加氫精制原料對(duì)節(jié)能增效的影響

陶貴金 張曉琳 韓紀(jì)宇 崔啟福 謝佳彤

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司遼陽(yáng)石化分公司）

加氫精制是一種重要的油品加工手段，但現(xiàn)階段部分加氫精制裝置單純?yōu)椴裼兔撾s質(zhì)過(guò)程，與其他工藝結(jié)合程度低，產(chǎn)物附加值小。柴油加氫精制技術(shù)應(yīng)根據(jù)不同的工藝流程加工不同的原料，充分打通上下游關(guān)系，并進(jìn)一步降低能耗。基于以上思路，某煉化企業(yè)柴油加氫精制裝置持續(xù)優(yōu)化原料組成及配比，以獲得更好的加工方式。

公司成立項(xiàng)目組對(duì)加氫精制摻煉不同油品后的反應(yīng)溫升和產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，首先對(duì)加氫精制摻煉裂解汽油進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究并對(duì)節(jié)能增效進(jìn)行了測(cè)算。基于摻煉裂解汽油的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及公司整體安排，項(xiàng)目組對(duì)加氫精制摻煉催化重汽油反應(yīng)溫升進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)起到一定參考作用。

1 摻煉裂解汽油實(shí)驗(yàn)研究

1.1 原料油性質(zhì)分析

考慮極限情況（全部裂解汽油摻煉到加工量最小的精制裝置）進(jìn)行加氫精制原料油調(diào)配，并對(duì)比混合油和催化劑對(duì)油品性能指標(biāo)的要求[1-2]，混合油物性指標(biāo)見(jiàn)表1。

從表1可以看到，混合油樣品性質(zhì)與催化劑指標(biāo)要求比較接近，從理論上看，加氫精制摻煉裂解汽油有可行性，可進(jìn)行下一步評(píng)價(jià)研究。

表1 混合油物性指標(biāo)Tab.1 Physical property index of mixed oil

1.2 評(píng)價(jià)裝置

實(shí)驗(yàn)采用的評(píng)價(jià)裝置為100 mL固定床加氫反應(yīng)評(píng)價(jià)裝置。

該裝置包含氣體進(jìn)料管線和液體進(jìn)料管線，氣體進(jìn)料通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)控制，液體進(jìn)料通過(guò)計(jì)量泵控制。反應(yīng)系統(tǒng)為固定床反應(yīng)器，共設(shè)有溫度控制點(diǎn)4個(gè)和溫度指示點(diǎn)4個(gè)。物料從反應(yīng)器流出先經(jīng)冷凝器冷卻進(jìn)入高壓分離罐，之后通過(guò)閥門(mén)控制流入低壓分離。取樣時(shí)，關(guān)閉高低壓分離器上下閥門(mén)，將低壓分離器從系統(tǒng)切出，通過(guò)低分泄壓口排放氣體，再打開(kāi)低分底部出口閥，采集加氫后的液相產(chǎn)品。加氫精制評(píng)價(jià)裝置見(jiàn)圖1。

圖1 加氫精制評(píng)價(jià)裝置Fig.1 Hydrofining evaluation device

1.3 評(píng)價(jià)條件

加氫精制評(píng)價(jià)采用的實(shí)驗(yàn)條件參考加氫精制裝置的操作參數(shù)，摻煉裂解汽油加氫精制評(píng)價(jià)條件見(jiàn)表2。

表2 摻煉裂解汽油加氫精制評(píng)價(jià)條件Tab.2 Evaluation conditions for the hydrorefining of blended cracked gasoline

1.4 評(píng)價(jià)參數(shù)及床層溫度

實(shí)驗(yàn)為直餾柴油中摻煉裂解汽油作為反應(yīng)原料，一種方案為調(diào)配摻入的裂解汽油比例，采用相同的設(shè)置溫度；一種是相同的調(diào)配比例，采用不同的反應(yīng)溫度。通過(guò)以上兩種方案，查看反應(yīng)過(guò)程中床層實(shí)際溫度的變化和產(chǎn)品性質(zhì)的變化，判斷不同原料和反應(yīng)溫度對(duì)加氫精制的影響[3-4]。評(píng)價(jià)原料及反應(yīng)溫度條件具體見(jiàn)表3。

表3 評(píng)價(jià)原料及反應(yīng)溫度條件Tab.3 Evaluating raw materials and the conditions of reaction temperature

得到的加氫精制產(chǎn)品，通過(guò)蒸餾切割出餾程小于180℃的石腦油餾分和大于180℃的柴油餾分。進(jìn)一步分析檢測(cè)，得到石腦油體積收率和PONA值以及柴油的十六烷指數(shù)。

1.2.1 對(duì)照組 采用常規(guī)健康教育方式，包括肝硬化知識(shí)宣教、服藥方法、飲食護(hù)理、日常生活指導(dǎo)、病情觀察、并發(fā)癥預(yù)防、心理護(hù)理等。

1.5 分析和計(jì)算

1.5.1 石腦油分析結(jié)果

通過(guò)分析石腦油餾分的PONA，芳潛計(jì)算公式為：

床層實(shí)際溫度、石腦油收率、PONA和芳潛分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 床層溫度、石腦油收率、PDNA和芳潛分析結(jié)果Tab.4 Analysis results of bed temperature,naphtha yield,PDNA and aromatic potential

1.5.2 柴油分析結(jié)果

由于實(shí)際生產(chǎn)中，精制柴油的硫含量遠(yuǎn)低于國(guó)Ⅵ指標(biāo)要求，所以沒(méi)有對(duì)柴油餾分的硫含量進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)主要對(duì)得到的柴油餾分進(jìn)行餾程和密度測(cè)試，根據(jù)公式輔助判斷十六烷值的變化規(guī)律。柴油十六烷指數(shù)見(jiàn)表5。十六烷指數(shù)計(jì)算公式為：

表5 柴油十六烷指數(shù)Tab.5 Cetane index of diesel oil

式中：ρ20為20℃密度，g/cm3；B為50%餾出溫度，℃。

1.6 結(jié)果與討論

1）不同原料對(duì)應(yīng)反應(yīng)床層溫度的影響。公司加氫精制裝置實(shí)際LCO的摻煉比例在10%左右，該原料反應(yīng)時(shí)床層溫度351℃，以此為參考，從反應(yīng)床層的溫升來(lái)看，加氫精制直餾柴油原料中可以摻煉10%左右的裂解汽油。隨著裂解汽油摻入量的增加，床層溫度上升，但沒(méi)有出現(xiàn)飛溫不可控現(xiàn)象。在同樣的摻入比例時(shí)，隨著系統(tǒng)給的加熱溫度升高，床層實(shí)際溫度隨之升高。所以可以在一定范圍內(nèi)提高反應(yīng)器入口溫度，達(dá)到改善加氫油品性質(zhì)的目的[5-6]。

2）不同反應(yīng)原料及反應(yīng)溫度對(duì)石腦油收率的影響。裂解汽油餾程低，摻入直餾柴油中對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物中石腦油收率影響很大，摻入比例越高，石腦油收率越高。當(dāng)固定裂解汽油摻入比例，提高反應(yīng)溫度，對(duì)石腦油收率的提高略有影響，但是因?yàn)榇呋瘎┍旧硇阅芗胺磻?yīng)溫升提高有限的原因，促進(jìn)作用不大。

3）不同反應(yīng)條件下石腦油組分芳潛的影響。隨著裂解汽油加入比例的增加，對(duì)石腦油餾分組成的影響很大，芳烴含量和環(huán)烷烴含量增加非常明顯。在摻入相同比例的裂解汽油時(shí)，提高反應(yīng)溫度對(duì)芳烴或者是環(huán)烷烴的飽和、開(kāi)環(huán)、斷鏈能力稍微有所提高，所以芳潛略有下降[7-8]。

4）不同反應(yīng)條件對(duì)柴油餾分十六烷指數(shù)的影響。裂解汽油是芳烴含量很高的油品，所以隨著摻入量的增加，柴油十六烷指數(shù)整體呈下降趨勢(shì)。在原料比例相同，反應(yīng)溫度不同的情況下，柴油產(chǎn)品的十六烷指數(shù)隨著溫度的升高變化不大，主要是精制催化劑對(duì)芳烴飽和的能力有限，但是當(dāng)溫度升高后，可能對(duì)芳烴開(kāi)環(huán)飽和有一定促進(jìn)作用，所以十六烷指數(shù)在比較小的范圍內(nèi)波動(dòng)[9]。

1.7 效益測(cè)算

裂解汽油加氫裝置能耗為170～190 kgeo/t原料，整體能耗較高，按裂解汽油原料直接進(jìn)入柴油精制裝置進(jìn)行計(jì)算，柴油精制裝置能耗約在15～22 kgeo/t原料，進(jìn)入柴油精制反應(yīng)器加氫脫除硫后（加氫過(guò)程不會(huì)大幅影響芳烴組分產(chǎn)量）隨石腦油組分送入重整裝置加工，重整裝置總能耗約110 kgeo/t原料，與原二段產(chǎn)品直接送入重整裝置對(duì)比，能耗降低約38～65 kgeo/t原料，按3元/kgeo計(jì)算，能耗按照平均值計(jì)算，全年能耗可節(jié)約900萬(wàn)元以上。此外，裂解汽油加氫兩段催化劑費(fèi)用為80萬(wàn)元，使用周期為3 a，每年費(fèi)用為27萬(wàn)元。總計(jì)裂解汽油摻入加氫精制裝置每年可節(jié)約費(fèi)用約為930萬(wàn)元。

2 摻煉催化重汽油評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

由于市場(chǎng)變化等多方面因素，公司預(yù)計(jì)將催化重汽油摻煉進(jìn)柴油加氫精制裝置，但在此之前沒(méi)有采用過(guò)這種原料進(jìn)行加工的先例，所以擔(dān)心會(huì)產(chǎn)生床層飛溫或其他影響。催化重汽油與裂解汽油組成比較接近，在生產(chǎn)摻煉催化重汽油之前，項(xiàng)目組參考摻煉裂解汽油的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，在采用小試裝置對(duì)加氫精制摻煉催化重汽油進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

2.1 評(píng)價(jià)條件

評(píng)價(jià)采用的實(shí)驗(yàn)條件為預(yù)計(jì)催化重汽油摻煉裝置的操作參數(shù)，加氫精制評(píng)價(jià)條件見(jiàn)表6。

表6 摻煉催化重汽油加氫精制評(píng)價(jià)條件Tab.6 Evaluation conditions for the hydrorefining of blended catalytic heavy gasoline

2.2 評(píng)價(jià)原料及反應(yīng)溫度

根據(jù)廠委托要求并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，評(píng)價(jià)原料及反應(yīng)溫度見(jiàn)表7。

表7 評(píng)價(jià)原料及反應(yīng)溫度Tab.7 Evaluating raw materials and reaction temperature

由表7可以看到，在實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)條件下，隨著催化重汽油摻煉比例的提高，反應(yīng)溫度呈上升趨勢(shì)，但沒(méi)有出現(xiàn)飛溫情況，溫升可控。

2.3 實(shí)際生產(chǎn)情況

為順利將催化重汽油引入柴油加氫裝置，新增管線至柴油加氫裝置罐區(qū)原料罐，經(jīng)泵后打入柴油加氫裝置內(nèi)原料油緩沖罐，實(shí)現(xiàn)冷供料，并盡量保證油品混合均勻。

催化重汽油摻煉初期流量控制5 t/h左右，而后逐漸增加至15 t/h，在引入催化重汽油后，柴油加氫裝置參數(shù)、產(chǎn)品性質(zhì)等工藝參數(shù)變化見(jiàn)表8、精制油性質(zhì)見(jiàn)表9。

表8 工藝參數(shù)變化Tab.8 Change of process parameters

從表8、表9看到，實(shí)際生產(chǎn)中隨著催化重汽油的摻入量的增加，反應(yīng)器床層溫升提高，主要因?yàn)榇呋仄椭邢N含量大，加氫反應(yīng)時(shí)放熱量增加，同時(shí)石腦油的抽出量增多。而在摻煉15 t/h的催化重汽油時(shí)，但受限于塔頂回流泵運(yùn)行能力，實(shí)際抽出石腦油量要小于理論值，致使部分重石進(jìn)入柴油組分中，這也是該工況下柴油閃點(diǎn)下降、石腦油終餾點(diǎn)降低的原因。但總體反應(yīng)可控，產(chǎn)品指標(biāo)滿足要求[10]。

表9 精制油性質(zhì)Tab.9 Properties of refined oil

3 結(jié)論

1）實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，認(rèn)為加氫精制摻煉裂解汽油方案可行，通過(guò)理論計(jì)算可降低能耗約38～65 kgeo/t原料，具有節(jié)能環(huán)保，提質(zhì)增效的意義。但目前公司整體物料流程上還無(wú)法實(shí)現(xiàn)，可作為技術(shù)儲(chǔ)備為未來(lái)生產(chǎn)調(diào)整做參考。

2）在摻煉裂解汽油評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，完成的摻煉催化重汽油評(píng)價(jià)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)起到一定的指導(dǎo)作用，更好的輔助加氫精制摻煉催化重汽油的生產(chǎn)工作。

3）加氫精制裝置摻煉催化重汽油方案總體可行，摻煉方案運(yùn)行成功。催化重汽油走加氫精制線路后，公司汽油池品質(zhì)有所改善，烯烴含量不再是汽油調(diào)和的瓶頸問(wèn)題，減輕了汽油生產(chǎn)裝置的壓力。