利用潤滑油加氫處理裝置增產(chǎn)-35號低凝柴油的工業(yè)實(shí)踐

辛丁業(yè)，尹 宏，婁 城，教 震

(中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

近年來，隨著國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，國內(nèi)大型煉化一體化項(xiàng)目陸續(xù)開工投產(chǎn)，導(dǎo)致國內(nèi)成品油產(chǎn)能特別是柴油產(chǎn)能出現(xiàn)明顯過剩，出口壓力較大[1]。在此背景下，國內(nèi)多數(shù)燃料油型煉油廠主要通過降低柴汽比的方式來適應(yīng)成品油市場需求，提高煉油廠經(jīng)濟(jì)效益。但是，受新能源汽車發(fā)展提速、新冠疫情、出行方式轉(zhuǎn)變等因素影響，國內(nèi)汽油消費(fèi)呈現(xiàn)下降態(tài)勢已不可避免，常規(guī)的燃料油型煉油廠將面臨越來越大的轉(zhuǎn)型壓力[2]。

中國地域遼闊、南北緯度差異大，黑龍江、吉林、新疆、西藏、青海等地區(qū)冬季氣候寒冷、冬期時間較長，對低凝柴油的需求較大。目前低凝柴油生產(chǎn)主要通過柴油餾程切輕、添加降凝劑、采用臨氫降凝工藝等方案實(shí)現(xiàn)。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，柴油餾程切輕會導(dǎo)致一定比例的噴氣燃料切入柴油，造成較高價值的噴氣燃料收率下降，而添加降凝劑只能在有限范圍內(nèi)改善柴油的凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)，降凝劑費(fèi)用也較高，對于柴油低溫性能較差的企業(yè)，很難直接采用[3-4]。

面對常規(guī)成品油市場萎縮及區(qū)域性低凝柴油需求較為旺盛的現(xiàn)狀，中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司(簡稱克石化)通過內(nèi)部資源整合、生產(chǎn)方案及加工流程優(yōu)化等措施，利用現(xiàn)有潤滑油加氫處理裝置增產(chǎn)-35號低凝柴油，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。以下就該工業(yè)實(shí)踐情況進(jìn)行簡要分析，以期為同類裝置制定提質(zhì)增效方案提供一定的借鑒。

1 裝置概況

克石化現(xiàn)有潤滑油加氫處理裝置原設(shè)計(jì)規(guī)模為85 kt/a，主要加工常減壓蒸餾裝置的潤滑油餾分，裝置反應(yīng)部分采用爐前混氫、冷高壓分離器流程，分餾部分采用常壓分餾塔+減壓分餾塔流程。為提高裝置各系列潤滑油產(chǎn)品的低溫性能，克石化于2017年初對該裝置進(jìn)行了擴(kuò)量改造及反應(yīng)部分增加降凝段方案的研究，同年委托中國石油工程建設(shè)有限公司華東設(shè)計(jì)分公司進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，于2018年對裝置進(jìn)行改造施工，同年10月正式投產(chǎn)。裝置改造后加工規(guī)模為120 kt/a，新增降凝段采用加氫降凝-加氫補(bǔ)充精制工藝，催化劑采用中國石化石油化工科學(xué)研究院(簡稱石科院)開發(fā)的臨氫降凝催化劑RDW-1及加氫補(bǔ)充精制催化劑RJW-3。改造后的裝置原則流程如圖1所示。

圖1 裝置原則流程

2 方案可行性研究

受潤滑油質(zhì)量升級及生產(chǎn)方案優(yōu)化的影響，該裝置投產(chǎn)后生產(chǎn)負(fù)荷一直較低。為了更好地發(fā)揮裝置作用，對利用該裝置生產(chǎn)-35號車用低凝柴油的方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室評價試驗(yàn)，以探索該路線的可行性。實(shí)驗(yàn)室評價試驗(yàn)所用裝置與工業(yè)裝置類似，也采用加氫處理-臨氫降凝/加氫補(bǔ)充精制工藝流程。

2.1 試驗(yàn)原料及催化劑

評價試驗(yàn)采用的原料油為1.5 Mt/a柴油加氫改質(zhì)裝置的加氫重柴油，催化劑采用石科院開發(fā)的加氫處理催化劑RL-2、臨氫降凝催化劑RDW-1以及加氫補(bǔ)充精制催化劑RJW-3。各催化劑的主要理化性質(zhì)見表1[5-6]，評價用原料油的主要性質(zhì)見表2。

表1 催化劑性質(zhì)

表2 原料油的主要性質(zhì)

2.2 試驗(yàn)條件及結(jié)果

催化劑預(yù)硫化后，切換原料油為加氫重柴油，控制反應(yīng)壓力為6.0 MPa、氫油體積比為700、加氫處理反應(yīng)器體積空速為0.4 h-1、臨氫降凝/加氫補(bǔ)充精制反應(yīng)器體積空速為0.6 h-1/2.0 h-1，考察不同試驗(yàn)條件下加氫重柴油的降凝效果，確定最佳反應(yīng)溫度。反應(yīng)生成油利用實(shí)沸點(diǎn)蒸餾儀切割出小于170 ℃的石腦油餾分，對剩余的柴油餾分進(jìn)行全面性質(zhì)分析。各試驗(yàn)條件對應(yīng)的反應(yīng)溫度見表3，所得柴油餾分的主要性質(zhì)及與-35號國Ⅵ車用柴油主要指標(biāo)的對比見表4。

表3 不同評價試驗(yàn)條件的反應(yīng)溫度 ℃

表4 試驗(yàn)所得柴油餾分的主要性質(zhì)及與-35號國Ⅵ車用柴油主要指標(biāo)的對比

從表4可以看出：條件2和條件3下得到的柴油餾分的凝點(diǎn)均低于-60 ℃，冷濾點(diǎn)分別達(dá)到-39 ℃和-45 ℃，低溫性能均滿足-35號國Ⅵ車用柴油指標(biāo)要求；加氫重柴油經(jīng)加氫處理-臨氫降凝/加氫補(bǔ)充精制后，所得柴油餾分的鏈烷烴和芳烴含量均有所下降，環(huán)烷烴含量有所增加，這主要是因?yàn)榕R氫條件下發(fā)生了直鏈烷烴斷鏈反應(yīng)及芳烴飽和反應(yīng)所致；條件3下柴油餾分的收率最低，只有88.5%，這主要是因?yàn)樵摋l件下加氫處理及臨氫降凝反應(yīng)溫度控制較高，導(dǎo)致油品發(fā)生了深度裂解反應(yīng)。綜合來看，利用現(xiàn)有120 kt/a潤滑油加氫處理裝置，采用加氫處理-臨氫降凝/加氫補(bǔ)充精制工藝流程增產(chǎn)-35號低凝柴油的方案可行，可以采用條件2(柴油餾分收率為93.3%)進(jìn)行工業(yè)化試生產(chǎn)。

3 工業(yè)應(yīng)用

為使克石化潤滑油加氫處理裝置具備按低凝柴油方案生產(chǎn)的工藝流程條件，于2020年9—10月對該裝置原料流程及產(chǎn)品外送流程進(jìn)行改造，同年11月組織進(jìn)行-35號低凝柴油的工業(yè)試生產(chǎn)，12月對裝置進(jìn)行了標(biāo)定。

3.1 工業(yè)試生產(chǎn)的工藝條件及降凝效果

表5給出了低凝柴油試生產(chǎn)期間的工藝條件，圖2 給出了試生產(chǎn)期間的原料和產(chǎn)品的凝點(diǎn)及冷濾點(diǎn)變化情況。從試生產(chǎn)情況來看，在加工量為14 t/h、反應(yīng)器入口壓力為6.0 MPa、氫油體積比為700、加氫處理床層平均溫度為300～305 ℃、臨氫降凝床層平均溫度為310～320 ℃、補(bǔ)充精制床層平均溫度為305～310 ℃的條件下，產(chǎn)品柴油凝點(diǎn)均低于-47 ℃，冷濾點(diǎn)均低于-30 ℃，低溫性能均可滿足GB 19147—2016對-35號柴油的質(zhì)量要求。

表5 低凝柴油試生產(chǎn)工藝條件

圖2 試生產(chǎn)期間原料及產(chǎn)品的凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)的變化

3.2 裝置標(biāo)定

裝置標(biāo)定期間的主要工藝條件為：加工量16 t/h，反應(yīng)器入口壓力6.0 MPa，氫油體積比700；加氫處理反應(yīng)器體積空速0.4 h-1，床層平均溫度315 ℃；臨氫降凝反應(yīng)器體積空速0.6 h-1，床層平均溫度310 ℃；補(bǔ)充精制反應(yīng)器體積空速1.0 h-1，床層平均溫度305 ℃。標(biāo)定期間原料及產(chǎn)品的性質(zhì)見表6。標(biāo)定期間共取兩組產(chǎn)品，分別計(jì)作產(chǎn)品1和產(chǎn)品2。由表6可見：原料密度(20 ℃)為839.0 kg/m3，凝點(diǎn)為-22 ℃，冷濾點(diǎn)為-1 ℃，十六烷值指數(shù)為51.3；臨氫降凝后，產(chǎn)品柴油的凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)相較原料油均大幅降低，其中凝點(diǎn)由-22 ℃最低降至-58 ℃，冷濾點(diǎn)由-1 ℃最低降至-32 ℃；臨氫降凝后，產(chǎn)品的密度、運(yùn)動黏度、閃點(diǎn)、十六烷值指數(shù)均呈現(xiàn)不同程度下降，這主要是因?yàn)榕R氫降凝過程會將油品中的直鏈烷烴和短側(cè)鏈的異構(gòu)烷烴裂成小分子烴[4]。

表6 標(biāo)定期間的原料及產(chǎn)品性質(zhì)

表7為標(biāo)定期間裝置的物料平衡數(shù)據(jù)。從表7可以看出：標(biāo)定期間，低凝柴油收率平均值為90.80%，石腦油收率平均值為7.40%。與實(shí)驗(yàn)室評價數(shù)據(jù)對比，工業(yè)裝置低凝柴油收率明顯低于實(shí)驗(yàn)室最優(yōu)條件下的低凝柴油收率。這主要是因?yàn)楣I(yè)裝置反應(yīng)溫度控制較高，臨氫降凝反應(yīng)的苛刻度增加，導(dǎo)致裂解產(chǎn)生的石腦油餾分增加所致。因此在產(chǎn)品低溫性能滿足指標(biāo)要求的情況下，可適當(dāng)降低反應(yīng)溫度以提高低凝柴油收率。

表7 標(biāo)定期間的物料平衡數(shù)據(jù) w，%

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

該裝置按低凝柴油方案生產(chǎn)后，全廠每天可降低0號柴油產(chǎn)量396.8 t，增產(chǎn)-35號低凝柴油360.3 t。按照0號柴油價格為5 845元/t、-35號柴油價格為6 722元/t計(jì)算，除去加工成本后，裝置每天可新增利潤8.08萬元?？紤]到新疆地區(qū)低凝柴油需求主要集中在每年11月至次年3月，推算該裝置全年可實(shí)際增收約1 210萬元，效益提升明顯。

5 結(jié) 論

(1)以柴油加氫改質(zhì)裝置的加氫重柴油為原料，利用潤滑油加氫處理裝置增產(chǎn)-35號低凝柴油方案可行。

(2)柴油加氫改質(zhì)裝置的加氫重柴油經(jīng)加氫處理-臨氫降凝/加氫補(bǔ)充精制后，低溫性質(zhì)得到明顯改善，產(chǎn)品凝點(diǎn)由-22 ℃最低降至-58 ℃，冷濾點(diǎn)由-1 ℃最低降至-32 ℃，可以滿足-35號國Ⅵ車用柴油指標(biāo)要求。

(3)標(biāo)定結(jié)果表明，在加工量為16 t/h、反應(yīng)壓力為6.0 MPa、氫油體積比為700、臨氫降凝床層平均溫度為310 ℃的條件下，-35號低凝柴油的收率平均值為90.80%。按此推算，全年(每年11月至次年3月)可增產(chǎn)-35號低凝柴油54 kt，增加經(jīng)濟(jì)效益約1 210 萬元。