煉廠減油增化措施探討

李智超

（遼陽市遼化億方石油化工有限公司，遼寧 遼陽 111000）

隨著我國原油對外依存度的增加，煉廠面臨著“原油質量越來越差、產品質量要求越來越高、環境保護要求越來越高”的三大挑戰。

據隆眾咨詢統計，2019年中國原油一次加工能力為8.6 億t·a-1，新建及擴建計劃超過1 億t，預計到2023年我國原油一次加工能力將逼近9.5 億t·a-1，煉油能力嚴重過剩。燃油效率不斷提高、清潔能源的廣泛使用，迫使燃料需求放緩，而反觀全球化學品需求在未來十年仍然能保持年均4%的可觀增速。據國際能源署（IEA）預測，石化產品占世界石油需求增長比例，到2030年會超過三分之一，到2050年將會接近50%。減油增化、少油多化是緩解當前煉油過剩、烯芳烴供應不足矛盾的重要措施，也是在日趨激烈的競爭中搶占先機的必要手段。對現有生產裝置進行運行優化、對汽、柴油組分深加工，對煉廠實現“減油增化”有著重要意義。

1 催化裂化裝置增產丙烯

丙烯及其衍生物是現代化工的基本有機原料,其用途廣泛，下游廣泛用于生產聚丙烯（PP）、環氧丙烷、丙烯腈等。與乙烯、丁二烯并稱三烯，支撐起合成材料工業。催化裂化是重質油在酸性催化劑存在下，在500 ℃左右、1×105～3×105Pa 下發生裂解，生成輕質油、氣體和焦炭的過程。催化裂化是現代化煉油廠用來改質重質瓦斯油和渣油的核心技術，是煉廠提高原油加工深度、增加輕質油收率的重要手段，是目前石油煉制工業中最重要的二次加工過程，其主要產品為催化汽柴油，也是獲取丙烯的重要途徑。煉廠優化催化裂化裝置運行，最大限度地增產丙烯，是實現減油增化的重要方式。

1.1 工藝流程及反應機理

典型催化裂化裝置工藝流程圖如圖1。

圖1 催化裂化裝置工藝流程框圖

催化裂化反應主要包括兩大類，即裂化反應和縮合反應，其中裂化是重質餾分油的一次裂化和中間產物的二次裂化，兩大類反應可用下圖來表征。此外，催化裂化過程還發生氫轉移、異構、環化、芳構化等副反應。丙烯是裂化反應的產物，主要來自原料的一次裂化反應，中間產物的二次裂化反應也會產生少量丙烯，氫轉移反應在理論上會消耗生成的丙烯。

圖2 催化裂化反應過程

1.2 優化操作條件和進料組成

從反應機理來看，為提高催化裂化的丙烯收率，需要合適的催化劑并輔以與之匹配的反應條件，以促進裂化反應并抑制氫轉移反應[1]。

催化裂化過程中的反應溫度、反應停留時間、劑油比會對兩類反應產生影響[2]。在相同的催化劑下，提高反應溫度，提高劑油比，會使丙烯及液化氣收率提高[3]。王逸平等在提升管催化裂化裝置上，考察不同操作條件下，FCC 反應性能。實驗表明：隨著油劑混合溫度升高，FCC 原料轉化率、液收率、輕質油收率均有明顯的提高[4]。

原料性質是影響產品分布的重要因素。除調整操作條件外，配合調整催化裂化裝置進料，也會對丙烯產品收率產生很大影響。

四川石化在催化裂化裝置摻煉常三線，解決了柴油過剩性問題，實現柴油高值化利用。由于常三線具有較低的黏度、殘炭和重金屬，摻煉常三線，一方面，可以改善加氫減壓渣油的霧化性能，強化重油轉化，降低裝置生焦，另一方面，可以降低再生器溫度，增加汽化吸熱，利于提高劑油比，進一步強化重油裂化。同時常三線具有較高的飽和烴含量，飽和烴易裂解生成汽油和液化氣[5]。摻煉常三線對重油轉化具有促進作用[6]。摻煉常三線直餾柴油工業試驗結果表明，摻煉8%常三線后，結合操作條件優化，液化氣收率增加2.22 個百分點，汽油收率增加4.06 個百分點，柴油收率降低4.61 個百分點，丙烯（對原料）收率提高0.55 個百分點，能耗降低，經濟效益顯著[7]。

段秀華等以恒源石化提供的FCC 輕汽油(LCG)和回煉油以及大慶煉油廠提供的蠟油(VGO)和常壓渣油(AR)為原料,在小型提升管裝置中,研究了FCC輕汽油增產丙烯的可行性以及與不同重質原料油組合進料對增產丙烯的協同效應。結果表明,LCG 與回煉油、AR 以及VGO 組合進料回煉時,在600 ℃、停留時間0.03 s 的反應條件下,干氣產率明顯降低，丙烯產率達到13.26%～17.91%[8]。

1.3 使用改性催化劑

使用改性催化劑是實現催化裂化多產丙烯的重要方法。提升管催化裂化工藝使用的催化劑活性組分為Y 型分子篩，具有多維孔結構，孔徑大、硅鋁比低、酸密度大，有較好的輕油選擇性和重油轉化能力。但也極易發生氫轉移反應，使烯烴飽和，因而其丙烯選擇性不高。

憑借硅鋁比高、氫轉移活性較低、酸性較強，ZSM-5 分子篩是多產丙烯催化劑和助劑較廣泛使用的活性組分。該分子篩平均孔隙較小，可以限制汽油中多支鏈和環狀烴類的進入，使直鏈和支鏈較少的分子裂化為低碳烯烴[9]。

據悉，中國石化的石油化工科學研究院已研發出以重質油為原材料的深度催化裂化工藝，其采用的催化劑利用氫轉移活性低的超穩態Y 型分子篩作為催化裂化催化劑的組元，能讓裂解氣體中多產含量高的烯烴。同時，還使用了含有稀土元素和改性ZSM-沸石，能獲得更多的低碳烯烴。該工藝能實現丙烯的產出率達到17% 以上，汽油的產出率達到31%以上[10]。

2 重整裝置副產物的綜合利用

配套重整裝置的大型煉化一體化企業，會副產一定量的戊烷油、抽余油，多流入汽油池中。對兩類組分等進行深加工，可有效降低汽油出廠量，是煉廠“減油增化”的又一重要手段。

2.1 重整戊烷油深加工

煉廠重整戊烷油多以飽和碳五烷烴為主，典型其組成如表1所示。戊烷總含量通常在80%以上。若最終用于調和汽油，除需繳納高額消費稅外，由于戊烷油飽和蒸汽壓較高，夏季汽油使用過程中還存在一定的安全隱患[11]。

表1 某煉廠戊烷油組成

戊烷的終端利用相對集中，主要用于生產聚氨酯制品替代氟利昂所用發泡劑（以環戊烷為主）、EPS（聚苯乙烯泡沫）的發泡劑以及線性低密度聚乙烯溶劑。戊烷發泡劑由正戊烷、異戊烷的混合物構成，EPS 產品中戊烷發泡劑典型加入比例為6%～8%。某煉廠采用四塔流程對戊烷油進行深度加工，分別生產出異戊烷、正戊烷及環戊烷產品，實現了碳五組分的精細分離。其工藝流程簡圖如圖3。

圖3 某煉廠戊烷油深加工工藝流程簡圖

吉林石化、大連石化以重整碳五為原料，經多級精餾后，生產出EPS 發泡劑，使用效果良好[12]。

2.2 重整抽余油深加工

抽余油深加工的主要方向是做溶劑油，目前國內溶劑的標準共有6 項，分別為航空洗滌汽油、化學試劑石油醚、橡膠工業用溶劑油、油漆及清洗用溶劑油、工業己烷、植物油抽提溶劑。重整抽余油中主要為烷烴，其中正構烷烴通常為20%以上，異構烷烴接近60%，主要是己烷、庚烷的混合物。煉廠抽余油典型組成如表2所示。

表2 抽余油典型組成

按用途分類，溶劑油主要有植物油抽提溶劑、橡膠工業用溶劑油號和油漆及清洗用溶劑。其中植物油抽提溶劑主要用作香料、植物油脂的萃取溶劑；橡膠工業用溶劑油用于輪胎、膠鞋生產過程中溶解膠料和配制膠漿等；油漆及洗滌用溶劑油主要用于涂料工業和油漆工業。但下游產品標準基本都對溴值、碘值、苯含量提出具體要求。因此，如何降低加氫成本，是芳烴抽余油深度利用需要考慮的主要問題。

在中國石油化工研究院與大連石化的共同努力下，采用中國石油自主技術非貴金屬加氫催化劑的20 萬t·a-1重整抽余油加氫裝置在大連石化公司開車運行，大大提高了抽余油深加工的經濟性，使抽余油的深度利用成為可能。重整抽余油經加氫除雜后，精餾分離出高附加值的正己烷、正庚烷產品，其余輕、重組分則可切割生產相應標號的石油醚或溶劑油[13]。

除此之外，煉化一體化企業宜結合自身實際對柴油餾分加氫裂化[14]、裂解汽油抽提生產苯乙烯[15]以及MTBE 裂解生產高純度異丁烯[16]等技術加以應用，實現最大程度的減油增化。

3 結束語

浙江石化、恒力石化等巨頭布局千萬噸煉化的消息猶在昨日，又一大型煉化基地—總投資1 200億的裕龍島4 000 萬t 煉化一體化項目即將拔地而起。當前石油化工行業已經是一片紅海，唯有展望未來，提前謀劃，才能在激烈的競爭中立于不敗之地，而“減油增化”，也將成為煉化行業永恒的主旋律。