加氫裂化裝置生產5#工業白油的優化

陳煌，陳曉雙

（中國石化廣州分公司，廣東廣州 510725）

某石化公司120萬t/a加氫裂化裝置以常減壓蒸餾裝置減二線蠟油和重油催化裂化裝置柴油為原料，采用部分循環流程操作，最大限度生產航煤和柴油，同時副產液化氣、輕石腦油、重石腦油及尾油。

隨著燃油需求增速放緩，柴油產能過剩，化工原料供不應求，具有生產過程清潔化，原料適應性強、生產方案靈活、產品質量優的加氫裂化技術成為“油—化—纖”結合的核心[1-3]。加氫裂化裝置生產5#工業白油不僅壓減了柴油產量，降低了柴汽比，還提高了裝置綜合競爭力和公司經濟效益。該研究通過對比分析側線柴油和5#工業白油的質量指標，采取一系列優化調整措施，成功產出附加值高和市場前景好的5#工業白油，拓寬了公司產品結構。

1 裝置生產簡介

1.1 分餾系統工藝流程

分餾系統工藝流程圖如圖1所示，熱低分油和冷低分油進主汽提塔脫除H2S，塔頂分離出液化氣和部分輕石腦油，塔底油經換熱后進入分餾塔進料加熱爐，加熱升溫后進入分餾塔。分餾塔采用蒸汽進行汽提，分餾塔頂得到重石腦油和部分輕石腦油，兩條側線抽出的航煤和柴油分別進入航煤側線汽提塔和柴油側線汽提塔進行汽提。航煤側線汽提塔采用塔底重沸器提供熱源進行汽提，汽提后航煤經取熱降溫后得到航煤產品；柴油側線汽提采用過熱蒸汽進行汽提，汽提后柴油經取熱降溫后得到柴油產品。

圖1 分餾塔原則流程

1.2 裝置試生產情況

裝置側線柴油與5#工業白油的質量指標對比如表1所示。在摻煉重催柴油的情況下，加氫裂化裝置目前生產的側線柴油芳烴含量、閃點（開口，下同）、水分和外觀均達不到5#工業白油指標要求。芳烴含量為15%，遠遠高于指標5%；含水量為204.4 mg/kg， 導致外觀不透明；閃點119℃，低于指標值120℃。

表1 側線柴油性質與5#工業白油（Ⅰ）指標對比

針對不合格指標，裝置調整了原料、反應系統、分餾系統和柴油側線汽提塔的汽提蒸汽，探索在現有基礎上生產5#工業白油可行性。加氫裂化裝置以減壓蠟油和重催柴油作為原料，中東原油的減壓蠟油芳烴質量分數為39.9%~52.6%，而重催柴油中芳烴總質量分數高達60%~80%；相比于減壓蠟油，減壓蠟油和重催柴油混合油的總芳烴含量將會增加[4]；且重催柴油中硫、氮和烯烴含量高，耗氫量大，影響芳烴飽和能力，摻煉重催柴油將會導致柴油芳烴含量超標。根據加氫裂化原始設計資料可知，以減壓蠟油作為原料，反應得到的產品中230~385℃餾分的芳烴含量為5.4%，將芳烴含量相對高的航煤組分切割出去，收窄柴油餾程，柴油的芳烴含量可控制在5%以內。由表2可知，通過切出重催柴油，增加芳烴含量低的直餾柴油作為原料，提高反應深度，增大航煤抽出量，增加尾油循環量以改善原料性質，柴油芳烴含量由15.00%降低至5.27%，高于指標值5.00%，仍需要進一步調整反應系統，才能確保芳烴含量指標合格。

柴油的閃點高低主要取決于初餾點的高低[5-6]， 為提高柴油初餾點，增大航煤抽出量和柴油側線汽提塔的汽提蒸汽，航煤終餾點最高上升至249.0℃，柴油初餾點由221.0℃提高至242.5℃，閃點最高提至138℃。雖然增大汽提蒸汽量有助于提高閃點，但柴油含水量增加了41.2 mg/kg，外觀仍然渾濁不透明。為了解決柴油含水量高、外觀不透明的問題，裝置嘗試將柴油側線汽提塔的汽提蒸汽停掉，采樣發現柴油外觀變清澈透明，含水量降至138.2 mg/kg，但冷卻后又變渾濁；另外柴油初餾點下降至207.5℃，閃點逐漸降低，最低降至106℃。因此，柴油的芳烴含量和閃點可通過調整保證合格，但含水量高、外觀不透明的問題必須通過改造優化汽提流程才能解決。

2 優化方案與實際效果

通過裝置試生產情況可以發現，停掉柴油側線汽提塔的汽提蒸汽可解決含水量高、外觀不透明的問題，但柴油閃點會低于指標值。研究表明柴油的閃點高低主要取決于初餾點的高低[5-6]，提高初餾點必須通過汽提將柴油中輕組分（低沸點物質）脫除以保證閃點合格。為了解決以上問題，裝置制定了兩種優化方案，方案一是采用氮氣進行汽提，方案二是采用瓦斯進行汽提，并對兩種方案的應用效果進行對比。

2.1 采用氮氣進行汽提

為了解決柴油含水量高、外觀不透明的問題，同時保證閃點合格，裝置改造柴油側線汽提塔的汽提流程，如圖1所示，停用蒸汽汽提，采用0.7 MPa氮氣進行汽提。

2.2 采用瓦斯進行汽提

柴油側線汽提塔如采用氮氣進行汽提，氮氣經過分餾塔，在分餾塔頂回流罐氣相排出，進入加熱爐燃燒或低壓瓦斯系統。由于氮氣對加熱爐燃燒或低壓瓦斯組成都有一定影響，如圖1所示，裝置擬采用瓦斯進行汽提，之后可進行回收再利用。

2.3 操作參數對比

生產工業白油優化前后的操作參數如表3所示，對比三種汽提方式的操作參數可發現主要調整方向：提高反應溫度，加強加氫飽和性能，提高裂化深度，增加和穩定尾油循環量，改善原料性質，以降低芳烴含量；為提高柴油初餾點，增加航煤抽出量，終餾點控制在260~280℃之間，并適當提高主分餾塔頂溫度，以保證閃點合格；柴油的運動粘度和傾點與餾程呈正相關關系，餾程高則運動粘度和傾點都會高，減少柴油抽出量，95%溫度控制在340℃左右，降低柴油餾程，確保運動粘度和傾點合格。

表3 優化前后操作參數對比

通過對比表3的操作參數可以發現，采用不同的汽提方式對應的精制反應器溫度和裂化反應器溫度不盡相同。主要原因是采用不同的汽提方式影響的是工業白油的閃點和含水量，與反應器的溫度并無太大關聯；精制反應器溫度主要影響工業白油芳烴含量，裂化反應器溫度則關系到反應轉化率，與原料油性質變化有關，主要影響工業白油的餾程和產量。因此，采用不同汽提方式下的反應器溫度差異是根據工業白油的芳烴含量和餾程、原料油性質變化進行調整產生的，與汽提方式并無特定關聯。

2.4 實際效果分析

柴油側線汽提塔汽提流程優化前后的工業白油產品性質如表4所示，采用氮氣或瓦斯氣提均可生產出合格的5#工業白油。

表4 優化前后工業白油產品性質對比

通過切出重催柴油，增加芳烴含量低的直餾柴油作為原料，提高反應深度，增大航煤抽出量，增加尾油循環量，工業白油的芳烴含量可穩定控制在4.00%左右，因此調整反應系統和分餾系統可確保工業白油的芳烴含量合格。

柴油側線汽提塔改用0.7 MPa氮氣汽提后，工業白油的初餾點降至221.5℃，比用蒸汽汽提的初餾點低。通過多抽航煤，將航煤終餾點控制在260~280℃之間，工業白油閃點達到126℃。柴油側線汽提塔改用0.4 MPa瓦斯汽提后，工業白油的初餾點比用蒸汽或氮氣汽提的初餾點都低，只有212.0℃。為了保證工業白油的閃點合格，將航煤的終餾點提高至268℃，并適當提高分餾塔頂溫度，閃點可提高至128℃。但提高航煤抽出量和分餾塔頂溫度后，工業白油的平均餾程升高，運動粘度和傾點都有所升高。通過將工業白油的95%溫度降至340℃左右，調整中段回流量和航煤、柴油抽出比例，運動粘度和傾點可控制在指標范圍內。由表4可知，柴油側線汽提塔改用氮氣或瓦斯汽提后，工業白油中無水分，外觀為無色、無異味、無熒光透明液體，均達到指標要求。

柴油側線汽提塔采用瓦斯汽提，氣相后路可改進加熱爐燃燒或進入低壓瓦斯管網再回收利用，而采用氮氣則影響加熱爐燃燒或低壓瓦斯組成。因此，從氣相回收方面來看采用瓦斯汽提優于用氮氣汽提。由表5可知，氮氣汽提的初餾點比瓦斯汽提的初餾點高，閃點相對穩定。由于瓦斯可溶解于柴油中，且瓦斯組成和壓力都不穩定，易導致閃點不穩定。3月27日采用瓦斯汽提，工業白油閃點降至114℃；經過長時間調整，閃點提高至118℃左右，仍低于指標值120℃。3月31日改用氮氣汽提后閃點達到126℃，且連續多天在122℃以上。4月3日改成瓦斯汽提后閃點又降至118℃，即使增加航煤抽出量和提高分餾塔頂溫度，閃點依然不穩定，同時運動粘度上升甚至超標。因此，從產品質量穩定性來看采用氮氣汽提相對優于瓦斯汽提。

表5 氮氣汽提和瓦斯汽提的產品性質

3 經濟效益分析

1）產品收率：由表6可知，生產工業白油期間重點效益產品的收率有較大提高，輕石腦油、重石腦油和航煤收率分別提高了1.37%、7.82%和2.70%；為降低95%溫度，柴油收率降至24.10%，有效降低全廠柴汽比；尾油循環量增加后尾油收率降至15.57%，但BMCI值降至12.5以下，有利于提高乙烯收率。

表6 優化前后各產品收率和加工成本

2）加工成本：柴油側線汽提塔采用蒸汽汽提時，蒸汽用量約為12 t/d，每天成本為1 668元；用氮氣汽提時，氮氣用量約為600 Nm3/d，每天成本為348元；用瓦斯汽提時，瓦斯用量約為6 t/d，每天成本為8 922元。單純從汽提加工成本看，氮氣汽提方案最優。

3）改造方案：通過改造柴油側線汽提塔的汽提方式解決了白油含水高的難題，成功產出工業白油。改造成本相比更換新催化劑來說非常低，只需5萬元左右；施工難度最低，可在正常生產時施工。目前精制劑和裂化劑的催化性能良好，仍能滿足所有產品的質量要求。通過更新催化劑有助于改善產品質量和產品分布，降至氫耗和能耗；但是更換新催化劑成本高，達到2 500萬元左右，且需停工進行施工，也解決不了白油含水量高的難題。因此，通過改造汽提流程生產工業白油是目前技術難度最低、經濟效益最高的改造方案。

4）效益計算：工業白油免征消費稅，銷售價格比柴油高800元/噸左右，按每月生產2萬噸計算，柴油餾分轉變為工業白油月增加經濟效益近 1 600萬元。

4 結論

1）在裝置現有基礎上，通過調整原料、反應系統和分餾系統，改變汽提蒸汽的用量，無法解決工業白油含水量高、外觀渾濁的問題，其余指標均符合5#工業白油質量指標。

2）為解決工業白油含水量高、外觀渾濁的問題，裝置通過流程改造制定出兩種優化方案：一是氮氣汽提，二是瓦斯汽提，兩種方案均可產出優質5#工業白油。從尾氣回收利用方面比較，瓦斯汽提方案優于氮氣汽提；從產品質量穩定性和加工成本來看，氮氣汽提方案優于瓦斯汽提。流程改造相比于催化劑更新是目前生產工業白油的最優改造 方案。

3）經過優化調整后，加氫裂化裝置成功產出優質的5#工業白油，可增效1 600萬元/月，且重點效益產品的收率有較大提高，經濟效益顯著，為降低分公司柴汽比、提高高附加值產品產量和拓寬產品結構提供有力支持。