煤柴油中壓加氫裂化裝置摻煉劣質(zhì)催化裂化柴油的實(shí)踐

趙晨曦，楊 杰，李保良

(中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086)

催化裂化柴油(簡稱催化柴油)的性質(zhì)較差，表現(xiàn)為密度大，硫和氮等雜質(zhì)含量高，烯烴、芳烴含量高，十六烷值很低，膠質(zhì)含量高[1]，儲(chǔ)存安定性差，一般作為柴油成品油的調(diào)合組分[2]。但隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，催化柴油需經(jīng)過二次加工方可滿足產(chǎn)品柴油質(zhì)量要求[3]。中海油惠州石化有限公司(簡稱惠州石化)一期現(xiàn)有一套3.6 Mta煤柴油中壓加氫裂化裝置(簡稱中壓加氫裂化裝置)，設(shè)計(jì)加工環(huán)烷基的直餾煤柴油餾分和少量催化柴油，生產(chǎn)重石腦油、3號(hào)噴氣燃料和清潔柴油。2017年10月二期裝置開工后，全廠催化柴油產(chǎn)量大幅提升，同時(shí)受煤柴油加氫裂化裝置直餾柴油不足、運(yùn)行負(fù)荷低、能耗高等因素影響，首次嘗試大比例摻煉劣質(zhì)催化柴油，以達(dá)到提高催化柴油品質(zhì)及優(yōu)化全廠物料平衡的目的。以下主要介紹惠州石化中壓加氫裂化裝置大比例摻煉劣質(zhì)催化柴油的運(yùn)行情況及效果。

1 裝置概況

2 中壓加氫裂化裝置摻煉劣質(zhì)重油催化柴油技術(shù)分析

惠州石化直餾柴油硫、氮含量均遠(yuǎn)低于裝置設(shè)計(jì)值，而二期催化柴油硫、氮含量高，原料混合后硫、氮含量大幅提升，同時(shí)氮含量增加幅度低于硫含量，此種原料不利于目前中壓加氫裂化裝置催化劑體系下的溫度匹配[6]。

加氫裂化裝置進(jìn)料結(jié)構(gòu)組成的改變對操作條件會(huì)有顯著影響[7]。由于催化柴油的芳烴含量很高，提高催化柴油的摻煉比例后，混合原料的芳烴含量發(fā)生較大變化，對反應(yīng)過程產(chǎn)生較大的影響。首先，精制反應(yīng)器各床層溫升大幅度增加，為了優(yōu)化溫度分布，各床層冷氫量增加，需要更高的循環(huán)氫量；第二，在現(xiàn)有的反應(yīng)條件下，為了提高反應(yīng)深度，需要提高精制和裂化床層反應(yīng)溫度；第三，由于原料氫含量降低，為了達(dá)到合格的產(chǎn)品質(zhì)量，氫耗和運(yùn)行成本增加；第四，產(chǎn)物分布和產(chǎn)品質(zhì)量的變化，對換熱網(wǎng)絡(luò)、分餾和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)均產(chǎn)生較大的影響；第五，該裝置采用的催化劑已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)8年半，催化劑活性損失較大。總之，原料油性質(zhì)的大幅度變化對裝置的產(chǎn)品分布、產(chǎn)品質(zhì)量、關(guān)鍵機(jī)組設(shè)備、全廠氫平衡、熱平衡、裝置能耗、操作難度等產(chǎn)生系統(tǒng)的影響。以下重點(diǎn)探討對產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

3 中壓加氫裂化裝置摻煉劣質(zhì)催化柴油運(yùn)行情況

在摻煉催化柴油之前，中壓加氫裂化裝置加工的原料為直餾煤油和直餾柴油，2017年9月24日裝置停止加工直餾煤油，10月2日開始摻煉劣質(zhì)催化柴油。摻煉期間分步提高摻煉量，按催化柴油摻煉量分別為25，50，75 th分3個(gè)階段(分別記作階段1、階段2和階段3)考察裝置運(yùn)行情況，當(dāng)摻煉量提高至75 th時(shí)催化柴油約占總進(jìn)料量的21%。

3.1 原料性質(zhì)變化

催化柴油與原進(jìn)料相比，硫、氮含量高，密度大，芳烴、環(huán)烷烴含量高，屬于較劣質(zhì)的催化柴油。摻煉過程中控制催化柴油終餾點(diǎn)小于365 ℃。催化柴油、摻煉前原料油及各摻煉階段混合原料油的性質(zhì)見表1。

表1 催化柴油及混合原料油的性質(zhì)

由表1可以看出，摻入劣質(zhì)催化柴油后，混合原料油的硫、氮含量明顯增加，初餾點(diǎn)升高，餾程變窄，密度大幅度增大(由于芳烴、環(huán)烷烴含量增多)，同時(shí)溴值明顯增大(說明不飽和烴增多)，十六烷值降低幅度較大。

3.2 操作條件

裝置摻煉劣質(zhì)催化柴油前后的主要操作條件見表2。由表2可以看出：隨著劣質(zhì)催化柴油摻煉量的不斷增大，精制反應(yīng)器床層總溫升逐步增大，由摻煉前的24.8 ℃提高到60.9 ℃，裂化反應(yīng)器床層總溫升也由27.5 ℃提高到35.8 ℃；精制反應(yīng)器床層平均溫度由350.8 ℃增加到361.4 ℃，裂化反應(yīng)器床層平均溫度由360.0 ℃提高到361.4 ℃；在轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)系統(tǒng)壓力不變的情況下，總氫耗(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))從156.8 m3t提高到261.7 m3t，提高了104.9 m3t，同時(shí)各床層冷氫閥開度明顯增大。

表2 主要操作條件

3.3 產(chǎn)品分布及性質(zhì)

大比例摻煉劣質(zhì)催化柴油對裝置產(chǎn)品分布及產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。摻煉后裝置的產(chǎn)物分布及產(chǎn)品性質(zhì)見表3～表5。

表3 產(chǎn)品分布 w，%

表4 噴氣燃料產(chǎn)品性質(zhì)

由表3可以看出：裝置摻煉劣質(zhì)催化柴油后產(chǎn)物分布變化較大，副產(chǎn)的氣相產(chǎn)品(包括干氣、低壓分離氣、H2S+NH3和液化氣)收率較摻煉前增加1.95百分點(diǎn)，原因是摻煉劣質(zhì)催化柴油后裂化反應(yīng)器溫度提高，裂解反應(yīng)深度增加；總石腦油收率略有增加，其中輕石腦油收率從5.48%降低至4.49%，重石腦油收率從23.74%增加至26.59%。由于噴氣燃料餾程的終餾點(diǎn)從246 ℃降低至228 ℃，因此噴氣燃料收率減少11.99百分點(diǎn)，其重組分被迫進(jìn)入柴油產(chǎn)品中，柴油收率增加8.29百分點(diǎn)。

表5 柴油產(chǎn)品性質(zhì)

大比例摻劣質(zhì)催化柴油對柴油和噴氣燃料產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，輕、重石腦油質(zhì)量變化不大。由表4可以看出：最大量摻煉劣質(zhì)催化柴油(階段3)后，噴氣燃料產(chǎn)品的煙點(diǎn)減小4.6 mm，密度(20 ℃)增大12.8 kgm3，而芳烴體積分?jǐn)?shù)增加8百分點(diǎn)，這主要是由于催化劑已經(jīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8年半，加氫飽和活性大幅度降低；同時(shí)受限于裝置氫分壓和操作溫度無法進(jìn)一步提高，單環(huán)芳烴無法全部加氫飽和。由表5可以看出，最大量摻煉劣質(zhì)催化柴油后，與原料相比，柴油產(chǎn)品的十六烷值提高16.4個(gè)單位，但與摻煉前相比十六烷值降低5.5個(gè)單位，這主要是由于摻煉劣質(zhì)催化柴油后原料中芳烴的含量大幅增加，但受限于目前的操作條件，芳烴無法實(shí)現(xiàn)大比例轉(zhuǎn)化。

3.4 裝置能耗

裝置能耗分析見表6。由表6可以看出：摻煉劣質(zhì)催化柴油前后裝置的綜合能耗分別為777.121 MJt和952.315 MJt，其中電和3.5 MPa蒸汽的消耗大幅增加；電耗增加的主要原因是裝置摻煉劣質(zhì)催化柴油后反應(yīng)耗氫量大幅增加，增開了新氫壓縮機(jī)，同時(shí)反應(yīng)器出口溫度提高，高壓空氣冷卻器的電耗也隨之增加；3.5 MPa蒸汽消耗增加主要是由于循環(huán)氫量增加、循環(huán)氫純度降低，使循環(huán)氫壓縮機(jī)負(fù)荷增加；摻煉后燃料氣消耗有小幅增加，主要是因?yàn)榉磻?yīng)生成油變重，分餾單元加熱爐燃料氣的消耗量稍有增加；由于分餾塔中段回流量增大，副產(chǎn)0.45 MPa蒸汽，降低了能耗；其余公用工程項(xiàng)目能耗均小幅增加，與裝置負(fù)荷降低有一定關(guān)系。

表6 裝置能耗分析 MJt

項(xiàng) 目摻煉前階段1階段2階段3燃料氣378.339358.125378.738393.3023.5 MPa蒸汽146.260162.402180.412200.6931.0 MPa蒸汽0.0010.00100.0010.45 MPa蒸汽-27.496-31.433-30.531-38.944電241.824295.381294.641351.618循環(huán)水36.20844.13943.52443.938除鹽水4.2154.9994.9045.014除氧水3.8334.3824.2565.429凝結(jié)水-6.062-7.571-7.478-8.736綜合能耗777.121830.425868.467952.315

3.5 摻煉劣質(zhì)催化柴油對裝置操作的影響

大比例摻煉劣質(zhì)催化柴油后，床層溫升大幅度增加，造成反應(yīng)器各床層冷氫量大幅增加，冷氫閥開度大幅增加，部分床層開度已達(dá)60%以上，增加了裝置操作難度。

催化柴油中芳烴尤其是多環(huán)芳烴含量高，容易在催化劑表面被吸附，最終轉(zhuǎn)化為焦炭，導(dǎo)致催化劑失活，對催化劑長周期運(yùn)行帶來不利影響。另外催化柴油中水含量明顯增加，可能造成換熱器和加熱爐的溫度波動(dòng)、循環(huán)氫壓縮機(jī)壓力波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成催化劑活性中心的聚結(jié)失活。

混合原料硫、氮含量增加幅度較大，致使反應(yīng)部分結(jié)鹽、腐蝕風(fēng)險(xiǎn)增加，鑒于裝置曾發(fā)生過高壓空氣冷卻器和換熱器的腐蝕泄漏，在日常工藝防腐和檢修換熱器時(shí)需對此重點(diǎn)關(guān)注。

4 結(jié) 論

(1)中壓加氫裂化裝置原料切除直餾煤油，改為摻煉21%劣質(zhì)催化柴油，各主要產(chǎn)品質(zhì)量合格，其中，噴氣燃料的煙點(diǎn)減小4.6 mm，密度(20 ℃)增大12.8 kgm3，芳烴體積分?jǐn)?shù)增加8百分點(diǎn)；與原料相比，柴油產(chǎn)品的十六烷值提高16.4個(gè)單位，但與摻煉前相比十六烷值降低5.5個(gè)單位。

(2)摻煉21%劣質(zhì)催化柴油后，中壓加氫裂化裝置的綜合能耗由777.121 MJt增加至952.315 MJt。主要由于摻煉后裝置氫耗大幅增加，導(dǎo)致電耗增加最為明顯，其次為3.5 MPa蒸汽消耗和燃料氣消耗。

(3)中壓加氫裂化裝置摻煉劣質(zhì)催化柴油后，反應(yīng)器床層溫升大幅提高，精制反應(yīng)器第二床層、第三床層的冷氫閥開度明顯增大，對裝置異常處理時(shí)快速降溫有一定影響。

(4)裝置大比例摻煉劣質(zhì)催化柴油后，噴氣燃料產(chǎn)品的收率降低11.99百分點(diǎn)，產(chǎn)品柴油收率增加8.29百分點(diǎn)，表明對于多產(chǎn)噴氣燃料的加氫裝置不適用大比例摻煉催化柴油。

(5)加氫裂化裝置加工劣質(zhì)催化柴油，可滿足煉油廠柴油產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)要求，同時(shí)為大型化煉油廠優(yōu)化全廠物料平衡提供了新途徑。