國標準汽油升級及結構優化方案

安曉杰，韓麗艷，李正強，李 誠

(1.中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834003；2.中國石油新疆油田分公司工程技術研究院)

我國家正式發布的GB 17930—2016《車用汽油》國Ⅵ標準，與國Ⅴ標準相比，對苯、烯烴、芳烴和50%蒸發溫度都制定了更為嚴格的控制指標[1-2]。

中石油克拉瑪依石化有限責任公司(簡稱克石化)原油加工能力為6.0 Mt/a，汽油生產配套裝置為常減壓蒸餾、催化裂化、延遲焦化、柴油加氫改質、焦化汽油加氫精制、催化裂化汽油加氫脫硫、連續催化重整(簡稱重整)、苯抽提和MTBE等裝置。全廠汽油調合組分包括加氫脫硫汽油、連續重整汽油(含重整戊烷油)、柴油加氫改質重汽油、苯抽提抽余油和MTBE，汽油產品滿足國Ⅴ標準質量要求。雖然克石化生產的汽油能滿足國Ⅴ標準質量要求，但是汽油池中研究法辛烷值(RON)和抗爆指數富余度不大。另外，連續重整汽油產品比例較高，致使汽油池芳烴和烯烴含量較高，體積分數分別達到37.2%和16.5%，無法滿足國Ⅵ標準汽油質量指標。因此，克石化汽油質量必須升級。

克石化立足現有裝置，制定國Ⅵ標準汽油(國Ⅵ汽油)生產方案。通過新建輕汽油醚化裝置，降低加氫脫硫后催化裂化汽油的烯烴含量，提高催化裂化汽油的辛烷值；調整連續重整反應苛刻度，降低汽油池中芳烴含量；新建異構化裝置，增加高辛烷值、低芳烴、低烯烴汽油比例，提高汽油池辛烷值，使汽油產品符合國Ⅵ標準的要求。此外，國Ⅵ標準汽油生產方案兼顧成品油結構優化調整，通過提高柴油加氫改質裝置反應深度，增加汽油收率，對汽油生產配套裝置進行擴能改造，達到降低柴汽比和提高生產方案調整靈活性的目的。

1 國標準汽油生產方案

1.1 催化裂化裝置消缺改造

對催化裂化裝置進行消缺改造，通過調整全廠二次加工流程，提高催化裂化裝置新鮮進料量，提高汽油收率，增產汽油，降低催化裂化裝置循環回煉比例和渣油摻煉比例，提高蠟油裂解能力。

在不對催化裂化裝置兩器、兩機組、煙氣脫硫脫硝單元等進行大改動的前提下，優化裝置原料結構和兩器操作參數(見表1)；采用UOP公司提升管末端快分技術，反應壓力從130 kPa提高到171.7 kPa，再生壓力不變；采用UOP公司最新的防結焦設計和填料專利技術，解決再生斜管流化不佳、下料不暢等影響裝置操作的問題；更換再生斜管；對分餾、吸收穩定系統進行相應擴量改造，可以在較少投入和較短時間內有效解決裝置長周期運行的安全隱患。最終，催化裂化裝置新鮮進料處理能力達到 120 t/h，催化裂化汽油收率提高至51.7%。

表1 催化裂化裝置改造前、后主要操作參數對比

1)汽提蒸汽比率為單位質量催化劑消耗蒸汽的質量。

2)單位體積新鮮原料消耗催化劑的質量。

1.2 催化裂化汽油加氫裝置改造及新建輕汽油醚化裝置

對0.4 Mt/a催化裂化汽油加氫裝置進行改擴建，改變原有的催化裂化汽油全餾分加氫脫硫工藝流程，新增0.5 Mt/a二烯烴飽和與硫醇轉化功能的預加氫反應單元和預分餾塔，對預加氫后汽油進行輕、重餾分切割，輕汽油去新建的醚化裝置，重汽油進入加氫脫硫單元。改造后的工藝流程見圖1。

新建0.15 Mt/a輕汽油醚化裝置，采用中國石油具有自主知識產權的催化裂化輕汽油醚化(LNE-3)技術，該技術由原料預處理部分、醚化反應及催化蒸餾部分、甲醇回收部分組成。輕汽油醚化技術是將輕汽油中C5、C6叔碳烯烴與甲醇進行醚化反應轉化為甲基叔戊基醚和甲基叔己基醚。輕汽油經醚化后，烯烴體積分數降低15～20百分點，蒸氣壓降低 5～10 kPa。該裝置每年可以將17 kt低價值甲醇轉化為高價值的汽油調合組分，增效5 000萬元以上。

圖1 0.5 Mta催化裂化汽油加氫脫硫裝置改造后工藝流程

1.3 柴油加氫改質裝置擴能改造

對現有的1.2 Mt/a柴油加氫改質裝置進行技術改造，通過新增加氫精制反應器、新氫和循環氫壓縮機、更換高效塔盤、改造原料泵和增加高壓換熱器面積等措施擴能至1.5 Mt/a，柴油產品滿足國Ⅵ柴油標準。

新增的加氫精制反應器采用中石化工程建設有限公司(SEI)開發的最新內構件技術，使氣液分配更加均勻，反應器體積利用率提高，同時減少徑向溫差及內構件壓降。

主催化劑(現有催化劑已于2018年完成全壽命)更換為中國石化撫順石油化工研究院開發的加氫精制催化劑FF-66和輕油型加氫裂化催化劑FC-52。FF-66為適用于加氫裂化裝置的加氫精制催化劑，采用Mo-Ni為活性金屬組分，以大孔氧化鋁為載體，適度增強活性金屬與載體的相互作用，物化性質更優。FC-52以富含介孔結構和酸性位可接近性好的ASSY分子篩為主要裂化組分，同樣以金屬Mo-Ni為活性金屬組分，采用混捏法技術制備而成。與USSY分子篩相比，ASSY分子篩介孔比表面積提高了150%，介孔孔體積提高了60%，大幅提高了分子篩的擴散性能和酸性位可接近性，使得FC-52加氫裂化催化劑具有良好的加氫開環性能和加氫裂化活性[3-4]。

裝置改造后，反應壓力不變，仍為12 MPa，氫油體積比為700，精制反應初/末期平均溫度為360 ℃/395 ℃，裂化反應初/末期平均溫度為371 ℃/410 ℃，新反應器全部裝填加氫精制催化劑FF-66，原反應器全部裝填加氫裂化催化劑FC-52，進一步降低反應空速，提高裂化深度，將汽油收率從改造前的13.7%最高可提至51.3%。

利用本裝置富余的熱量，新建全廠加氫裝置輕烴吸收穩定系統，收集焦化汽油加氫、柴油加氫和本裝置的輕烴組分進行集中分離，準確切割出干氣(C1～C2)、液化氣(C3～C4)、輕石腦油(C5～C6)和重石腦油(C7～C10)，提高了催化裂化、氣體分離、液化氣脫硫、延遲焦化和連續重整等裝置的生產效率。輕、重石腦油分別滿足異構化裝置和連續重整裝置反應進料要求，液化氣滿足民用液化氣使用要求。

1.4 連續重整裝置技術改造

克石化連續重整裝置采用UOP公司超低壓連續重整專利技術，平均反應壓力為0.35 MPa，主要將低辛烷值的石腦油轉化成富含芳烴的高辛烷值汽油組分，同時副產苯抽提裝置原料和氫氣的生產過程。預加氫單元規模為0.6 Mt/a，以直餾石腦油、焦化加氫汽油和加氫改質裝置石腦油等混合石腦油為原料，采用先加氫后分餾、石腦油汽提的技術路線，以降低石腦油的硫、氮和水含量，滿足重整反應進料要求。重整反應及其催化劑再生部分規模為0.8 Mt/a，采用UOP公司的CycleMax工藝技術，并選用Chlorsorb工藝技術回收再生放空氣中的氯。

由于柴油加氫改質裝置重汽油收率增加，現有的0.6 Mt/a連續重整裝置預加氫單元負荷已無法滿足需要，故將滿足重整反應進料要求的重石腦油直接引至預加氫分餾塔中，經塔底進入重整反應，從而降低預加氫單元負荷，同時采用北京澤華公司高效塔盤技術更換預加氫分餾塔、脫戊烷塔、脫己烷塔和C4/C5分離塔的塔盤，改造或更換部分機泵，增加空氣冷卻風機和冷卻器換熱面積，使連續重整裝置規模達到0.8 Mt/a。催化劑更換為UOP公司R334型重整催化劑。

1.5 新建異構化裝置

為提高汽油池辛烷值，降低汽油池芳烴和烯烴含量，增產高標號汽油。計劃新建0.15 Mt/a C5/C6異構化裝置，C5/C6異構化技術可使直鏈烷烴發生重排生成支鏈烷烴，將其辛烷值提高。烷烴的支鏈化程度越高其辛烷值越高，如將正戊烷(RON為61.7)轉化為異戊烷(RON為93.5)可將RON提高31.8個單位；正己烷(RON為30.0)轉化為2，3-二甲基丁烷(RON為105.0)可將RON提高75.0個單位。

烷烴異構化工藝方案種類很多，按氫氣有無參與反應來分，可分為臨氫異構化和非臨氫異構化兩種，臨氫異構化工藝與非臨氫異構化工藝相比對原料的要求更嚴格，辛烷值提高幅度小，但是因為氫氣的加入使裂解反應少，液相產品收率高，催化劑使用周期長。隨著煉油廠氫氣成本的降低，臨氫異構化工藝成為C5/C6異構化工藝的主要工藝；按催化劑來分，可分為低溫型、中溫型及超強酸型，低溫型雙功能催化劑一般為貴金屬鹵化物無定形催化劑，對水、氧化物和硫非常敏感，在反應時會發生鹵素流失，需加入有機氯化物作為助催化劑。低溫型雙功能催化劑的活性和轉化率高，且分解反應少，液相收率高。同時異構化反應為放熱反應，低溫型催化劑在低溫下進行，有利于異構化反應平衡。中溫型雙功能催化劑一般是將貴金屬負載在沸石等酸性擔體上，異構化過程中副反應較少，不需助催化劑和干燥進料，需要循環氫以避免結焦。中溫型催化劑非常穩定，對水、硫等雜質限制遠低于低溫型催化劑。固體超強酸型輕烴異構化催化劑是新型異構化催化劑，反應溫度較低，空速較大，催化劑活性介于中、低溫型之間。它兼有上述兩者的優點，又彌補了上述二者工藝的缺陷；按加工流程(對產品辛烷值要求)來分，可分為一次通過、脫異戊烷(DIP)+一次通過、脫異己烷+一次通過、C5循環、C6循環等流程，可以根據投資水平和產品辛烷值需求選擇不同的加工流程[5]。

根據各技術方案的對比，結合克石化自身實際需要，選擇UOP公司的Par-Isom異構化工藝，該工藝為臨氫異構化工藝，選用DIP+異構化反應一次通過的加工流程。使用固體超強酸型貴金屬異構化催化劑PI-244，該催化劑擁有良好穩定性的同時，反應溫度較低，取消了加熱爐，促進了反應平衡并提高了產品辛烷值。原料以連續重整裝置戊烷油、柴油加氫改質裝置輕石腦油和苯抽提裝置抽余油為主，產品RON可達到84.5以上[6]。工藝流程見圖2。

圖2 0.15 Mta異構化裝置工藝流程示意

1.6 升級改造后國汽油池構成情況

2018年9月下旬，克石化各裝置經大檢修開工后，全面執行國Ⅵ汽油生產方案，其汽油池中的調合組分構成為：MTBE占1.49%，加氫醚化汽油占41.35%，苯抽提抽余油占5.62%，異構化油占12.04%，柴油改質重石腦油占0.16%，連續重整重汽油占39.34%。利用這些組分可以生產92號汽油(占調合汽油的82.20%)和95號汽油(占調合汽油的17.80%)。表2列出了汽油池及其調合組分和調合產品(汽油)的化學性質。從表2可見：克石化汽油質量升級改造后，汽油池中芳烴體積分數由改造前的37.2%降低至32.2%，降低5.0百分點；烯烴體積分數由改造前的16.5%降低至14.3%，降低2.2百分點；所調合的產品(汽油)質量能滿足國Ⅵ質量標準。

2019年1月至4月，克石化累計生產汽油431.4 kt，柴油560.5 kt，生產柴汽質量比1.29，預計全年柴汽質量比可達1.25。

表2 改造后汽油池及其調合組分和調合產品的化學性質

2 生產國汽油項目經濟性評價

對克石化生產國Ⅵ汽油及汽油池結構優化項目，按照中國石油財務價格體系標準，以60美元/bbl(1 bbl≈159 L)的原油價格為分析基礎進行經濟性評價，具體數據見表3。

由表3可以看出，該項目年度利潤增量達2.653 8億元。經進一步計算，得到項目的投資收益率(稅后)為15.38%，全部投資回收期為4.08年(含建設期2年)，具有較好的經濟效益。

表3 國汽油質量升級項目經濟性評價數據

表3 國汽油質量升級項目經濟性評價數據

項 目改造前改造后增量項目總投資∕萬元1 075 9151 121 75345 838資本金∕萬元13 445營業收入∕萬元2 835 0962 999 372102 798營業稅及附加費∕萬元713 570774 54861 056總成本費用∕萬元1 979 9801 993 65513 675利潤總額∕萬元141 546168 08426 538所得稅∕萬元35 38741 5216 135

3 結 論

(1)經過汽油質量升級改造，克石化汽油池芳烴體積分數降低5.0百分點，烯烴體積分數降低2.2百分點，汽油產品滿足國Ⅵ汽油質量標準。

(2)對催化裂化、連續重整、柴油加氫改質和催化裂化汽油加氫裝置進行改擴建，同時新建輕汽油醚化和異構化裝置，進一步優化成品油結構，完善汽油加工流程，柴汽比靈活可控，預計2019年柴汽比為1.25，提高了企業應對下游消費市場變化的能力。

(3)克石化汽油質量升級及成品油結構優化項目投資收益率(稅后)為15.38%，投資回收期為4.08年(含建設期2年)，年度可增加利潤總額2.653 8億元，具有較好的經濟效益。