加氫裂化裝置生產(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油的探索

張 飛，呼曉昌，李 斌

(1.中國石化天津分公司，天津 300271；2.中海油節(jié)能減排監(jiān)測(cè)中心)

近年來，原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢(shì)日益加重，加氫裂化技術(shù)成為現(xiàn)代煉油化工企業(yè)“油-化-纖”結(jié)合的中心[1-3]，扮演著越來越重要的角色。天津分公司根據(jù)市場(chǎng)行情，為進(jìn)一步降低柴油產(chǎn)量，同時(shí)拓寬高附加值產(chǎn)品范圍，通過調(diào)整加氫裂化裝置反應(yīng)部分和分餾系統(tǒng)的工藝參數(shù)，在2號(hào)加氫裂化裝置進(jìn)行了試生產(chǎn)工業(yè)白油的工業(yè)試驗(yàn)。由于天津分公司沒有生產(chǎn)工業(yè)白油的先例，因此本次2號(hào)加氫裂化裝置試生產(chǎn)工業(yè)白油為天津分公司原油的二次加工方案及拓寬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)開辟了新的思路。

1 裝置流程

加氫裂化裝置反應(yīng)部分為常規(guī)高壓加氫裂化反應(yīng)流程，采用爐前混氫流程。原料油與氫氣的混合物(混氫油)與反應(yīng)產(chǎn)物換熱后進(jìn)入反應(yīng)進(jìn)料加熱爐，加熱至反應(yīng)需要的溫度后進(jìn)入加氫精制反應(yīng)器，進(jìn)行加氫脫硫、脫氮、芳烴飽和等反應(yīng)。用冷氫將精制反應(yīng)產(chǎn)物調(diào)整至所需要的裂化溫度后，進(jìn)入加氫裂化反應(yīng)器，進(jìn)行加氫裂化反應(yīng)。精制反應(yīng)器中裝填中國石化大連(撫順)石油化工研究院開發(fā)的FF-66精制催化劑，裂化反應(yīng)器中級(jí)配裝填FC-52FC-32FC-80裂化催化劑。

加氫裂化裝置分餾系統(tǒng)的原則流程如圖1所示。自反應(yīng)部分來的生成油(包括冷低壓分離器油和熱低壓分離器油)進(jìn)入脫丁烷塔，脫丁烷塔塔底油經(jīng)與反應(yīng)生成油換熱后進(jìn)入分餾塔進(jìn)料加熱爐，加熱至分餾塔所需要的溫度進(jìn)入主分餾塔，并在主分餾塔塔底吹入過熱蒸汽。主分餾塔設(shè)有兩個(gè)中段回流，分別簡(jiǎn)稱一中回流和二中回流。一中回流和二中回流分別與噴氣燃料側(cè)線及柴油側(cè)線在同一層塔盤抽出，回收熱量后返回主分餾塔。

主分餾塔塔頂氣相經(jīng)換熱冷卻后進(jìn)入分餾塔回流罐，一部分液體回流至主分餾塔塔頂，一部分液體經(jīng)過換熱后送至石腦油分餾塔，將輕、重石腦油分離后送出裝置。主分餾塔設(shè)兩個(gè)側(cè)線抽出，分別為噴氣燃料和柴油；噴氣燃料側(cè)線汽提塔塔底熱源為主分餾塔二中回流；柴油側(cè)線汽提塔塔底熱源為過熱蒸汽。從主分餾塔底抽出加氫裂化尾油依次作為石腦油穩(wěn)定塔底重沸器、石腦油分餾塔底重沸器熱源。

圖1 2號(hào)加氫裂化裝置分餾系統(tǒng)原則流程C-201—脫丁烷塔；P-203—主分餾塔進(jìn)料泵；P-202—脫丁烷塔塔底循環(huán)泵；F-201—脫丁烷塔塔底重沸爐；C-202—主分餾塔；F-202—主分餾塔進(jìn)料加熱爐；P-209—主分餾塔一中回流泵；P-215—主分餾塔二中回流泵；D-202—主分餾塔塔頂回流罐；A-202—主分餾塔塔頂空氣冷卻器；P-205—主分餾塔塔頂回流泵；C-205—石腦油分餾塔；A-203—石腦油分餾塔塔頂空氣冷卻器；P-210—輕石腦油泵；P-211—重石腦油泵；C-203—噴氣燃料汽提塔；P-206—噴氣燃料泵；C-204—柴油汽提塔；P-207—柴油泵；P-208—主分餾塔塔底泵(尾油泵)

2 柴油產(chǎn)品與白油指標(biāo)對(duì)比

表1 2號(hào)加氫裂化裝置原柴油產(chǎn)品性質(zhì)與5號(hào)工業(yè)白油指標(biāo)(Ⅰ)的對(duì)比

油品的閃點(diǎn)與其蒸發(fā)性有關(guān)，與油品的10%餾出溫度關(guān)聯(lián)密切[4]，為了保證側(cè)線產(chǎn)品的閃點(diǎn)合格，應(yīng)該通過汽提把低沸點(diǎn)物質(zhì)去除[5]，即提高柴油的初餾點(diǎn)可提高其閃點(diǎn)。柴油的黏度與其化學(xué)組成有關(guān)，對(duì)于同一系列的烴類，除個(gè)別情況外，平均相對(duì)分子質(zhì)量越大，其黏度也越大[6]，因此可以通過提高柴油產(chǎn)品的終餾點(diǎn)來提高柴油餾分的平均相對(duì)分子質(zhì)量，從而提高黏度?；蛘撸蓪⒉裼宛s分的輕端適當(dāng)切除，亦可提高其平均相對(duì)分子質(zhì)量，從而在提高閃點(diǎn)的同時(shí)也可提高黏度[7]。柴油的芳烴含量隨著加氫裂化轉(zhuǎn)化率的增加而減小[6]，與反應(yīng)氫分壓和精制反應(yīng)深度的關(guān)系尤為密切。反應(yīng)氫分壓高，精制反應(yīng)深度大，均對(duì)降低柴油產(chǎn)品的芳烴含量有利。

加氫裂化柴油產(chǎn)品的硫含量很低，通常質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)低于10 μgg[8]，但該裝置所產(chǎn)柴油產(chǎn)品硫含量卻較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.8 μgg，原因是換熱器異常導(dǎo)致柴油產(chǎn)品被污染。此外，由于柴油汽提塔采用1.0 MPa蒸汽汽提，故柴油產(chǎn)品中的水含量較高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為492 μgg)，并導(dǎo)致產(chǎn)品外觀渾濁。

通過上述分析可知，要用2號(hào)加氫裂化裝置的柴油餾分生產(chǎn)滿足標(biāo)準(zhǔn)NBSHT 0006—2017中5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)指標(biāo)要求的白油產(chǎn)品，需要對(duì)裝置的反應(yīng)部分及分餾系統(tǒng)進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，并應(yīng)在檢修期間增加柴油餾分脫水設(shè)施。

3 試生產(chǎn)白油工業(yè)試驗(yàn)

3.1 原料性質(zhì)

試生產(chǎn)白油前，天津分公司在2020年2月的整體原油加工量只有780 kt，裝置負(fù)荷率很低，原油油種為巴士拉輕質(zhì)原油+烏拉爾原油(質(zhì)量比為3∶1)。相應(yīng)地，2號(hào)加氫裂化裝置加工量為155 th，負(fù)荷率僅為70%，其中摻煉有6 th的催化裂化柴油(簡(jiǎn)稱催化柴油)和5 th的3號(hào)常減壓蒸餾裝置的減一線油(簡(jiǎn)稱3號(hào)減一線油)。

第一次試生產(chǎn)白油期間，公司加工原油的油種不變，2號(hào)加氫裂化裝置的加工量提高至180 th，裝置不摻煉催化柴油，而僅摻煉5 th的3號(hào)減一線油。第二次試生產(chǎn)白油期間，公司加工原油的油種改為巴士拉輕質(zhì)原油+俄羅斯管混CPC原油(質(zhì)量比3∶1)，2號(hào)加氫裂化裝置的加工量提至165 th，裝置不摻煉催化柴油，而僅摻煉5 th的3號(hào)減一線油。由此可見，兩次試生產(chǎn)白油期間，裝置負(fù)荷相差較大，可分別在高空速和低空速的工況下，驗(yàn)證裝置是否可生產(chǎn)出滿足白油指標(biāo)中芳烴含量要求的柴油產(chǎn)品。表2為裝置試生產(chǎn)白油前及兩次試生產(chǎn)白油期間的原料性質(zhì)。

表2 試生產(chǎn)白油前及兩次試生產(chǎn)白油期間的原料性質(zhì)對(duì)比

3.2 生產(chǎn)調(diào)整措施

3.2.1 降低柴油餾分芳烴含量的措施降低柴油餾分芳烴含量的措施有：①提高加氫精制反應(yīng)深度；②提高加氫裂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。

工業(yè)白油(Ⅰ)指標(biāo)中要求芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于5%，而2號(hào)加氫裂化裝置所產(chǎn)柴油的實(shí)際芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.8%，因此需通過提高加氫精制反應(yīng)深度來降低柴油的芳烴含量。具體做法是，通過對(duì)反應(yīng)加熱爐升溫、提高加氫精制反應(yīng)器入口溫度來提高加氫精制反應(yīng)深度。雖然加氫反應(yīng)是放熱反應(yīng)，從熱力學(xué)平衡來說，提高溫度對(duì)加氫反應(yīng)化學(xué)平衡不利，但是在工業(yè)裝置的操作條件下，對(duì)于大多數(shù)含硫化合物和芳烴而言，決定反應(yīng)深度高低的因素是反應(yīng)速率而不是化學(xué)平衡[6]。在對(duì)加氫精制反應(yīng)器進(jìn)行升溫的同時(shí)，對(duì)加氫裂化反應(yīng)器的各床層溫度進(jìn)行緩慢提升，提高裂化轉(zhuǎn)化率，同時(shí)分步提升冷高壓分離器壓力。

3.2.2 提高柴油餾分黏度及閃點(diǎn)的措施提高柴油餾分黏度和閃點(diǎn)的措施有：①提高主分餾塔塔底溫度，即通過提高脫丁烷塔塔底重沸爐及主分餾塔進(jìn)料加熱爐爐膛溫度使主分餾塔塔底溫度緩慢提升，主分餾塔塔底溫度由289 ℃最高提升至295 ℃，后穩(wěn)定在294 ℃。②提高柴油抽出溫度，提高柴油外送量，具體做法是加大主分餾塔柴油側(cè)線抽出量，使柴油外送量增大至31.7 th左右，柴油抽出溫度提高至275 ℃；同時(shí)相應(yīng)調(diào)整噴氣燃料側(cè)線抽出溫度，增大柴油汽提塔蒸汽量，使之由0.16 th 增大至0.40 th，提高柴油的初餾點(diǎn)及終餾點(diǎn)；調(diào)整過程中，同步對(duì)一中回流及塔頂系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，保證在生產(chǎn)白油期間裝置噴氣燃料產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)合格。

3.3 工藝參數(shù)

裝置試生產(chǎn)白油前后的相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)比如表3所示。

由表3可以看出：在裝置兩次試生產(chǎn)白油期間，精制反應(yīng)器平均溫度、溫升均較試生產(chǎn)前提高約10 ℃；第一次試生產(chǎn)期間，裝置負(fù)荷相對(duì)較大，裂化反應(yīng)器平均溫度較試生產(chǎn)前提高約7 ℃，第二次試生產(chǎn)期間，由于裝置低負(fù)荷運(yùn)行，因此裂化反應(yīng)溫度較試生產(chǎn)前提高約2 ℃；主分餾塔塔底溫度由280 ℃提至292 ℃和294 ℃，柴油抽出溫度由260 ℃提高至276 ℃和274 ℃，汽提蒸汽量由0.16 th增大至0.40 th和0.32 th，柴油外送量由28 th增加至36 th和32 th。

表3 試生產(chǎn)白油前后操作參數(shù)對(duì)比

3.4 柴油性質(zhì)

經(jīng)過上述調(diào)整措施，裝置得到的柴油餾分的性質(zhì)如表4所示。由表4可以看出：試生產(chǎn)期間柴油餾分中的芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至2.95%和2.59%，滿足5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)指標(biāo)要求；餾程穩(wěn)定在240～340 ℃；柴油黏度(40 ℃)增大至4.299 mm2s和4.415 mm2s，滿足5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)指標(biāo)要求；

表4 試生產(chǎn)白油期間分析數(shù)據(jù)

需要說明的是，兩次試生產(chǎn)期間，柴油餾分的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為40 μgg左右，未能滿足工業(yè)白油(Ⅰ)指標(biāo)要求。經(jīng)咨詢相關(guān)研究單位，對(duì)裝置的柴油及尾油進(jìn)行了硫含量分析，確定柴油餾分中硫含量不合格是高壓換熱器存在輕微內(nèi)漏所致，后經(jīng)采樣分析熱低壓分離器油、脫丁烷塔塔底油、分餾塔塔底油(即尾油未經(jīng)換熱前樣品)，經(jīng)對(duì)比，進(jìn)一步確定原料油與反應(yīng)產(chǎn)物換熱器存在內(nèi)漏。此外，由于柴油汽提塔采用1.0 MPa蒸汽汽提，因此使得柴油含水量較高且外觀渾濁。以上問題將在天津分公司2020年裝置大檢修期間通過對(duì)高壓換熱器進(jìn)行檢修，以及在柴油出裝置流程增上脫水措施進(jìn)行解決，因此2號(hào)加氫裂化裝置通過調(diào)整操作條件，利用柴油側(cè)線，可生產(chǎn)滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的5號(hào)工業(yè)白油。

3.5 產(chǎn)品分布

試生產(chǎn)白油前后裝置的產(chǎn)品分布如表5所示。由表5可以看出，裝置試生產(chǎn)白油時(shí)，由于需要提高柴油餾分的終餾點(diǎn)，分餾塔塔底重組分上行，使得噴氣燃料及柴油(白油)的收率增加較明顯，尾油收率則有所降低。由于2號(hào)加氫裂化裝置利用柴油汽提塔產(chǎn)出白油，在裝置生產(chǎn)白油期間，柴油餾分按照白油產(chǎn)品出廠，而并非按照普通柴油出廠，因此裝置在壓減柴油產(chǎn)量及提高高附加值產(chǎn)品產(chǎn)量方面起到雙贏的作用。

表5 試生產(chǎn)白油前后裝置的產(chǎn)品分布對(duì)比 w，%

3.6 其他產(chǎn)品性質(zhì)

試生產(chǎn)白油前后，除柴油以外的產(chǎn)品性質(zhì)如表6所示。由表6可以看出，裝置試生產(chǎn)白油后，其他產(chǎn)品性質(zhì)未受影響，并且由于提高了反應(yīng)苛刻度，使得噴氣燃料煙點(diǎn)有所提高，尾油BMCI有所降低，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有利。

表6 試生產(chǎn)白油前后除柴油外的產(chǎn)品性質(zhì)對(duì)比

4 結(jié) 論

(2)目前除硫含量及水含量仍未滿足5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)指標(biāo)要求外，柴油餾分的其余性質(zhì)均已達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NBSHT 0006—2017中5號(hào)工業(yè)白油(Ⅰ)指標(biāo)要求。此問題將在天津分公司2020年裝置大檢修期間通過對(duì)高壓換熱器進(jìn)行檢修，以及在柴油出裝置流程增上脫水措施進(jìn)行解決。

(3)2號(hào)加氫裂化裝置利用柴油側(cè)線生產(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油，將為天津公司減產(chǎn)柴油、生產(chǎn)高附加值白油產(chǎn)品、拓寬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)提供有力支持。