǒng)工況，利用Aspen Hysys模擬軟件對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以“宜油則油、宜芳則芳”的原則，具體做以下幾點(diǎn)建議：①將柴油加氫汽提塔塔壓從0.77 MPa降低至0.73 MPa，增加汽提塔石腦油抽出，因增加石腦油抽出后打破塔頂氣、液平衡，部分干氣中的C4隨抽出量增大會(huì)溶解至油相中，因此建議抽出量≥8t/h；②抽出工況穩(wěn)定后，通過(guò)化驗(yàn)分析，控制汽提塔石腦油干點(diǎn)140～150 ℃(A9芳烴前身物組分)；③以上兩個(gè)工況穩(wěn)定后，并在汽油需石腦油調(diào)和時(shí)，汽提塔頂輕石腦油送至石腦油穩(wěn)定塔后進(jìn)重整裝置，分餾塔塔頂重石腦油送至二催汽油脫臭進(jìn)汽油池，形成穩(wěn)定工況；④因汽提塔抽出輕石腦油為不穩(wěn)定石腦油，對(duì)石腦油穩(wěn)定塔加大緩蝕劑的注入量。以上優(yōu)化措施實(shí)施后，不穩(wěn)定石腦油化驗(yàn)分析見(jiàn)表5。

表5 汽提塔石腦油組成 %

由表5可見(jiàn)，該石腦油中基本不含C10、C11，且環(huán)烷烴含量>30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，芳烴含量降低，在柴油加氫石腦油有汽油調(diào)和需求時(shí)，汽提塔石腦油供給重整裝置、分餾塔石腦油供給汽油池。因此，在后續(xù)的加工過(guò)程中可以最大化地減少柴油加氫石腦油的C10、C11芳烴進(jìn)入到重整裝置，同時(shí)在調(diào)和汽油時(shí)避免適宜重整進(jìn)料這組分的流失。

2.2 高、低硫石腦油分儲(chǔ)分煉

為了解決高、低硫加工時(shí)的瓶頸并降低爐管超溫操作的危險(xiǎn)性，在2020年3月，采取了高、低硫石腦油分儲(chǔ)分煉的模式，即常壓直供石腦油部分分流至罐區(qū)，部分至重整裝置，將分流罐區(qū)的石腦油根據(jù)其性質(zhì)分儲(chǔ)，當(dāng)加工低硫油時(shí)，將直供石腦油中摻入罐區(qū)高硫石腦油，加工高硫油時(shí)反之。具體為：①罐區(qū)目前4個(gè)石腦油罐，根據(jù)高低硫原油加工時(shí)間，設(shè)置貧料罐G601、G602，富料罐G603、G604；②高硫原油加工時(shí)，摻G603、G604石腦油，低硫原油加工時(shí)，摻G601、G602石腦油；③原油切換后3 h，根據(jù)原油性質(zhì)，罐區(qū)切換相應(yīng)對(duì)應(yīng)性質(zhì)的罐進(jìn)行接收，同時(shí)提前安排化驗(yàn)分析，做好付料準(zhǔn)備；④設(shè)置外購(gòu)石腦油環(huán)烷烴32%為界限，高于32%屬于富料，低于32%屬于貧料。

經(jīng)過(guò)石腦油分儲(chǔ)分煉，重整反應(yīng)溫降在高低硫油期間由原40 ℃的偏差優(yōu)化至10 ℃偏差，催化劑在高低硫期間的積碳量穩(wěn)定在4.3%～4.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，再生器燒焦區(qū)53%點(diǎn)燒焦溫度在高低硫變換期間溫差≤10 ℃。自石腦油調(diào)和以來(lái)(3月1日起)，重整裝置芳烴產(chǎn)率66.29%，較2019年8—12月的64.16%上升值為2.13%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，氫氣產(chǎn)率的計(jì)算選擇同時(shí)沒(méi)有化纖尾氫改入、進(jìn)料環(huán)烷烴相近的兩個(gè)月作比較，增加0.08%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，在技術(shù)指標(biāo)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，重整反應(yīng)加熱爐爐管超溫的情況也大幅緩解[2]。

2.3 優(yōu)化雙塔工況

2.3.1優(yōu)化石腦油穩(wěn)定塔(脫C4塔)工況

由于石腦油穩(wěn)定塔塔頂液化氣中C5含量指標(biāo)≤3%(體積分?jǐn)?shù))，經(jīng)過(guò)分析，該塔存在抽出量過(guò)小導(dǎo)致干氣中含有65%(體積分?jǐn)?shù))以上的C4組分，同時(shí)由于PID設(shè)置的不合理，導(dǎo)致該塔頂溫度波動(dòng)較大，影響塔頂產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，塔底穩(wěn)定石腦油中C4含量較高。

因此，通過(guò)以下手段優(yōu)化該塔：①增加抽出量，通過(guò)干氣中的C4稀釋塔頂液相產(chǎn)品；②整定PID。優(yōu)化后，在塔頂液相產(chǎn)品C5不超標(biāo)的情況下，結(jié)果見(jiàn)圖2。

在穩(wěn)定塔塔頂液相產(chǎn)品C5不超標(biāo)的情況下，液相產(chǎn)品抽出增加2 t/h左右，這部分液相產(chǎn)品在抽出前一部分隨干氣至焦化液化氣，一部分隨異戊烷至催化液化氣，它們最終占用了氣分負(fù)荷。而塔底穩(wěn)定石腦油中C4含量減少0.5%～1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，為下一步優(yōu)化預(yù)分餾塔(脫C5塔)打下基礎(chǔ)。

注：12日進(jìn)行的優(yōu)化調(diào)整

2.3.2優(yōu)化預(yù)分餾塔(脫C5塔)工況

通過(guò)增上預(yù)分餾塔頂與重整再接觸油換熱器(見(jiàn)圖3)，降低了預(yù)分餾塔頂?shù)睦鋮s負(fù)荷，同時(shí)使塔頂空冷前的溫度降低，降低溫度后的油氣體積縮小，經(jīng)過(guò)模擬軟件計(jì)算，以餾出量52 t/h，塔頂壓力0.28 MPa為基準(zhǔn)，當(dāng)空冷前溫度由95 ℃降低至70 ℃時(shí)，實(shí)際體積流量由4 470 m3/h減少至87 m3/h，縮小的體積，促使整個(gè)塔頂餾出線的壓降降低，傳遞至回流泵的前后壓差下降。

1.預(yù)分餾塔 2.新增換熱器 3.預(yù)分餾塔塔頂空冷 4.預(yù)分餾塔塔頂水冷器

實(shí)際該項(xiàng)目投用后，塔頂壓降下降了20～25 kPa，同樣的回流量，回流閥位下降了40%。為此，對(duì)該塔系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，表6為優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比。

由表6可知，在該項(xiàng)目投用后，通過(guò)參數(shù)優(yōu)化，C6+損失得到一定的緩解，以重整93 t/h負(fù)荷為基準(zhǔn)，降低2～2.5 t/h的石腦油損失量。

表6 預(yù)分餾塔優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比

3 下一步優(yōu)化措施

3.1 提高液化氣產(chǎn)品效益

增加1#重整裝置無(wú)硫液化氣至2#重整C4/C5分離塔、2#重整戊烷油至1#重整正異戊烷分離塔流程。增加該流程后，兩套重整裝置C4、C5集中處理，回收了1#重整裝置液化氣中C5，同時(shí)將2#重整戊烷油分離成正戊烷、異戊烷。但執(zhí)行以上流程兩點(diǎn)需要注意：①1#重整裝置正異戊烷分離塔進(jìn)料為未加氫的拔頭油，但2#重整戊烷油不含硫，該塔原流程塔頂液相為至催化粗汽油罐，流程較長(zhǎng)，因此1#、2#兩股料混合后，可嘗試化驗(yàn)其硫含量，論證其直接到汽油罐或S-Zorb的可行性；②1#重整生成油未經(jīng)過(guò)脫氯罐，無(wú)硫液化氣含有HCl，因此在沒(méi)有增上脫氯罐前，2#重整C4/C5分離塔頂氣不建議改入高壓瓦斯系統(tǒng)。

3.2 針對(duì)外購(gòu)料優(yōu)化供料流程

外購(gòu)料通過(guò)公路罐車在裝運(yùn)過(guò)程中不可避免地和空氣接觸，石腦油遇氧氣，容易生成膠質(zhì)，而這些膠質(zhì)在石腦油汽化點(diǎn)溫度時(shí)不能完全汽化，形成焦粉留在器壁，隨著時(shí)間的累積，進(jìn)而形成焦炭。該結(jié)焦物附著在容器內(nèi)壁上，當(dāng)流體流速變化時(shí)便會(huì)隨流體帶入反應(yīng)器內(nèi)導(dǎo)致壓降上升。在1#重整的加工流程中，石腦油穩(wěn)定塔(脫C4)充當(dāng)了一個(gè)脫氧塔，而在2#重整中，加氫反應(yīng)器前沒(méi)有設(shè)置塔，因此在不額外投資建塔的情況下可在1#重整停工，2#重整開(kāi)工時(shí)，將含有外購(gòu)料的罐區(qū)石腦油集中在1#重整石腦油穩(wěn)定塔加工后送至2#重整原料罐，或在兩套重整并行時(shí)，罐區(qū)石腦油全部進(jìn)入1#重整加工。

4 小結(jié)

①直柴石腦油、常壓深拔石腦油進(jìn)入重整裝置后重芳烴液收提高，氫氣產(chǎn)率降低，在汽油配給計(jì)劃富裕、汽油價(jià)格回升的情況下，建議兩股料不進(jìn)入重整，不足石腦油通過(guò)外購(gòu)料彌補(bǔ)。②對(duì)直柴加氫石腦油餾分兩次分餾，汽提塔石腦油更有利于重整裝置，分餾塔石腦油更有利于調(diào)和汽油，可在汽油配給計(jì)劃充足的情況下，汽提塔石腦油進(jìn)重整，同時(shí)分餾塔石腦油進(jìn)汽油池。③利用分儲(chǔ)分煉的理論應(yīng)對(duì)高低硫原油順序加工引起的重整原料周期性波動(dòng)的工況，提高了重整轉(zhuǎn)換率，并緩解了低硫期間加熱爐爐管超溫工況。④對(duì)石腦油穩(wěn)定塔(脫C4塔)、預(yù)分餾塔(脫C5塔)進(jìn)行了優(yōu)化，降低后續(xù)裝置加工C4的負(fù)荷，提高了預(yù)分餾塔的分離效率。⑤對(duì)下一步的優(yōu)化提出了建議。