以催化裂解和加氫裂化技術(shù)推動的煉廠轉(zhuǎn)型方案研究

史曉迪，解增忠

（中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司，北京 100083）

根據(jù)我國“十四五”規(guī)劃，未來將減少對石化燃料的依賴，大力發(fā)展新能源，中國成品油過剩趨勢將繼續(xù)加劇。2021年我國煉油行業(yè)產(chǎn)能達(dá)到9.10億t/a，實際原油加工量為7.03億t，產(chǎn)能過剩達(dá)到2.07億t，而成品油市場受成品油使用效率提高、替代能源沖擊等諸多因素影響，預(yù)計2025年就會達(dá)到峰值。而目前我國對化工原料的需求占石油消費的比例為16%，預(yù)計2030年將提升至28%，2060年將占到45%[1]，煉油向烯烴、芳烴等基本化工原料轉(zhuǎn)型已成為行業(yè)主流[2]，我國煉廠的轉(zhuǎn)型勢在必行。未來，我國成品油煉化企業(yè)基地化、園區(qū)化、一體化趨勢將更加明顯，落后裝置加快淘汰，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提升，煉廠生產(chǎn)工藝面臨低碳化挑戰(zhàn)，煉油企業(yè)將加快結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高競爭力[3-5]。

國內(nèi)某煉廠原油一次加工能力為600萬t/a，因地處區(qū)域煉廠眾多，煉油能力過剩、成品油銷售不暢的勢態(tài)尤其嚴(yán)峻，亟需通過化工轉(zhuǎn)型來解決煉廠困境。在充分分析該廠現(xiàn)狀的情況下，以壓減成品油、增產(chǎn)化工品為原則設(shè)計該廠的轉(zhuǎn)型方案。

1 煉廠現(xiàn)狀分析

該煉廠設(shè)計加工能力600萬t/a，目前全年加工量550萬t/a。1#常減壓裝置設(shè)計負(fù)荷350萬t/a，現(xiàn)狀加工量為300萬t/a，加工阿曼、瑪斯及艾斯克蘭特的混合原油，減壓渣油作為焦化裝置原料；2#常減壓裝置設(shè)計負(fù)荷250萬t/a，現(xiàn)狀加工量為250萬t/a，按照生產(chǎn)瀝青與生產(chǎn)焦化料2個方案進(jìn)行分儲分煉，加工冷湖及馬瑞原油時減壓渣油直出瀝青產(chǎn)品，加工艾斯克蘭特及瑪斯原油時減壓渣油為焦化裝置供料。

該煉廠的主要煉油裝置包括常減壓蒸餾裝置、延遲焦化裝置、蠟油加氫裝置、催化裂化裝置、連續(xù)重整裝置、汽油加氫裝置、柴油加氫裝置、氣分裝置、異構(gòu)化裝置、甲基叔丁醚（MTBE）裝置、順酐裝置及丙烷脫氫裝置等。該煉廠主要產(chǎn)品有汽油、柴油、瀝青以及少部分芳烴產(chǎn)品等，其中汽油產(chǎn)品占27%，柴油產(chǎn)品占31%，瀝青產(chǎn)品占13%。成品油收率較高，化工品收率低，汽柴油產(chǎn)品收率58.0%，化工品收率3.4%，且企業(yè)現(xiàn)狀汽油池辛烷值不足，需要額外外購高辛烷值汽油調(diào)和組分才能滿足汽油產(chǎn)品出廠，從而導(dǎo)致汽油產(chǎn)量增加，對煉廠成品油生產(chǎn)不利。

2套常減壓裝置的減壓蠟油加氫后作為催化裂化裝置原料，催化裂化汽油經(jīng)汽油加氫裝置精制后作為車用汽油調(diào)和組分；2套常減壓裝置的直餾煤油直餾柴油餾分一起作為柴油加氫裝置原料，經(jīng)加氫精制后生產(chǎn)車用柴油產(chǎn)品；2套常減壓裝置的直餾石腦油餾分作為重整裝置原料，重整裝置抽提芳烴直接作為產(chǎn)品外賣，戊烷油和抽余油作為異構(gòu)化裝置原料，異構(gòu)化油調(diào)和生產(chǎn)車用汽油產(chǎn)品。

在該煉廠現(xiàn)有條件下，若以600萬t/a加工量開工，多套裝置將處于超負(fù)荷運行狀態(tài)，影響煉廠平穩(wěn)運行，故在實際生產(chǎn)中不得不降量生產(chǎn)，以550萬t/a的加工量運行，該煉廠裝置現(xiàn)狀負(fù)荷如表1所示，即使是在降量生產(chǎn)的情況下，該廠部分裝置依然超負(fù)荷運行，存在安全隱患，重油催化裝置負(fù)荷率達(dá)到了133%，尤其是重整裝置，負(fù)荷率達(dá)到了150%。

表1 煉廠裝置現(xiàn)狀負(fù)荷

2 轉(zhuǎn)型升級方案設(shè)計

為滿足該煉廠壓減成品油的需求，同時緩解全廠重油加工能力不平衡以及部分裝置長期超負(fù)荷運轉(zhuǎn)的問題，設(shè)計了煉廠轉(zhuǎn)型升級方案。

調(diào)整2#常減壓裝置在生產(chǎn)瀝青時的切割方案，在瀝青產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，適當(dāng)減少蠟油拔出率，提高常減壓裝置直出瀝青方案下的減壓渣油收率，從而增加瀝青產(chǎn)品產(chǎn)量至100萬t/a。計劃新建150萬t/a加氫裂化裝置，部分直餾蠟油和直餾柴油作為加氫裂化裝置原料，加氫裂化重石腦油作為重整裝置原料，重整裝置戊烷油及加氫裂化輕石腦油進(jìn)異構(gòu)化裝置，異構(gòu)化裝置僅開分離單元不開反應(yīng)單元，分離出的異構(gòu)石腦油調(diào)和生產(chǎn)汽油產(chǎn)品；剩余直餾蠟油和焦化蠟油經(jīng)蠟油加氫后進(jìn)1#催化裝置加工處理，停開重油催化裝置。

為了降低成品油產(chǎn)量，促進(jìn)“油轉(zhuǎn)化”發(fā)展，設(shè)計將煉廠的石腦油及煤油餾分進(jìn)行轉(zhuǎn)化。石腦油裂解工藝包含催化裂解及蒸汽裂解，利用催化裂解工藝生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴，產(chǎn)品中丙烯含量高，乙烯、丙烯的比例可調(diào)節(jié)，且催化裂解原料適應(yīng)性較廣，原料可以是輕烴、石腦油以及柴油。目前蒸汽裂解工藝原料以石腦油和輕烴為主，未來會有更多煤油和柴油餾分作為裂解原料，而柴油或煤油中所含的芳烴組分不利于蒸汽裂解裝置長期穩(wěn)定運行?？紤]到該煉廠可能會有更多柴油餾分作為“油轉(zhuǎn)化”原料，所以設(shè)計煉廠新建原料適應(yīng)性更廣的催化裂解裝置[6-8]。新建200萬t/a石腦油催化裂解裝置及后續(xù)裝置，直餾石腦油、直餾煤油、焦化石腦油、異構(gòu)化產(chǎn)出的正構(gòu)石腦油及部分外購石腦油作為催化裂解裝置原料，催化裂解石腦油經(jīng)過芳烴抽提裝置抽三苯后調(diào)和汽油；為收集裂解干氣中乙烯產(chǎn)品，建深冷分離裝置回收乙烯，新建聚乙烯及環(huán)氧乙烷裝置加工處理全廠的乙烯；煉廠在建的丙烷脫氫裝置處理全廠丙烷及部分外購丙烷[9]，新建聚丙烯及環(huán)氧丙烷裝置處理丙烷脫氫裝置生產(chǎn)的丙烯與氣分裝置分離丙烯，通過新建環(huán)氧乙烷、聚乙烯、環(huán)氧丙烷及聚丙烯等裝置，可以增加全廠的化工產(chǎn)品種類，提高企業(yè)市場競爭力。轉(zhuǎn)型升級方案流程如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)型升級方案流程

3 結(jié)果與討論

分別建立基礎(chǔ)方案和轉(zhuǎn)型升級方案進(jìn)行全廠總流程測算。

3.1 原油及外購原料

各方案加工原油/原料對比如表2所示，可以看出，轉(zhuǎn)型升級方案外購原料增多，主要是由于新建雙氧水裝置需要大量的空氣和水作為原料；煉廠在建的丙烷脫氫裝置需要周邊煉廠供部分丙烷作為原料；且轉(zhuǎn)型升級方案新建石腦油催化裂解裝置，可以外購周邊煉廠部分直餾石腦油作為原料。

表2 各方案投入對比 萬t/a

續(xù)表

3.2 主要裝置負(fù)荷

各方案裝置負(fù)荷對比如表3所示?；A(chǔ)方案中蠟油加氫及催化裝置超負(fù)荷，需降低全廠加工量，以550萬t/a的加工量運行。轉(zhuǎn)型升級方案中新建加氫裂化裝置后全廠蠟油加工能力可以平衡，全廠加工量可達(dá)到600萬t/a，可以停開1套催化裝置與1套柴油加氫裝置，而且加氫裂化裝置有利于根據(jù)市場需求靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品分布，調(diào)整汽柴油以及航煤的產(chǎn)品產(chǎn)量。通過新建石腦油催化裂解及后續(xù)加工裝置，可以增產(chǎn)較多的化工原料。

表3 各方案裝置負(fù)荷對比 萬t/a

3.3 主要產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

各方案主要產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如表4所示，雖然增加了50萬t/a的原油加工量，但轉(zhuǎn)型升級方案成品油產(chǎn)量降低了137.29萬t/a，成品油收率由57.75%降低至31.79%，化工品收率由3.39%提高至24.11%。

表4 各方案主要產(chǎn)品對比 萬t/a

3.4 汽柴油調(diào)和情況

基礎(chǔ)方案生產(chǎn)國Ⅵ車用汽油157.54萬t/a、車用柴油177.71萬t/a，汽油、柴油調(diào)和情況如表5、表6所示。可以看出，基礎(chǔ)方案中自產(chǎn)的高辛烷值汽油調(diào)和組分較少，自產(chǎn)汽油調(diào)和組分組成的汽油池辛烷值不足，至少需要外購MTBE6.50萬t才能生產(chǎn)合格的92#國Ⅵ車用汽油產(chǎn)品。基礎(chǔ)方案中直餾柴油及二次柴油均經(jīng)過加氫后調(diào)和生產(chǎn)車用柴油。

表5 基礎(chǔ)方案汽油調(diào)和情況

表6 基礎(chǔ)方案柴油調(diào)合情況

轉(zhuǎn)型方案生產(chǎn)國Ⅵ車用汽油115.68萬t/a、車用柴油82.28萬t/a，汽油、柴油調(diào)和情況分別如表7、表8所示?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)型方案中自產(chǎn)的高辛烷值汽油調(diào)和組分相比于基礎(chǔ)方案大幅度提高，自產(chǎn)汽油調(diào)和組分組成的汽油池辛烷值能夠滿足調(diào)和生產(chǎn)95#國Ⅵ車用汽油產(chǎn)品，無需再外購MTBE。轉(zhuǎn)型方案中汽油產(chǎn)量減少并推進(jìn)了“油轉(zhuǎn)化”。

表7 轉(zhuǎn)型升級方案汽油調(diào)和情況

表8 轉(zhuǎn)型升級方案柴油調(diào)和情況

3.5 效益對比

在中國石化80美元/t價格體系下，轉(zhuǎn)型升級方案的總利潤比基礎(chǔ)方案增加8.57億元人民幣，噸油利潤增加110.3元人民幣，稅后內(nèi)部收益率為23.95%，投資回收期為6.32年，轉(zhuǎn)型升級方案經(jīng)濟性表現(xiàn)良好，具有一定的抗風(fēng)險能力。

4 結(jié)論

1）通過新建加氫裂化裝置來提高煉廠蠟油能力，實現(xiàn)煉廠滿負(fù)荷下的蠟油平衡，同時也能生產(chǎn)更多化工料。

2）通過新建石腦油催化裂解及后續(xù)加工裝置，可以將煉廠石腦油及直餾煤油餾分轉(zhuǎn)化為輕烴及芳烴，壓減成品油的同時增產(chǎn)化工產(chǎn)品或化工原料，能夠新建具有經(jīng)濟規(guī)模的化工裝置。

3）轉(zhuǎn)型升級方案中，盡管原油加工總量增加了50萬t/a，但轉(zhuǎn)型升級方案成品油產(chǎn)量反而降低了137.28萬t/a，成品油收率由57.75%降低至31.79%，而化工品收率由3.39%提高至24.11%。