LTAG柴油加氫改質裝置生產優化調整

張永生，王佳康，步洪剛

（中國石化 濟南分公司，山東 濟南 250014）

為了達到壓減柴油、提升經濟效益的目的，根據中國石化濟南分公司煉油結構調整、提質升級的總體規劃，1#催化裂化裝置和柴油加氫改質裝置采用中國石化石油化工科學研究院（RIPP）催化柴油加氫處理-催化裂化組合生產高辛烷值汽油或芳烴（LTAG）工藝進行了改造。2017年，柴油加氫改質裝置率先完成了改造，以生產國Ⅴ普柴為主要工況。2018年9月，隨著1#催化裂化裝置完成改造并投產，柴油加氫改質裝置的原料由催柴與直柴的混合全部變為催柴，產品柴油不再作為國Ⅴ普柴出廠，而是全部變為1#催化裂化裝置LTAG回煉柴油的進料，質量控制指標降低。

為了適應新的工藝，本工作對柴油加氫改質裝置的生產工況進行了優化調整，通過降低柴油加氫改質裝置R301反應器入口溫度、降低加熱爐負荷和停用真空脫水塔，滿足了1#催化裂化裝置LTAG回煉柴油質量控制指標，并達到了節能降耗減排的目的。

1 LTAG工藝及柴油加氫改質裝置

1.1 LTAG工藝

LTAG工藝是RIPP開發的一項擁有自主知識產權的專利技術。該工藝通過加氫改質裝置和催化裂化裝置的組合，以催化裂化柴油為原料，在加氫改質裝置中通過對催化柴油中的多環芳烴進行定向加氫飽和，將催化柴油中雙環以上芳烴加氫飽和為單環芳烴，產物在催化裂化裝置中轉化為富含芳烴的高辛烷值汽油［1］。

1.2 柴油加氫改質裝置

中國石化濟南分公司900 kt/a柴油加氫改質裝置由中國石化北京設計院設計，以重油催化裂化裝置所產的催化裂化柴油，常減壓裝置生產的直餾柴油和焦化裝置所產的焦化汽油、焦化柴油為原料，經過加氫精制反應，使產品滿足新的質量標準要求。

為了增加化工輕油的產量及質量，2003年11月增加了石腦油穩定系統，生產富含烷烴的乙烯裂解料；為了回收分餾塔頂的低溫熱，2007年11月對分餾塔頂流程進行了改造，增加了熱媒水取熱系統，可回收低溫余熱7.5 GJ（設計值）。2011年為適應柴油質量升級，將裝置改造為800 kt/a柴油加氫改質裝置，采用RIPP開發的中壓加氫改質MHUG技術，反應器第二床層增加改質催化劑，主要原料為催化裝置生產的催化柴油及部分焦化裝置生產的焦化柴油，主要產品為硫含量低于0.005%（w）、十六烷值達到43的精制柴油，副產的石腦油芳烴潛含量較高，可作為重整原料；同年，為解決精制柴油水含量高的問題，在精制柴油出裝前增加柴油真空脫水系統。2017年，為充分利用現有生產裝置加工催化裂化柴油，達到壓減柴油、提升經濟效益的目的，采用RIPP開發的LTAG專利技術進行改造，在原反應器后串聯增加改質反應器，新增循環氫脫硫系統，將裝置改造為900 kt/a柴油加氫改質裝置。主要原料為催化柴油，產品全部作為LTAG催化單元的原料。

2 柴油加氫改質裝置優化調整

2.1 柴油加氫改質裝置優化調整

為了適應新的LTAG工藝對改質柴油產品質量的要求，通過降低柴油加氫改質裝置R301反應器入口溫度來控制催化柴油加氫改質反應深度，并對生產工況進行優化調整［2］。調整期間，維持處理量、原料性質不變。裝置混合進料全部切換為催化柴油。表1為催化柴油原料性質［3-4］。

表2為標定期間反應器工藝參數。由表2可知，R301精制反應器平均反應溫度為332.8 ℃，總溫升為80 ℃，R302改質反應器平均反應溫度為329 ℃，總溫升為21 ℃。體積空速為0.36 h-1，氫分壓為6.4 MPa，氫油體積比為1 640［5-6］。

表1 柴油加氫改質裝置催化柴油原料性質Table 1 Catalytic diesel feedstock properties of diesel hydro-upgrading unit

表2 反應器工藝參數Table 2 Reactor process parameters

1#催化裂化裝置投產后，柴油加氫改質裝置的產品柴油不再作為國Ⅴ普柴出廠，而是全部作為1#催化裂化裝置LTAG回煉柴油的進料。因此，柴油加氫改質裝置的柴油產品的質量控制指標有所變化，即以符合1#催化裂化裝置LTAG回煉柴油指標要求為準。表3為1#催化裂化裝置對LTAG回煉柴油進料的質量指標要求。

表3 回煉柴油進料的質量指標要求Table 3 Requirements for the quality index of refueled diesel feed

2.2 R301反應器入口溫度調整

2.2.1 反應溫度降至300 ℃

1#催化裂化裝置LTAG改造投產前，柴油加氫改質裝置加工原料為催化柴油和直餾柴油的混合原料。由于直餾柴油芳烴含量較催化柴油低，柴油加氫改質裝置反應器反應溫升在45 ℃左右，反應溫升低，需要較高的反應器入口溫度。1#催化裂化裝置LTAG改造投產后，柴油加氫改質裝置原料全部改為催化柴油，芳烴含量在60%～80%之間，反應器反應劇烈，反應溫升達到80 ℃左右，反應溫升高，已經不再需要較高的反應器入口溫度，因此將R301反應器入口溫度降至300 ℃。加氫改質柴油產品的密度和硫、氮含量反映了加氫反應的深度［7-8］。圖1為加氫改質柴油產品的密度和硫、氮含量曲線。由圖1可知，加氫改質柴油產品的密度平均值為886.0 kg/m3，硫含量的平均值為3.48 mg/kg，氮含量的平均值為0.41 mg/kg，符合1#催化裂化裝置對LTAG回煉柴油進料的質量指標要求。

圖1 加氫改質柴油產品的密度和硫、氮含量曲線Fig.1 Density and sulfur，nitrogen content curves of hydrogenated diesel products.

2.2.2 反應溫度降至290 ℃

圖2為繼續降低R301反應器入口溫度至290℃后所得加氫改質柴油產品的密度和硫、氮含量曲線。

圖2 加氫改質柴油產品的密度和硫、氮含量曲線Fig.2 Density and sulfur，nitrogen content curves of hydrogenated diesel products.

由圖2可知，加氫改質柴油產品的密度平均值為894.3 kg/m3，硫含量的平均值為3.61 mg/kg，氮含量的平均值為0.43 mg/kg，符合1#催化裂化裝置對LTAG回煉柴油進料的質量指標要求。相比R301反應器入口溫度為300 ℃時，入口溫度降至290 ℃后，加氫改質柴油產品的平均密度大幅上升，硫含量和氮含量的平均值也有所上升，反映出催化柴油加氫改質的反應深度降低。

2.2.3 反應溫度降至288 ℃

由于反應溫度降至280 ℃以下后，裝置反應進料油已經不再發生反應，因此為了保證裝置在反應器溫升降低的情況下不會造成熱量不足，能夠維持裝置應對工況調整的彈性，同時也為了達到優化調整的最大效果，在將R301反應器入口溫度降低至288 ℃后就不再進行繼續降低反應溫度的操作［9-10］。圖3為R301反應器入口溫度降至288 ℃后所得加氫改質柴油產品的密度和硫、氮含量曲線。由圖3可知，加氫改質柴油產品的密度平均值為896.7 kg/m3，硫含量的平均值為6.47 mg/kg，氮含量的平均值為0.46 mg/kg，仍然符合1#催化裂化裝置對LTAG回煉柴油進料的質量指標要求。但相較于R301反應器入口溫度為290 ℃時，催化柴油加氫改質的反應深度繼續降低，脫硫效果大幅下降，脫氮效果也有所下降［11］。

圖3 加氫改質柴油產品的密度和硫、氮含量曲線Fig.3 Density and sulfur，nitrogen content curves of hydrogenated diesel products.

反應溫度調整過程中，對加氫改質柴油產品中的多環芳烴、單環芳烴的含量進行了跟蹤［12-13］。表4為加氫改質柴油產品中的多環芳烴、單環芳烴含量。如表4所示，當反應溫度分別降至300，290，288℃時，加氫改質柴油產品中的多環芳烴和單環芳烴含量都能夠滿足1#催化裂化裝置對LTAG回煉柴油進料的質量指標要求。但隨著反應溫度的下降，多環芳烴含量逐漸升高，單環芳烴含量逐漸下降，催化柴油加氫改質的反應深度逐漸降低。

表4 加氫改質柴油產品中的多環芳烴、單環芳烴含量Table 4 The content of polycyclic aromatic hydrocarbons and monocyclic aromatic hydrocarbons in hydrogenated diesel products

2.3 反應加熱爐負荷調整

1#催化裂化裝置LTAG改造投產后，柴油加氫改質裝置原料全部更換為催化柴油，R301反應器反應劇烈，反應溫升達到80 ℃左右，反應溫升高，反應產物的熱值提高，為與混合原料換熱的高壓換熱器提供了大量熱量。同時，柴油加氫改質裝置的柴油產品全部作為1#催化裂化裝置的LTAG回煉柴油進料后，質量控制指標降低，已經不需要較高的反應深度，因而可適當降低R301反應器的入口反應溫度。因此，對加熱爐負荷進行了調整。在調整過程中，將反應加熱爐主火嘴全部熄滅，每排只保留了一個長明燈，同時降低換熱器冷旁路流量，這樣就可以滿足R301反應器入口反應溫度的要求。反應加熱爐瓦斯用量由調整前的270 Nm3/h降至調整后的30 Nm3/h。

2.4 停用真空脫水塔

1#催化裂化裝置LTAG改造投產前，柴油加氫改質裝置的柴油產品作為國Ⅴ普通柴油出廠，含水量的控制指標為不高于200 mg/kg。改造投產后，柴油加氫改質裝置的柴油產品全部作為1#催化裂化裝置的LTAG回煉柴油進料，質量控制指標降低，尤其是1#催化裂化裝置對LTAG回煉柴油進料的含水量沒有做出明確要求，通常要求采樣中未見明水即可。因此，在正常生產中，參照山東石大科技集團有限公司關于催化裂化裝置原料含水量的研究［14-15］，將1#催化裂化裝置對LTAG回煉柴油進料的含水量控制值設定為不高于2 100 mg/kg。濟南分公司停用了柴油加氫改質裝置的真空脫水塔，并對LTAG回煉柴油進料的含水量進行了跟蹤分析，含水量數據見圖4。由圖4可知，LTAG回煉柴油進料的平均含水量為465.27 mg/kg，符合不高于2 100 mg/kg的工藝指標要求。

脫水塔投用期間，使用脫水塔底泵將加氫改質柴油產品作為LTAG回煉柴油進料送往1#催化裂化裝置，脫水塔底泵功率為180 kW/h，真空脫水塔的負壓由水環真空泵抽真空提供，水環真空泵功率為7.5 kW/h。脫水塔停用期間，脫水塔底泵和水環真空泵停運，加氫改質柴油產品作為LTAG回煉柴油進料，通過汽提塔底泵送往1#催化裂化裝置，汽提塔底泵功率為110 kW/h。停用真空脫水塔，每天可節約電能1 860 kW。

圖4 柴油加氫改質裝置所產LTAG回煉柴油進料含水量Fig.4 Water content of LTAG refining diesel feed produced by diesel hydro-upgrading unit.

3 結論

1）降低R301反應器入口溫度至288 ℃，加氫改質柴油產品能夠滿足1#催化裂化裝置對LTAG回煉柴油進料的質量控制指標要求。

2）反應加熱爐將主火嘴全部熄滅，每排只保留一個長明燈，就可以滿足R301反應器對入口反應溫度的要求。

3）停用真空脫水塔，加氫改質柴油產品含水量也能夠很好滿足1#催化裂化裝置對LTAG回煉柴油進料的含水量控制指標要求。每天節約電能1 860 kW。

4）濟南分公司對柴油加氫改質裝置運行操作條件優化調整后，節能減排降耗效果明顯。但是，由于對R301反應器入口溫度進行了大幅度的降低，要想保證裝置長周期穩定運轉，在接下來的工作中，還需要對該反應器所裝填使用催化劑的失活速率進行跟蹤研究。