改造現(xiàn)有裝置實(shí)現(xiàn)催化裂化柴油加氫裂化生產(chǎn)高辛烷值汽油的可行性分析

李 征 容

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

催化裂化柴油(催化柴油)具有硫和氮含量高、芳烴含量高、烯烴含量高、十六烷值低、氧化安定性差的特點(diǎn)。國外催化裂化裝置相對較少，催化柴油主要用于調(diào)合燃料油、非車用柴油和加熱油等。我國因石油資源短缺且以催化裂化為最主要的二次加工工藝，故有大量催化柴油經(jīng)二次加工后用于調(diào)合生產(chǎn)車用柴油產(chǎn)品。統(tǒng)計(jì)資料表明，在我國車用柴油池中，催化柴油所占的比例達(dá)到30%[1]。

近年來，隨著原油日益重質(zhì)化，催化裂化裝置所加工的原料也日趨劣質(zhì)化，加之許多煉化企業(yè)為提高輕質(zhì)油收率，提高了催化裂化裝置的操作苛刻度，導(dǎo)致催化柴油劣質(zhì)化程度進(jìn)一步加劇，個(gè)別企業(yè)催化柴油的密度(20 ℃)大于0.95 gcm3，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于80%，十六烷值小于20[2]。隨著環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，全國陸續(xù)實(shí)施GB19147—2016規(guī)定的車用柴油(Ⅴ)標(biāo)準(zhǔn)，要求車用柴油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)從不大于50 μgg降低到不大于10 μgg，十六烷值不小于51。因此，為催化柴油找到一條經(jīng)濟(jì)合理的利用途徑，全面提高柴油產(chǎn)品質(zhì)量，成為各煉油企業(yè)亟需解決的問題。

目前，主要有兩種催化柴油二次加工方法，一是在柴油加氫精制裝置中摻煉，二是在蠟油加氫裂化中摻煉。其中，加氫精制工藝僅能將催化柴油十六烷值提高2～5個(gè)單位，且催化柴油密度降低幅度相對較?。欢谙炗图託淞鸦袚綗挻呋裼?，則占用蠟油的處理能力，目標(biāo)產(chǎn)品收率低，反應(yīng)壓力高，投資和操作費(fèi)用較高[3]。

催化柴油加氫裂化技術(shù)針對催化柴油高芳烴含量的特性，通過控制芳烴轉(zhuǎn)化途徑，將催化柴油中雙環(huán)以上芳烴部分加氫飽和為單環(huán)芳烴，再將大分子的單環(huán)芳烴轉(zhuǎn)化為苯、甲苯、二甲苯等高辛烷值的小分子芳烴，同時(shí)抑制單環(huán)芳烴進(jìn)一步加氫飽和為環(huán)烷烴，最終得到高辛烷值汽油組分。催化柴油加氫裂化技術(shù)是一條較為理想的催化柴油高效利用途徑[4-5]。

1 催化柴油加氫裂化技術(shù)簡介

1.1 典型的原料、產(chǎn)品性質(zhì)和物料平衡

1.1.1原料催化柴油加氫裂化裝置加工的原料以催化柴油為主，通常原料硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～1.0%，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為600～1 500 μgg，十六烷值為20～30。表1列出了典型的催化柴油加氫裂化裝置原料性質(zhì)。

1.1.2產(chǎn)品催化柴油加氫裂化裝置的主要產(chǎn)品為汽油組分和柴油組分，同時(shí)副產(chǎn)氣體。典型的催化柴油加氫裂化裝置產(chǎn)品性質(zhì)如表2所示。由表2可以看出，汽油產(chǎn)品的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10 μgg，研究法辛烷值(RON)大于90，柴油產(chǎn)品的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10 μgg，十六烷值較原料提高8～12個(gè)單位。

表1 典型的催化柴油加氫裂化裝置原料性質(zhì)

表2 典型的催化柴油加氫裂化裝置產(chǎn)品性質(zhì)

1.1.3物料平衡典型的催化柴油加氫裂化裝置的物料平衡數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可以看出，因原料加工難度的不同，催化柴油加氫裂化裝置的化學(xué)氫耗(w)為2.5%～4.5%，產(chǎn)品中汽油組分的收率為30%～70%。

表3 典型催化柴油加氫裂化裝置的物料平衡數(shù)據(jù) w，%

1.2 典型的工藝流程

催化柴油加氫裂化裝置典型的工藝流程示意如圖1所示。其中，反應(yīng)部分設(shè)有精制和裂化2臺反應(yīng)器，采用爐前混氫和熱高分流程；分餾部分采用脫丁烷塔和分餾塔的雙塔流程，脫丁烷塔塔頂出干氣和液化氣，分餾塔塔頂出輕石腦油，側(cè)線抽出重石腦油產(chǎn)品，塔底出柴油產(chǎn)品。

圖1 典型的催化柴油加氫裂化裝置工藝流程示意1—原料緩沖罐；2—反應(yīng)進(jìn)料泵；3—反應(yīng)進(jìn)料加熱爐；4—加氫精制反應(yīng)器；5—加氫裂化反應(yīng)器；6—反應(yīng)進(jìn)料反應(yīng)產(chǎn)物換熱器；7—熱高壓分離器；8—空氣冷卻器；9—冷高壓分離器；10—新氫壓縮機(jī)；11—循環(huán)氫壓縮機(jī)；12—脫丁烷塔塔底重沸爐；13—脫丁烷塔；14—脫丁烷塔塔底泵；15—脫丁烷塔塔頂冷卻器；16—脫丁烷塔塔頂回流罐；17—脫丁烷塔塔頂回流泵；18—分餾塔塔底重沸爐；19—分餾塔塔底泵；20—分餾塔；21—分餾塔塔頂冷卻器；22—分餾塔塔頂回流罐；23—分餾塔塔頂回流泵；24—重石腦油塔

2 利用現(xiàn)有裝置改造為催化柴油加氫裂化裝置的可行性分析

鑒于催化柴油加氫裂化裝置可以加工煉油企業(yè)難以處理的催化柴油，因此催化柴油加氫裂化裝置有望在全國范圍內(nèi)進(jìn)行推廣。根據(jù)各企業(yè)的實(shí)際情況，可以新建裝置，也可以對現(xiàn)有閑置裝置進(jìn)行技術(shù)改造。其中利舊閑置裝置可以在一定程度上降低固定資產(chǎn)投資，節(jié)約土地。如何利用閑置裝置進(jìn)行改造、降低成本、提高煉油廠經(jīng)濟(jì)效益是本課題的研究重點(diǎn)。以下分別對采用柴油加氫精制裝置和中壓加氫裂化裝置改造的可行性進(jìn)行分析。

2.1 柴油加氫精制裝置改造為催化柴油加氫裂化裝置

對比相同處理量的柴油加氫精制裝置與催化柴油加氫裂化裝置的主要操作條件，詳見表4。從表4可以看出，催化柴油加氫裂化裝置與柴油加氫精制裝置在操作條件和氫耗上差距比較大，因催化柴油加氫裂化裝置只處理催化柴油，裝置需要的規(guī)模較柴油加氫裝置小，因此可考慮用大處理量的柴油加氫精制裝置改造為小處理量的催化柴油加氫裂化裝置。

表4 典型催化柴油加氫裂化裝置與柴油加氫精制裝置操作條件對比

2.1.1壓縮機(jī)裝置改造前后新氫壓縮機(jī)、循環(huán)氫壓縮機(jī)的工藝參數(shù)對比如表5所示。

表5 改造前后新氫壓縮機(jī)工藝參數(shù)對比

由表5可以看出：改造前后新氫壓縮機(jī)的氫氣流量和操作壓力都比較接近，無需改造；改造后循環(huán)氫壓縮機(jī)的氫氣流量是原裝置的1.5倍，原裝置的1臺壓縮機(jī)不能滿足需要，需要開2臺循環(huán)氫壓縮機(jī)，且因?yàn)檠h(huán)氫流量的大幅度增加，還需要對管線壓降作進(jìn)一步核算。

2.1.2反應(yīng)器裝置改造前后的反應(yīng)器工藝參數(shù)對比見表6。其中，1.20 Mta柴油加氫精制裝置只有1臺反應(yīng)器，可滿足改造后催化柴油加氫裂化裝置精制反應(yīng)器的要求，但需要另外增加1臺裂化反應(yīng)器。

表6 改造前后反應(yīng)器工藝參數(shù)對比

2.1.3加熱爐裝置改造前后的加熱爐熱負(fù)荷對比見表7。由表7可以看出，改造后反應(yīng)進(jìn)料加熱爐和分餾塔進(jìn)料加熱爐的負(fù)荷均小于改造前，因此兩加熱爐均無需改造。

表7 改造前后加熱爐熱負(fù)荷對比 MW

2.1.4冷換設(shè)備裝置改造前后主要冷換設(shè)備的熱負(fù)荷對比見表8。其中，混氫油指催化柴油原料與氫氣的混合物料，低分油指低壓分離器油。由表8可以看出，主要冷換設(shè)備均能滿足改造后的熱負(fù)荷要求，部分冷換設(shè)備的熱負(fù)荷降低較多，需要增設(shè)跨線以便于調(diào)節(jié)。

表8 改造前后主要冷換設(shè)備熱負(fù)荷對比 MW

2.1.5塔器改造后，脫硫化氫汽提塔負(fù)荷小于原裝置，無需改動(dòng)。

柴油加氫精制裝置分餾塔進(jìn)料中汽油組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于10%，而催化柴油加氫裂化裝置的汽油組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%左右，變化較大，改造前后分餾塔塔徑對比見表9。由表9可以看出，雖然上段(精餾段)塔徑可以滿足要求，但由于物料平衡變化，塔的汽液負(fù)荷變化較大，塔底負(fù)荷約為原來的40%。因此塔盤開孔率需要調(diào)整，需要更換塔內(nèi)件，且為保證側(cè)線重石腦油的質(zhì)量，需增加側(cè)線塔及相應(yīng)的泵、換熱器和管線閥門等。

表9 改造前后分餾塔塔徑對比 mm

2.1.6泵裝置改造前后主要泵的流量對比見表10。由表10可以看出，改造后處理量減小，部分泵需要增設(shè)最小流量線，通過部分物料循環(huán)來滿足低負(fù)荷運(yùn)行的要求，但這會(huì)導(dǎo)致能耗增加；精制柴油泵負(fù)荷降至原裝置的30%，也可考慮更換新泵來滿足改造后的操作條件。針對部分負(fù)荷較低的泵，在投資和占地允許的情況下可考慮增設(shè)1臺流量適宜的主泵。

表10 改造前后主要泵的流量對比 m3h

表10 改造前后主要泵的流量對比 m3h

項(xiàng) 目1.20 Mt∕a柴油加氫精制裝置0.50 Mt∕a催化柴油加氫裂化裝置原料油泵基準(zhǔn)基準(zhǔn)×0.39汽提塔塔頂回流泵9079.9精制柴油泵17046.5石腦油泵4533.7

2.1.7容器因改造后處理量減小，原裝置的容器均能滿足改造后的要求。

2.1.8流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥因改造后處理量減小，部分孔板流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥等改造后處于低負(fù)荷條件操作，可能會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，可視具體情況進(jìn)行更換或調(diào)整。

2.1.9緊急泄放柴油加氫精制裝置的緊急泄放速率一般為0.7 MPamin，改造為催化柴油加氫裂化裝置后反應(yīng)溫升大于100 ℃，反應(yīng)劇烈程度大大增加，因此需再并聯(lián)增設(shè)1條1.4 MPamin的緊急泄放管線，以保證裝置安全。

2.1.10小結(jié)將柴油加氫精制裝置改造為催化柴油加氫裂化裝置，主要限制因素在于操作條件和產(chǎn)品分布的差距較大?？上雀鶕?jù)精制裝置壓縮機(jī)的操作條件，確定改造后催化柴油加氫裂化裝置的處理量。主要改造內(nèi)容為增加1臺加氫裂化反應(yīng)器，增加1臺側(cè)線汽油塔及相應(yīng)的冷換設(shè)備，部分冷換設(shè)備增加跨線，部分泵增加最小流量線以及更換或調(diào)整部分流量計(jì)，增設(shè)1條緊急泄放管線。

2.2 中壓加氫裂化裝置改造為催化柴油加氫裂化裝置

對比相同處理量的中壓加氫裂化裝置與催化柴油加氫裂化裝置的主要操作條件，詳見表11。從表11可以看出，催化柴油加氫裂化裝置循環(huán)氫流量和新氫流量都大于中壓加氫裂化裝置，但差距較加氫精制裝置小，因此將中壓加氫裂化裝置改造為催化柴油加氫裂化裝置時(shí)可考慮適當(dāng)減小處理量。

表11 典型中壓加氫裂化裝置與催化柴油加氫裂化裝置操作條件對比

2.2.1壓縮機(jī)裝置改造前后新氫壓縮機(jī)、循環(huán)氫壓縮機(jī)的工藝參數(shù)對比如表12所示。由表12可以看出，改造前后新氫壓縮機(jī)、循環(huán)氫壓縮機(jī)的氫氣流量都比較接近，由于中壓加氫裂化裝置的壓縮比高于催化柴油加氫裂化裝置，故主要壓縮機(jī)機(jī)組能夠滿足催化柴油加氫裂化工藝要求。

表12 改造前后氫氣壓縮機(jī)的工藝參數(shù)對比

2.2.2反應(yīng)器裝置改造前后加氫精制反應(yīng)器、加氫裂化反應(yīng)器的工藝參數(shù)對比見表13。由表13可以看出，精制反應(yīng)器和裂化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力均能滿足裝置改造的要求，精制反應(yīng)器體積有富余，裂化反應(yīng)器體積略不足，可考慮在精制反應(yīng)器最下方的床層裝填少量裂化催化劑，以滿足改造后的空速要求。

表13 改造前后反應(yīng)器的工藝參數(shù)對比

2.2.3加熱爐裝置改造前后加熱爐熱負(fù)荷對比見表14。由表14可以看出，反應(yīng)進(jìn)料加熱爐和分餾塔進(jìn)料加熱爐的負(fù)荷均能滿足改造要求。

表14 改造前后加熱爐熱負(fù)荷對比 MW

2.2.4冷換設(shè)備裝置改造前后主要冷換設(shè)備熱負(fù)荷對比見表15。由表15可以看出，冷換設(shè)備均能滿足改造后的熱負(fù)荷要求，部分冷換設(shè)備換熱面積富余度較大，如原裝置沒有跨線則需要增加跨線以便于調(diào)節(jié)。

表15 改造前后主要冷換設(shè)備熱負(fù)荷對比 MW

2.2.5塔器中壓加氫裂化裝置塔系比催化柴油加氫裂化裝置的復(fù)雜，改造后只保留循環(huán)氫脫硫塔、脫丁烷塔、分餾塔以及石腦油分餾塔，其它塔及相應(yīng)管線均用盲板隔離，經(jīng)核算這4個(gè)塔的負(fù)荷均能滿足要求，無需改動(dòng)。

2.2.6泵裝置改造前后主要泵的流量對比見表16。由表16可以看出，改造后處理量減小，部分泵需要增設(shè)最小流量線，通過部分物料循環(huán)來滿足低負(fù)荷運(yùn)行的要求，但這會(huì)導(dǎo)致能耗增加。針對部分負(fù)荷較低的泵，在投資和占地允許的情況下可考慮增設(shè)1臺流量適宜的主泵。

表16 改造前后主要泵的流量對比 m3h

表16 改造前后主要泵的流量對比 m3h

項(xiàng) 目1.20 Mt∕a中壓加氫裂化0.80 Mt∕a催化柴油加氫裂化原料油泵基準(zhǔn)基準(zhǔn)×0.62汽提塔塔頂回流泵112110分餾塔塔底產(chǎn)品泵16274.4石腦油泵5853.9

2.2.7容器因改造后處理量減小，原裝置的容器均能滿足改造后的要求。

2.2.8流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥因改造后處理量減小，部分孔板流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥等改造后處于低負(fù)荷條件操作，可能會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，可視具體情況進(jìn)行更換或調(diào)整。

2.2.9緊急泄放中壓加氫裂化裝置一般設(shè)有2.1 MPamin的緊急泄放管線，與催化柴油加氫裂化裝置要求一致，且改造后高壓系統(tǒng)的容積沒有變化，因此無需改造。

2.2.10小結(jié)將中壓加氫裂化裝置改造為催化柴油加氫裂化裝置，相比柴油加氫精制裝置改造時(shí)在工藝流程上更為接近，新氫流量和循環(huán)氫流量的差距也相對較小，改造時(shí)只需根據(jù)壓縮機(jī)的操作條件適當(dāng)減小處理量即可。主要改造內(nèi)容為部分冷換設(shè)備增加跨線，部分泵增加最小流量線，將多余塔系用盲板隔離，以及更換或調(diào)整部分流量計(jì)。

3 結(jié) 論

(1)催化柴油加氫裂化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)劣質(zhì)催化柴油最大量生產(chǎn)高辛烷值汽油組分，同時(shí)還可以生產(chǎn)低硫清潔柴油調(diào)合組分，為解決劣質(zhì)催化柴油高效轉(zhuǎn)化的問題提供了具有廣泛應(yīng)用前景和良好經(jīng)濟(jì)性的新技術(shù)。

(2)利用現(xiàn)有裝置改造為催化柴油加氫裂化裝置，一方面可以減少投資占地，節(jié)省成本，另一方面也可充分利用閑置裝置、提高資產(chǎn)利用率。利用柴油加氫精制裝置改造為催化柴油加氫裂化裝置的主要限制因素在于操作參數(shù)的巨大差距，需較大幅度降低處理量才能滿足要求，還需增加1臺裂化反應(yīng)器、1臺石腦油分餾塔，增設(shè)1條緊急泄放管線等，改造工程量相對較大；利用中壓加氫裂化裝置改造為催化柴油加氫裂化裝置，操作參數(shù)的差距相對較小，只需根據(jù)壓縮機(jī)的操作條件適當(dāng)降低處理量即可，且反應(yīng)器與塔系都比較匹配，改造工程量較小。各煉油廠可根據(jù)具體情況選擇適宜裝置進(jìn)行相應(yīng)改造，實(shí)現(xiàn)催化柴油高效轉(zhuǎn)化。