采用RLG技術消減低價值LCO、調(diào)節(jié)柴汽比的工業(yè)實踐

李桂軍，劉 慶，袁德明，范宜俊，肖云鵬，華傳倫

(中國石化安慶分公司，安徽 安慶 246001)

在我國，由于催化裂化技術的廣泛使用，催化裂化柴油(LCO)產(chǎn)量較高，約占商品柴油池的13，是商品柴油池中的重要組成部分。這部分LCO的特點是芳烴含量高、硫和氮含量高、密度高、十六烷值低、氧化安定性差等[1-2]。隨著原油日益重質(zhì)化和劣質(zhì)化，催化裂化裝置加工原料進一步變差，且煉化企業(yè)為提高輕質(zhì)油收率，進一步提高了催化裂化裝置的操作苛刻度，因而導致LCO的質(zhì)量進一步惡化。例如，部分煉油廠LCO的密度(20 ℃)超過0.94 gcm3，芳烴質(zhì)量分數(shù)超過70%，十六烷值小于22[3]。另一方面，國內(nèi)環(huán)保法規(guī)日趨嚴格，市場對車用汽柴油產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。例如，國Ⅴ清潔柴油標準要求柴油產(chǎn)品硫質(zhì)量分數(shù)小于10 μ gg、多環(huán)以上芳烴的質(zhì)量分數(shù)小于11%[4]；而且國Ⅵ車用柴油標準對車用柴油中多環(huán)芳烴含量提出了更為嚴格的要求。同時我國在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一柴油標準，取消普通柴油。面對這種情況，對于采用催化裂化作為重油輕質(zhì)化主要手段的煉油廠來說，由于其柴油池中催化裂化柴油占比高，全面實現(xiàn)生產(chǎn)車用柴油、消減普通柴油的困難較大。因此，如何合理、高效地消減低價值LCO，生產(chǎn)高價值產(chǎn)品，成為當下各煉油企業(yè)的主要研究課題。

中國石化安慶分公司(以下簡稱安慶分公司)現(xiàn)有3套催化裂化裝置，年產(chǎn)催化裂化柴油約0.91 Mt，約占全廠柴油調(diào)合組分的31%。若僅采用常規(guī)的加氫精制技術或加氫改質(zhì)技術生產(chǎn)車用柴油調(diào)合組分，將無法滿足全面消減LCO、全廠生產(chǎn)車用柴油的需求。基于此，安慶分公司于2017年新建一套1.0 Mta催化裂化柴油加氫轉(zhuǎn)化(RLG)裝置，以純LCO為原料，生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)合組分，同時兼顧生產(chǎn)低硫清潔柴油調(diào)合組分。該裝置采用中國石化石油化工科學研究院(簡稱石科院)開發(fā)的LCO加氫裂化生產(chǎn)高辛烷值汽油組分的RLG技術建設，由中國石化工程建設有限公司(簡稱SEI)承建，于2017年11月開工投產(chǎn)。運轉(zhuǎn)結果表明，該裝置以純的劣質(zhì)LCO為原料，高辛烷值汽油調(diào)合組分收率超過45%，同時兼顧生產(chǎn)部分硫質(zhì)量分數(shù)小于10 μ gg的低硫清潔柴油調(diào)合組分。以下對RLG技術在該裝置的應用情況進行總結。

1 RLG技術簡介及化學反應機理

眾所周知，LCO具有密度高、芳烴含量高的特點，尤其是其中兩環(huán)以上芳烴含量約占LCO中芳烴的50%以上。為合理、高效地加工低價值的LCO，將其轉(zhuǎn)化為高價值產(chǎn)品，石科院從LCO性質(zhì)和烴類組成出發(fā)，研究了LCO的加氫轉(zhuǎn)化路徑和反應規(guī)律，最終成功開發(fā)了LCO生產(chǎn)高辛烷值汽油的加氫裂化RLG技術，將LCO中大分子的芳烴轉(zhuǎn)化為汽油餾分中的苯、甲苯及二甲苯等高辛烷值組分。圖1為以雙環(huán)芳烴為例的芳烴加氫轉(zhuǎn)化為小分子芳烴的反應路徑示意。

圖1 LCO中雙環(huán)芳烴加氫轉(zhuǎn)化為苯、甲苯、二甲苯的化學反應示意[5-7]

在RLG技術[8]中，通過采用專用的加氫精制催化劑RN-411和專用的加氫裂化催化劑RHC-100，在適宜的精制裂化催化劑級配及相匹配的工藝條件下控制雙環(huán)以上芳烴的加氫飽和程度，提高選擇性開環(huán)及烷基側(cè)鏈裂化等的化學反應效率，最終以相對較低的氫耗實現(xiàn)最大量生產(chǎn)高辛烷值、高價值的汽油調(diào)合組分。在RLG技術中，由于采取有效的工藝條件與催化劑反應活性的匹配，提高了氫氣的利用效率，干氣和液化氣產(chǎn)率相對較低，化學氫耗相對較低[9]。

2 RLG技術的工業(yè)應用

2.1 安慶分公司RLG裝置工藝流程

安慶分公司RLG裝置工藝流程示意如圖2所示。裝置反應部分包括2臺反應器，即加氫精制反應器(一反)和加氫裂化反應器(二反)；分餾部分的設置與常規(guī)加氫裂化裝置相似，產(chǎn)品分為干氣、液化氣、輕汽油餾分、重汽油餾分、循環(huán)油餾分和柴油產(chǎn)品。裝置設計采用RLG技術首創(chuàng)的特定餾分段(輕柴油餾分)循環(huán)轉(zhuǎn)化工藝流程。

圖2 RLG裝置工藝流程示意

2.2 催化劑及開工

與常規(guī)加氫裝置相同，RLG裝置試車過程主要經(jīng)歷了反應系統(tǒng)干燥、催化劑裝填和干燥、氣密、預硫化、低氮油注氨鈍化及切換原料等過程。

催化劑采用石科院研制開發(fā)、中國石化催化劑長嶺分公司生產(chǎn)的加氫精制催化劑RN-411和加氫裂化催化劑RHC-100。此外，為減緩反應器頂部因烯烴快速加氫飽和反應而造成局部劇烈放熱，以及膠質(zhì)等結焦前軀物遇熱生焦造成主催化劑結焦和減少金屬在主催化劑床層的沉積，在一反入口處裝填RG-20，RG-30A，RG-30B，RG-1保護劑，該系列保護劑可有效地降低進入主催化劑床層物流中烯烴含量，減緩主催化劑積炭速率，從而保護主催化劑，延長其運轉(zhuǎn)周期。

2017年8月18日至24日完成該裝置催化劑裝填。11月6日至11月9日完成催化劑預硫化，11月9日至14日完成低氮油注氨鈍化過程，于2017年11月14日開始切換催化裂化柴油。其中，催化劑預硫化采用的是干法氣相硫化法、低氮油注氨鈍化。

2.3 裝置調(diào)整及生產(chǎn)運行分析

安慶分公司RLG裝置自2017年11月14日開始切換催化裂化柴油，11月16日由于外購氫氣中斷，RLG裝置緊急降溫，停進催化裂化柴油改反應分餾長循環(huán)。12月31日，重新引催化裂化柴油開工。至2018年1月20日，RLG裝置開工約29天，產(chǎn)品汽油RON即達90以上。圖3為產(chǎn)品汽油收率隨運轉(zhuǎn)時間變化的趨勢，圖4為產(chǎn)品汽油餾分的RON和硫含量隨運轉(zhuǎn)時間變化的趨勢，圖5為產(chǎn)品柴油餾分十六烷指數(shù)和十六烷指數(shù)提高值隨運轉(zhuǎn)時間變化的趨勢，圖6為精制段和裂化段催化劑平均反應溫度變化的趨勢。

由圖3可見，RLG裝置產(chǎn)品汽油餾分的平均收率達45%以上。由圖4可見，裝置開工僅29天，產(chǎn)品汽油餾分RON已達90以上；至2018年3月初，產(chǎn)品汽油餾分RON達92，且硫質(zhì)量分數(shù)低于2 μ gg。由圖5可見，產(chǎn)品柴油餾分的十六烷指數(shù)達35～38，十六烷指數(shù)提高值大于10個單位。由圖6可見，精制反應器和裂化反應器平均反應溫度基本維持穩(wěn)定，失活速率緩慢。根據(jù)初期反應溫度測算，加氫精制催化劑失活速率約為1.6 ℃月(1月按30天計)，加氫裂化催化劑失活速率小于0.5 ℃月。

圖3 產(chǎn)品汽油餾分收率隨運轉(zhuǎn)時間的變化趨勢

圖4 產(chǎn)品汽油餾分的RON和硫含量隨運轉(zhuǎn)時間的變化趨勢▲—RON； ●—w(S)

圖5 產(chǎn)品柴油餾分的十六烷指數(shù)及十六烷指數(shù)提高值隨運轉(zhuǎn)時間的變化趨勢 —十六烷指數(shù)； ▲—十六烷指數(shù)提高值

圖6 RLG裝置精制反應器和裂化反應器平均反應溫度的變化趨勢▲—精制反應器； ◆—裂化反應器

2.4 安慶分公司RLG裝置的設計情況分析

RLG裝置開工1個月后，對裝置實際操作參數(shù)與設計條件進行了對比。表1為設計原料與實際加工的原料油性質(zhì)的比較，表2為操作條件的設計值與實際值的比較，表3為裝置物料平衡的設計值與實際值比較，表4為主要產(chǎn)品性質(zhì)的設計值與和實際值比較。

由表1可見，與設計原料相比，RLG裝置實際加工LCO的密度略低，硫和氮雜質(zhì)含量低。實際加工LCO的密度(20 ℃)僅為0.936 gcm3，硫質(zhì)量分數(shù)為1 330 μ gg，氮質(zhì)量分數(shù)為739 μ gg，終餾點為354 ℃。從原料性質(zhì)看，氮含量低有利于提高汽油產(chǎn)率，對裝置的長周期運轉(zhuǎn)有利[10-12]。但由于密度較低，意味著原料中芳烴含量比設計原料低，對提高產(chǎn)品汽油的辛烷值不利。

從表2設計條件與實際操作條件的比較看，在實際加工負荷82%的情況下，精制反應器入口氫分壓與設計條件相當，精制催化劑平均反應溫度比設計值低7.5 ℃，裂化催化劑平均反應溫度比設計值低15.2 ℃，明顯優(yōu)于設計條件。低的初期反應溫度有利于延長裝置運轉(zhuǎn)周期。

從表3產(chǎn)品分布來看，RLG裝置新氫消耗3.55%，比設計值低0.26百分點，干氣產(chǎn)率比設計值低0.09百分點，低分氣和排廢氫的產(chǎn)率比設計值低0.72百分點，液化氣產(chǎn)率比設計值低2.98百分點，C6組分收率比設計值高2.34百分點，C6組分及汽油產(chǎn)品的總收率比設計值高3.02百分點。從初步數(shù)據(jù)比對看，RLG裝置實際運行的干氣和液化氣產(chǎn)率低，說明氫氣利用效率高。

從產(chǎn)品性質(zhì)看，初期穩(wěn)定汽油RON達89.8，雖然比設計值略低，但已經(jīng)可以滿足出廠調(diào)合要求，且汽油餾分的硫質(zhì)量分數(shù)僅為0.78 μ gg，氮質(zhì)量分數(shù)僅為0.1 μ gg；柴油餾分密度比設計值低，硫質(zhì)量分數(shù)和氮質(zhì)量分數(shù)均小于0.5 μ gg，十六烷指數(shù)為35.2，十六烷指數(shù)提高值較設計值偏低，主要是由于催化劑處于運轉(zhuǎn)初期階段，為適當控制催化劑初期的失活速率，在產(chǎn)品十六烷值滿足本廠柴油池調(diào)合要求的情況下未繼續(xù)提高RLG裝置的操作深度。

表1 原料油性質(zhì)的比較

表2 操作條件的設計值與實際值的比較

表3 裝置物料平衡的設計值與 實際值的比較 w，%

1)采自2018年2月21日至27日MES數(shù)據(jù)。

2)差值為實際值與設計值之差。

表4 主要產(chǎn)品性質(zhì)比較

3 安慶分公司RLG裝置運行后全廠柴油生產(chǎn)情況

根據(jù)安慶分公司目前全廠總流程，催化裂化柴油產(chǎn)量約100 th，經(jīng)RLG技術加工后，可以生產(chǎn)45～50 th的汽油調(diào)合組分，同時兼顧生產(chǎn)約42 th的低硫柴油調(diào)合組分。其中，約20 th的RLG柴油返回催化裂化裝置，剩余約22 th的RLG柴油進入柴油池調(diào)合出廠。表5所示為全廠1月至3月的柴油調(diào)合情況。

由表5可見，安慶分公司新建RLG裝置后，通過采用RLG技術和LTAG技術組合，截止到3月全廠不出普通柴油，全面實現(xiàn)生產(chǎn)國Ⅴ車用柴油，銷售汽油673.9 kt、車用柴油500.5 kt，柴汽比由原來的0.97降低至0.74。

表5 全廠柴油調(diào)合情況

4 結 論

安慶分公司采用RLG技術建設催化裂化柴油加氫轉(zhuǎn)化裝置后，以100%劣質(zhì)LCO為原料，可以生產(chǎn)硫質(zhì)量分數(shù)小于10 μ gg、氮質(zhì)量分數(shù)小于10 μ gg、RON大于 90、平均收率達45%以上的汽油調(diào)合組分，同時可兼顧生產(chǎn)硫質(zhì)量分數(shù)小于10 μ gg、十六烷指數(shù)為38左右的低硫清潔柴油調(diào)合組分。

通過根據(jù)不同原料性質(zhì)、產(chǎn)品需求，靈活調(diào)整工藝參數(shù)，采用RLG技術可以加工LCO生產(chǎn)汽油調(diào)合組分和低硫清潔柴油調(diào)合組分。安慶石化RLG投產(chǎn)正常后，全廠柴汽比由原來的0.97下降至0.74，剩余RLG柴油通過調(diào)合出廠，為安慶分公司實現(xiàn)全面生產(chǎn)國Ⅴ車用柴油提供了條件。