洛陽石化十六烷值資源的分析及對策

王 冰 ，賈 煜 ，張棟棟

(中國石化 洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

近年來，隨著國家對環(huán)境保護(hù)要求的逐步提高，車用柴油正向著清潔化方向發(fā)展。低硫、低芳烴、高十六烷值的柴油成為國Ⅵ車用柴油的基本特征，柴油十六烷值通常采用十六烷指數(shù)進(jìn)行表征，十六烷指數(shù)是柴油在發(fā)動機(jī)中著火性能的計(jì)算值。目前常用的十六烷指數(shù)計(jì)算公式有GB11139—89《餾分燃料十六烷指數(shù)計(jì)算法》。十六烷指數(shù)與十六烷值有一定的關(guān)聯(lián)性，只能進(jìn)行表征，不能隨意進(jìn)行替代。有研究表明，直餾柴油十六烷指數(shù)與十六烷值關(guān)聯(lián)性最佳、加氫精制柴油次之，催化柴油較差[1]。

隨著公司煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目中交完成，煉油裝置的運(yùn)行模式發(fā)生了較大轉(zhuǎn)變，各種柴油中間產(chǎn)品的收率、物性特征和物料走向出現(xiàn)了不同程度的變化。在生產(chǎn)國Ⅵ車用柴油的過程中，出現(xiàn)了由于十六烷值不足，影響產(chǎn)品按進(jìn)度交庫的情況。為徹底摸清公司十六烷值資源的變化情況，收集和梳理了大量裝置生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)十六烷指數(shù)計(jì)算方法，獲取了各種柴油的十六烷指數(shù)，并進(jìn)行了整理和分析，為國Ⅵ車用柴油的優(yōu)化生產(chǎn)提出了一些建議。

1 十六烷值資源的基本情況

在洛陽石化柴油池中，主要包括直餾柴油、催化柴油、焦化柴油、蠟油加氫柴油和渣油加氫柴油。各類柴油十六烷值不盡相同。有研究表明：直餾柴油密度小，S、N及芳烴含量低，十六烷值在這幾類柴油中最高；焦化柴油以其適中的密度和不高的芳烴含量成為優(yōu)良的十六烷值資源；催化柴油由于密度高、芳烴含量高，導(dǎo)致其十六烷值極低[2]。自2020年9月底煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目新建裝置開工以來，裝置的運(yùn)行模式大體可分為三類，詳見表1。

表1 裝置運(yùn)行模式統(tǒng)計(jì)表

由表1可見，在裝置運(yùn)行模式Ⅰ中，由于渣油加氫裝置尚未建成投運(yùn)，生產(chǎn)柴油的裝置主要包括常減壓裝置、一催化裝置、二催化裝置、焦化裝置和蠟油加氫裝置。柴油加工流程為直餾柴油、一催化柴油、二催化柴油、焦化柴油和蠟油加氫柴油經(jīng)柴油加氫裝置加氫精制后，產(chǎn)出精制柴油，經(jīng)罐區(qū)調(diào)合后，生產(chǎn)出國Ⅵ車用柴油。

在裝置運(yùn)行模式Ⅱ中，新建渣油加氫裝置開工運(yùn)行，焦化裝置和蠟油加氫裝置停運(yùn)，其他裝置正常運(yùn)行。國Ⅵ車用柴油在生產(chǎn)模式上，柴油加氫裝置除了停止加工焦化柴油和蠟油加氫柴油，新增加工渣油加氫柴油外，其他生產(chǎn)工藝流程不變。

裝置運(yùn)行模式Ⅲ是在模式Ⅱ的基礎(chǔ)上，于2021年5月組織焦化裝置重新運(yùn)行。國Ⅵ車用柴油在生產(chǎn)模式變化方面，主要是將焦化柴油送至渣油加氫加工，其他生產(chǎn)工藝流程不變。

根據(jù)上述三種運(yùn)行模式，對直餾柴油、催化柴油、焦化柴油、蠟油加氫柴油和渣油加氫柴油的產(chǎn)品分布和十六烷指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，掌握了3種裝置運(yùn)行模式下柴油池中十六烷值資源的變化情況。

在各類柴油中間產(chǎn)品十六烷指數(shù)的計(jì)算過程中，使用了GB11139—89《餾分燃料十六烷指數(shù)計(jì)算法》，該方法利用餾分燃料的標(biāo)準(zhǔn)密度和50%餾出物溫度計(jì)算得出十六烷指數(shù)，具體計(jì)算公式如下：

CI=431.29-1 586.88ρ20+730.97(ρ20)2+12.392(ρ20)3+0.051 5(ρ20)4-0.554B+97.803(lgB)2

(1)

式中：CI，十六烷指數(shù)計(jì)算值；ρ20，測定試樣在20 ℃時的密度，kg/L；B，測定試樣的50%餾出物溫度，℃。

2 十六烷值資源的測算

2.1 運(yùn)行模式Ⅰ

在裝置運(yùn)行模式Ⅰ的工況下，直餾柴油、一催化柴油、二催化柴油、焦化柴油和蠟加柴油的體積占比及十六烷值指數(shù)見表2。

表2 運(yùn)行模式Ⅰ十六烷指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

按照體積加權(quán)平均對各類柴油十六烷指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出運(yùn)行模式Ⅰ中，柴油池的十六烷指數(shù)為45.2。

2.2 運(yùn)行模式Ⅱ

運(yùn)行模式Ⅱ柴油的十六烷指數(shù)統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 運(yùn)行模式Ⅱ十六烷指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由表3可見，根據(jù)其占比按照體積加權(quán)平均對各類柴油十六烷指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出運(yùn)行模式Ⅱ中，柴油池的十六烷指數(shù)為45，較運(yùn)行模式Ⅰ降低0.2個單位。

總體來說，與運(yùn)行模式Ⅰ相比較，常減壓加工負(fù)荷和直餾柴油收率略有增加，直餾柴油體積占比增加3.55%，有利于柴油池十六烷指數(shù)的提高；兩套催化裝置隨著渣油加氫的開工，加工負(fù)荷有大幅提高，催化柴油產(chǎn)量共計(jì)增加11 t/h，體積占比增加4.57%，由于催化柴油十六烷指數(shù)較低，將拉低柴油池的十六烷指數(shù)。渣油加氫柴油由于抽出量較低，占比較小，影響有限。

2.3 運(yùn)行模式Ⅲ

在裝置運(yùn)行模式Ⅲ的工況下，焦化裝置開工，焦化柴油送至渣油加氫處理。由于焦化柴油未直接進(jìn)入柴油池，在計(jì)算過程中，焦化柴油未參與運(yùn)算。運(yùn)行模式Ⅲ十六烷指數(shù)統(tǒng)計(jì)表如表4所示。

由表4數(shù)值，根據(jù)各柴油占比按照體積加權(quán)平均對各類柴油十六烷指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出運(yùn)行模式Ⅲ中，柴油池的十六烷指數(shù)為44.4，較運(yùn)行模式Ⅱ下降0.6個單位。

總體來說，與運(yùn)行模式Ⅱ相比較，常減壓加工負(fù)荷雖有所提高，但直餾柴油收率略有下降，柴油產(chǎn)量基本持平，直餾柴油體積占比下降2.97%，不利于柴油池十六烷指數(shù)的提高。兩套催化裝置加工負(fù)荷略有提高，催化柴油產(chǎn)量共增加2 t/h，而體積占比降低0.47%。由于焦化柴油送至渣油加氫加工，渣加柴油抽出量大幅增加，體積占比增加3.44%，在一定程度上拉低了直餾柴油和催化柴油的占比，由于渣加柴油十六烷指數(shù)低于柴油池十六烷指數(shù)，其體積占比的增加使柴油池十六烷指數(shù)下降。

表4 運(yùn)行模式Ⅲ十六烷指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

綜合來看，上述三種裝置運(yùn)行模式的柴油池十六烷指數(shù)呈遞減趨勢，說明柴油十六烷值資源日趨緊張，國Ⅵ車用柴油的生產(chǎn)形勢將逐漸惡化。究其原因主要有以下三個方面：①原油資源的變化，造成直餾柴油收率和十六烷指數(shù)的波動,航煤產(chǎn)量的變化也是影響直餾柴油收率的重要因素；②煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目中交完成后，渣油加氫裝置運(yùn)行，催化原料產(chǎn)量大幅提升，兩套催化裝置高負(fù)荷運(yùn)行，十六烷指數(shù)極低的催化柴油產(chǎn)量大幅增加；③焦化裝置開工后，焦化柴油送至渣油加氫，造成十六烷指數(shù)較低的渣加柴油產(chǎn)量增加。

3 對策

提高柴油十六烷值通常有以下三種方法：①提高柴油池中直餾柴油的產(chǎn)率；②通過加氫裝置，使柴油進(jìn)行芳烴加氫飽和反應(yīng)，提高芳烴脫除率；③添加十六烷值改進(jìn)劑。針對當(dāng)前十六烷值資源日趨緊張的現(xiàn)實(shí)情況，為確保國Ⅵ車用柴油生產(chǎn)任務(wù)的順利完成，結(jié)合上述分析，建議如下。

3.1 原油采購及加工環(huán)節(jié)

在原油采購環(huán)節(jié)，不僅要關(guān)注原油的十六烷指數(shù)，同時要注重柴油餾分的產(chǎn)率，進(jìn)行綜合評判。在原油加工環(huán)節(jié)，要注重對原油十六值資源的均衡加工，盡量減少直餾柴油產(chǎn)率和十六烷指數(shù)的大幅波動。在調(diào)節(jié)航煤產(chǎn)量時，宜兼顧柴油十六烷值資源的平衡。利用好中間罐區(qū)庫容，對直餾柴油資源進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。

3.2 柴油二次加工環(huán)節(jié)

①在柴油加氫環(huán)節(jié)。宜保持裝置具有較高的反應(yīng)壓力，適宜的反應(yīng)溫度和氫油比，較低的空速等有利于芳烴加氫飽和反應(yīng)的操作條件，提高柴油的芳烴脫除率。②原料配比上。需加強(qiáng)對原料和產(chǎn)品分析數(shù)據(jù)的跟蹤，及時對原料比例進(jìn)行調(diào)整，避免產(chǎn)品質(zhì)量過剩情況的發(fā)生。③提升直餾柴油和催化柴油外甩罐區(qū)流程及罐區(qū)供料流程的自動化水平，進(jìn)而提高原料配比的實(shí)時性和準(zhǔn)確性。

3.3 調(diào)合環(huán)節(jié)

在調(diào)合柴油十六烷值時，宜優(yōu)先使用十六烷值改進(jìn)劑進(jìn)行調(diào)合。保持成品柴油有一定的合理庫存，在調(diào)度過程中，可以將質(zhì)量富裕的成品柴油用以十六烷值的調(diào)合。

4 結(jié)論

①隨著裝置運(yùn)行模式的變化，三種運(yùn)行模式下柴油池十六烷指數(shù)呈逐次下降趨勢，反映了洛陽石化柴油十六烷值資源日趨緊張的現(xiàn)實(shí)情況。導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的直接原因是直餾柴油產(chǎn)率及十六烷指數(shù)的波動和催化柴油以及渣油加氫柴油產(chǎn)量的增加。②原油油種的優(yōu)選、原油的均衡加工以及“柴油+航煤”統(tǒng)籌生產(chǎn)是優(yōu)化直餾柴油十六烷值資源的重要措施。③提高裝置芳烴脫除率、優(yōu)選物料加工流向、提升自動化水平、避免質(zhì)量過剩是加工環(huán)節(jié)的努力方向。④優(yōu)化調(diào)合、合理調(diào)度是充分利用十六烷值資源的有效途徑。