國(guó)標(biāo)準(zhǔn)汽油升級(jí)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

安曉杰，韓麗艷，李正強(qiáng)，李 誠(chéng)

(1.中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003；2.中國(guó)石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院)

我國(guó)家正式發(fā)布的GB 17930—2016《車用汽油》國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)相比，對(duì)苯、烯烴、芳烴和50%蒸發(fā)溫度都制定了更為嚴(yán)格的控制指標(biāo)[1-2]。

中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱克石化)原油加工能力為6.0 Mt/a，汽油生產(chǎn)配套裝置為常減壓蒸餾、催化裂化、延遲焦化、柴油加氫改質(zhì)、焦化汽油加氫精制、催化裂化汽油加氫脫硫、連續(xù)催化重整(簡(jiǎn)稱重整)、苯抽提和MTBE等裝置。全廠汽油調(diào)合組分包括加氫脫硫汽油、連續(xù)重整汽油(含重整戊烷油)、柴油加氫改質(zhì)重汽油、苯抽提抽余油和MTBE，汽油產(chǎn)品滿足國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求。雖然克石化生產(chǎn)的汽油能滿足國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求，但是汽油池中研究法辛烷值(RON)和抗爆指數(shù)富余度不大。另外，連續(xù)重整汽油產(chǎn)品比例較高，致使汽油池芳烴和烯烴含量較高，體積分?jǐn)?shù)分別達(dá)到37.2%和16.5%，無(wú)法滿足國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)汽油質(zhì)量指標(biāo)。因此，克石化汽油質(zhì)量必須升級(jí)。

克石化立足現(xiàn)有裝置，制定國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)汽油(國(guó)Ⅵ汽油)生產(chǎn)方案。通過新建輕汽油醚化裝置，降低加氫脫硫后催化裂化汽油的烯烴含量，提高催化裂化汽油的辛烷值；調(diào)整連續(xù)重整反應(yīng)苛刻度，降低汽油池中芳烴含量；新建異構(gòu)化裝置，增加高辛烷值、低芳烴、低烯烴汽油比例，提高汽油池辛烷值，使汽油產(chǎn)品符合國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)汽油生產(chǎn)方案兼顧成品油結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，通過提高柴油加氫改質(zhì)裝置反應(yīng)深度，增加汽油收率，對(duì)汽油生產(chǎn)配套裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造，達(dá)到降低柴汽比和提高生產(chǎn)方案調(diào)整靈活性的目的。

1 國(guó)標(biāo)準(zhǔn)汽油生產(chǎn)方案

1.1 催化裂化裝置消缺改造

對(duì)催化裂化裝置進(jìn)行消缺改造，通過調(diào)整全廠二次加工流程，提高催化裂化裝置新鮮進(jìn)料量，提高汽油收率，增產(chǎn)汽油，降低催化裂化裝置循環(huán)回?zé)挶壤驮蛽綗挶壤岣呦炗土呀饽芰Α?/p>

在不對(duì)催化裂化裝置兩器、兩機(jī)組、煙氣脫硫脫硝單元等進(jìn)行大改動(dòng)的前提下，優(yōu)化裝置原料結(jié)構(gòu)和兩器操作參數(shù)(見表1)；采用UOP公司提升管末端快分技術(shù)，反應(yīng)壓力從130 kPa提高到171.7 kPa，再生壓力不變；采用UOP公司最新的防結(jié)焦設(shè)計(jì)和填料專利技術(shù)，解決再生斜管流化不佳、下料不暢等影響裝置操作的問題；更換再生斜管；對(duì)分餾、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)量改造，可以在較少投入和較短時(shí)間內(nèi)有效解決裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的安全隱患。最終，催化裂化裝置新鮮進(jìn)料處理能力達(dá)到 120 t/h，催化裂化汽油收率提高至51.7%。

表1 催化裂化裝置改造前、后主要操作參數(shù)對(duì)比

1)汽提蒸汽比率為單位質(zhì)量催化劑消耗蒸汽的質(zhì)量。

2)單位體積新鮮原料消耗催化劑的質(zhì)量。

1.2 催化裂化汽油加氫裝置改造及新建輕汽油醚化裝置

對(duì)0.4 Mt/a催化裂化汽油加氫裝置進(jìn)行改擴(kuò)建，改變?cè)械拇呋鸦腿s分加氫脫硫工藝流程，新增0.5 Mt/a二烯烴飽和與硫醇轉(zhuǎn)化功能的預(yù)加氫反應(yīng)單元和預(yù)分餾塔，對(duì)預(yù)加氫后汽油進(jìn)行輕、重餾分切割，輕汽油去新建的醚化裝置，重汽油進(jìn)入加氫脫硫單元。改造后的工藝流程見圖1。

新建0.15 Mt/a輕汽油醚化裝置，采用中國(guó)石油具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的催化裂化輕汽油醚化(LNE-3)技術(shù)，該技術(shù)由原料預(yù)處理部分、醚化反應(yīng)及催化蒸餾部分、甲醇回收部分組成。輕汽油醚化技術(shù)是將輕汽油中C5、C6叔碳烯烴與甲醇進(jìn)行醚化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲基叔戊基醚和甲基叔己基醚。輕汽油經(jīng)醚化后，烯烴體積分?jǐn)?shù)降低15～20百分點(diǎn)，蒸氣壓降低 5～10 kPa。該裝置每年可以將17 kt低價(jià)值甲醇轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的汽油調(diào)合組分，增效5 000萬(wàn)元以上。

圖1 0.5 Mta催化裂化汽油加氫脫硫裝置改造后工藝流程

1.3 柴油加氫改質(zhì)裝置擴(kuò)能改造

對(duì)現(xiàn)有的1.2 Mt/a柴油加氫改質(zhì)裝置進(jìn)行技術(shù)改造，通過新增加氫精制反應(yīng)器、新氫和循環(huán)氫壓縮機(jī)、更換高效塔盤、改造原料泵和增加高壓換熱器面積等措施擴(kuò)能至1.5 Mt/a，柴油產(chǎn)品滿足國(guó)Ⅵ柴油標(biāo)準(zhǔn)。

新增的加氫精制反應(yīng)器采用中石化工程建設(shè)有限公司(SEI)開發(fā)的最新內(nèi)構(gòu)件技術(shù)，使氣液分配更加均勻，反應(yīng)器體積利用率提高，同時(shí)減少?gòu)较驕夭罴皟?nèi)構(gòu)件壓降。

主催化劑(現(xiàn)有催化劑已于2018年完成全壽命)更換為中國(guó)石化撫順石油化工研究院開發(fā)的加氫精制催化劑FF-66和輕油型加氫裂化催化劑FC-52。FF-66為適用于加氫裂化裝置的加氫精制催化劑，采用Mo-Ni為活性金屬組分，以大孔氧化鋁為載體，適度增強(qiáng)活性金屬與載體的相互作用，物化性質(zhì)更優(yōu)。FC-52以富含介孔結(jié)構(gòu)和酸性位可接近性好的ASSY分子篩為主要裂化組分，同樣以金屬M(fèi)o-Ni為活性金屬組分，采用混捏法技術(shù)制備而成。與USSY分子篩相比，ASSY分子篩介孔比表面積提高了150%，介孔孔體積提高了60%，大幅提高了分子篩的擴(kuò)散性能和酸性位可接近性，使得FC-52加氫裂化催化劑具有良好的加氫開環(huán)性能和加氫裂化活性[3-4]。

裝置改造后，反應(yīng)壓力不變，仍為12 MPa，氫油體積比為700，精制反應(yīng)初/末期平均溫度為360 ℃/395 ℃，裂化反應(yīng)初/末期平均溫度為371 ℃/410 ℃，新反應(yīng)器全部裝填加氫精制催化劑FF-66，原反應(yīng)器全部裝填加氫裂化催化劑FC-52，進(jìn)一步降低反應(yīng)空速，提高裂化深度，將汽油收率從改造前的13.7%最高可提至51.3%。

利用本裝置富余的熱量，新建全廠加氫裝置輕烴吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，收集焦化汽油加氫、柴油加氫和本裝置的輕烴組分進(jìn)行集中分離，準(zhǔn)確切割出干氣(C1～C2)、液化氣(C3～C4)、輕石腦油(C5～C6)和重石腦油(C7～C10)，提高了催化裂化、氣體分離、液化氣脫硫、延遲焦化和連續(xù)重整等裝置的生產(chǎn)效率。輕、重石腦油分別滿足異構(gòu)化裝置和連續(xù)重整裝置反應(yīng)進(jìn)料要求，液化氣滿足民用液化氣使用要求。

1.4 連續(xù)重整裝置技術(shù)改造

克石化連續(xù)重整裝置采用UOP公司超低壓連續(xù)重整專利技術(shù)，平均反應(yīng)壓力為0.35 MPa，主要將低辛烷值的石腦油轉(zhuǎn)化成富含芳烴的高辛烷值汽油組分，同時(shí)副產(chǎn)苯抽提裝置原料和氫氣的生產(chǎn)過程。預(yù)加氫單元規(guī)模為0.6 Mt/a，以直餾石腦油、焦化加氫汽油和加氫改質(zhì)裝置石腦油等混合石腦油為原料，采用先加氫后分餾、石腦油汽提的技術(shù)路線，以降低石腦油的硫、氮和水含量，滿足重整反應(yīng)進(jìn)料要求。重整反應(yīng)及其催化劑再生部分規(guī)模為0.8 Mt/a，采用UOP公司的CycleMax工藝技術(shù)，并選用Chlorsorb工藝技術(shù)回收再生放空氣中的氯。

由于柴油加氫改質(zhì)裝置重汽油收率增加，現(xiàn)有的0.6 Mt/a連續(xù)重整裝置預(yù)加氫單元負(fù)荷已無(wú)法滿足需要，故將滿足重整反應(yīng)進(jìn)料要求的重石腦油直接引至預(yù)加氫分餾塔中，經(jīng)塔底進(jìn)入重整反應(yīng)，從而降低預(yù)加氫單元負(fù)荷，同時(shí)采用北京澤華公司高效塔盤技術(shù)更換預(yù)加氫分餾塔、脫戊烷塔、脫己烷塔和C4/C5分離塔的塔盤，改造或更換部分機(jī)泵，增加空氣冷卻風(fēng)機(jī)和冷卻器換熱面積，使連續(xù)重整裝置規(guī)模達(dá)到0.8 Mt/a。催化劑更換為UOP公司R334型重整催化劑。

1.5 新建異構(gòu)化裝置

為提高汽油池辛烷值，降低汽油池芳烴和烯烴含量，增產(chǎn)高標(biāo)號(hào)汽油。計(jì)劃新建0.15 Mt/a C5/C6異構(gòu)化裝置，C5/C6異構(gòu)化技術(shù)可使直鏈烷烴發(fā)生重排生成支鏈烷烴，將其辛烷值提高。烷烴的支鏈化程度越高其辛烷值越高，如將正戊烷(RON為61.7)轉(zhuǎn)化為異戊烷(RON為93.5)可將RON提高31.8個(gè)單位；正己烷(RON為30.0)轉(zhuǎn)化為2，3-二甲基丁烷(RON為105.0)可將RON提高75.0個(gè)單位。

烷烴異構(gòu)化工藝方案種類很多，按氫氣有無(wú)參與反應(yīng)來(lái)分，可分為臨氫異構(gòu)化和非臨氫異構(gòu)化兩種，臨氫異構(gòu)化工藝與非臨氫異構(gòu)化工藝相比對(duì)原料的要求更嚴(yán)格，辛烷值提高幅度小，但是因?yàn)闅錃獾募尤胧沽呀夥磻?yīng)少，液相產(chǎn)品收率高，催化劑使用周期長(zhǎng)。隨著煉油廠氫氣成本的降低，臨氫異構(gòu)化工藝成為C5/C6異構(gòu)化工藝的主要工藝；按催化劑來(lái)分，可分為低溫型、中溫型及超強(qiáng)酸型，低溫型雙功能催化劑一般為貴金屬鹵化物無(wú)定形催化劑，對(duì)水、氧化物和硫非常敏感，在反應(yīng)時(shí)會(huì)發(fā)生鹵素流失，需加入有機(jī)氯化物作為助催化劑。低溫型雙功能催化劑的活性和轉(zhuǎn)化率高，且分解反應(yīng)少，液相收率高。同時(shí)異構(gòu)化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫型催化劑在低溫下進(jìn)行，有利于異構(gòu)化反應(yīng)平衡。中溫型雙功能催化劑一般是將貴金屬負(fù)載在沸石等酸性擔(dān)體上，異構(gòu)化過程中副反應(yīng)較少，不需助催化劑和干燥進(jìn)料，需要循環(huán)氫以避免結(jié)焦。中溫型催化劑非常穩(wěn)定，對(duì)水、硫等雜質(zhì)限制遠(yuǎn)低于低溫型催化劑。固體超強(qiáng)酸型輕烴異構(gòu)化催化劑是新型異構(gòu)化催化劑，反應(yīng)溫度較低，空速較大，催化劑活性介于中、低溫型之間。它兼有上述兩者的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了上述二者工藝的缺陷；按加工流程(對(duì)產(chǎn)品辛烷值要求)來(lái)分，可分為一次通過、脫異戊烷(DIP)+一次通過、脫異己烷+一次通過、C5循環(huán)、C6循環(huán)等流程，可以根據(jù)投資水平和產(chǎn)品辛烷值需求選擇不同的加工流程[5]。

根據(jù)各技術(shù)方案的對(duì)比，結(jié)合克石化自身實(shí)際需要，選擇UOP公司的Par-Isom異構(gòu)化工藝，該工藝為臨氫異構(gòu)化工藝，選用DIP+異構(gòu)化反應(yīng)一次通過的加工流程。使用固體超強(qiáng)酸型貴金屬異構(gòu)化催化劑PI-244，該催化劑擁有良好穩(wěn)定性的同時(shí)，反應(yīng)溫度較低，取消了加熱爐，促進(jìn)了反應(yīng)平衡并提高了產(chǎn)品辛烷值。原料以連續(xù)重整裝置戊烷油、柴油加氫改質(zhì)裝置輕石腦油和苯抽提裝置抽余油為主，產(chǎn)品RON可達(dá)到84.5以上[6]。工藝流程見圖2。

圖2 0.15 Mta異構(gòu)化裝置工藝流程示意

1.6 升級(jí)改造后國(guó)汽油池構(gòu)成情況

2018年9月下旬，克石化各裝置經(jīng)大檢修開工后，全面執(zhí)行國(guó)Ⅵ汽油生產(chǎn)方案，其汽油池中的調(diào)合組分構(gòu)成為：MTBE占1.49%，加氫醚化汽油占41.35%，苯抽提抽余油占5.62%，異構(gòu)化油占12.04%，柴油改質(zhì)重石腦油占0.16%，連續(xù)重整重汽油占39.34%。利用這些組分可以生產(chǎn)92號(hào)汽油(占調(diào)合汽油的82.20%)和95號(hào)汽油(占調(diào)合汽油的17.80%)。表2列出了汽油池及其調(diào)合組分和調(diào)合產(chǎn)品(汽油)的化學(xué)性質(zhì)。從表2可見：克石化汽油質(zhì)量升級(jí)改造后，汽油池中芳烴體積分?jǐn)?shù)由改造前的37.2%降低至32.2%，降低5.0百分點(diǎn)；烯烴體積分?jǐn)?shù)由改造前的16.5%降低至14.3%，降低2.2百分點(diǎn)；所調(diào)合的產(chǎn)品(汽油)質(zhì)量能滿足國(guó)Ⅵ質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2019年1月至4月，克石化累計(jì)生產(chǎn)汽油431.4 kt，柴油560.5 kt，生產(chǎn)柴汽質(zhì)量比1.29，預(yù)計(jì)全年柴汽質(zhì)量比可達(dá)1.25。

表2 改造后汽油池及其調(diào)合組分和調(diào)合產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)

2 生產(chǎn)國(guó)汽油項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

對(duì)克石化生產(chǎn)國(guó)Ⅵ汽油及汽油池結(jié)構(gòu)優(yōu)化項(xiàng)目，按照中國(guó)石油財(cái)務(wù)價(jià)格體系標(biāo)準(zhǔn)，以60美元/bbl(1 bbl≈159 L)的原油價(jià)格為分析基礎(chǔ)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，具體數(shù)據(jù)見表3。

由表3可以看出，該項(xiàng)目年度利潤(rùn)增量達(dá)2.653 8億元。經(jīng)進(jìn)一步計(jì)算，得到項(xiàng)目的投資收益率(稅后)為15.38%，全部投資回收期為4.08年(含建設(shè)期2年)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 國(guó)汽油質(zhì)量升級(jí)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

表3 國(guó)汽油質(zhì)量升級(jí)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

項(xiàng) 目改造前改造后增量項(xiàng)目總投資∕萬(wàn)元1 075 9151 121 75345 838資本金∕萬(wàn)元13 445營(yíng)業(yè)收入∕萬(wàn)元2 835 0962 999 372102 798營(yíng)業(yè)稅及附加費(fèi)∕萬(wàn)元713 570774 54861 056總成本費(fèi)用∕萬(wàn)元1 979 9801 993 65513 675利潤(rùn)總額∕萬(wàn)元141 546168 08426 538所得稅∕萬(wàn)元35 38741 5216 135

3 結(jié) 論

(1)經(jīng)過汽油質(zhì)量升級(jí)改造，克石化汽油池芳烴體積分?jǐn)?shù)降低5.0百分點(diǎn)，烯烴體積分?jǐn)?shù)降低2.2百分點(diǎn)，汽油產(chǎn)品滿足國(guó)Ⅵ汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(2)對(duì)催化裂化、連續(xù)重整、柴油加氫改質(zhì)和催化裂化汽油加氫裝置進(jìn)行改擴(kuò)建，同時(shí)新建輕汽油醚化和異構(gòu)化裝置，進(jìn)一步優(yōu)化成品油結(jié)構(gòu)，完善汽油加工流程，柴汽比靈活可控，預(yù)計(jì)2019年柴汽比為1.25，提高了企業(yè)應(yīng)對(duì)下游消費(fèi)市場(chǎng)變化的能力。

(3)克石化汽油質(zhì)量升級(jí)及成品油結(jié)構(gòu)優(yōu)化項(xiàng)目投資收益率(稅后)為15.38%，投資回收期為4.08年(含建設(shè)期2年)，年度可增加利潤(rùn)總額2.653 8億元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。