李天明 杜星 王洋洋 韓梅

摘 要：催化裂化汽油，其硫含量占成品汽油硫含量的90%-95%，同時催化裂化汽油在我國成品汽油中占比例約為75%，因此罐區(qū)汽油中的硫主要來自與催化裂化汽油組分，為使催化裂化汽油脫硫率提高，通過控制分餾塔靈敏板（第13塊塔盤）溫度及輕汽油抽出量來控制輕汽油硫含量，并進(jìn)行了分析和總結(jié)，為進(jìn)一步優(yōu)化操作處理提供了有利的條件。

關(guān)鍵詞：催化裂化汽油；汽油加氫；脫硫；輕汽油

1.引言

慶陽石化汽油加氫裝置是與中國石油石油化工研究院自主研發(fā)的清潔汽油生產(chǎn)技術(shù)。可將催化裂化汽油進(jìn)行深度脫硫，實現(xiàn)國五清潔汽油調(diào)和組分的生產(chǎn)。慶陽石化公司汽油加氫是DSO技術(shù)首套成型應(yīng)用的裝置。2012年8月由石化設(shè)計院設(shè)計的1.5MPa級FCC汽油加氫脫硫裝置，設(shè)計能力70萬噸/年。主要設(shè)備有壓縮機(jī)、反應(yīng)器、塔器、加熱爐、機(jī)泵等，

70萬汽油加氫裝置試車完畢之后，開始優(yōu)化裝置操作，對提高脫硫率、降低辛烷值損失、提高產(chǎn)品收率、降低烯烴含量，做了重點(diǎn)工作，本文對優(yōu)化裝置操作進(jìn)行分析總結(jié)，以便為后續(xù)優(yōu)化操作得出指導(dǎo)依據(jù)，并對工藝技術(shù)改進(jìn)提出一些建議。

2.工藝過程

2.1 工藝原理

FCC汽油的加氫過程主要反應(yīng)包括：含硫、氮、氧化合物等非烴類的加氫分解反應(yīng)，烯烴的加氫飽和反應(yīng)，此外進(jìn)行烯烴的異構(gòu)化；正構(gòu)烷烴的異構(gòu)化；部分低辛烷值的長鏈烴分子裂解為高辛烷值的碳五、碳六短鏈烴分子；部分烴類分子的加成反應(yīng)。在選擇催化劑上重點(diǎn)以加氫脫硫功能為主。

2.2 工藝流程

FCC汽油自重催來經(jīng)過進(jìn)入原料緩沖罐（D-102），通過進(jìn)料泵（P-101）升壓至3.5MPa，同氫氣混合后與經(jīng)換熱至135℃，進(jìn)入預(yù)加氫反應(yīng)器（R-101）進(jìn)行輕質(zhì)硫化物轉(zhuǎn)化為重質(zhì)硫化物，輕的硫醇轉(zhuǎn)化為重的硫醇，二烯烴選擇加氫生成單烯烴，產(chǎn)物進(jìn)入分餾塔進(jìn)行輕重汽油分割，塔頂出不凝氣及凝縮油，輕汽油從側(cè)線采出直接去汽油產(chǎn)品罐區(qū)，重汽油進(jìn)入加氫脫硫反應(yīng)器（R-201）脫除硫醇，硫醚，噻吩及苯并噻吩和加氫后處理反應(yīng)器（R-202）進(jìn)行深度脫硫。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱冷卻后進(jìn)入高壓分離罐（D-201）。在高壓分離罐（D-201）中進(jìn)行氣、油、水三相分離，分離出的油相經(jīng)換熱進(jìn)入穩(wěn)定塔，穩(wěn)定塔塔頂出酸性氣，塔底為產(chǎn)品重汽油，氣相經(jīng)脫硫后循環(huán)使用。流程如下圖：

3.輕汽油硫含量的分配對混合汽油硫含量影響的因素

5月份對汽油加氫裝置進(jìn)行輕汽油探拔，裝置加工量為92t/h，負(fù)荷為108%，加氫脫硫反應(yīng)器（R-201）入口溫度為252℃，在其他操作參數(shù)不變的情況下對原料及產(chǎn)品硫含量進(jìn)行大量統(tǒng)計得出下表：

原料及產(chǎn)品質(zhì)量，抽出比例列表如下：

由圖可以看出隨著靈敏板溫度上升，輕汽油與混合汽油硫含量均呈上升趨勢。當(dāng)輕汽油硫含量比混合汽油硫含量小時，混合汽油硫含量較高。當(dāng)輕汽油比混合汽油硫含量大4ppm時，輕汽油與混合汽油硫含量都較高。這兩者都不可取，只有在輕汽油比混合汽油大2-3ppm時，此時混合汽油硫含量最低，輕汽油切割比例為0.294-0.298，呈最佳分配比例。下面就輕汽油的硫含量取值作詳細(xì)分析。

穩(wěn)定汽油的硫含量質(zhì)檢不做分析，可根據(jù)輕汽油與混合汽油硫含量來求得。由表可以看出：輕汽油的抽出量26t-28t，抽出比例為29.5-31%，靈敏板溫度控制溫度為132-138，在靈敏板溫度變化不大的情況下，輕汽油抽出量無明顯變化。隨著靈敏板溫度的提高，輕汽油抽出比例增大，與此同時輕汽油硫含量變化顯著，對混合汽油硫含量影響較大。

汽油分餾塔的作用是將預(yù)加氫反應(yīng)的流出物分割為輕汽油和重汽油，在控制輕汽油硫含量的同時，優(yōu)化分配輕汽油和重汽油的餾分點(diǎn)，最大限度的獲得高辛烷值的輕汽油，是工藝生產(chǎn)過程的控制目標(biāo)。因選擇性加氫反應(yīng)器出來的反應(yīng)物中有機(jī)硫集中在重餾分部分，如果只考慮輕汽油中硫含量越少越好，那么輕汽油與重汽油餾分點(diǎn)越低越好，可如果溫度太低，輕汽油抽出就會減少，而影響汽油辛烷值的烯烴集中在輕餾分重汽油中，當(dāng)重汽油抽出減少時，烯烴組分也相應(yīng)減少，剩下的烯烴組分會隨重組分一起去加氫脫硫反應(yīng)器，烯烴組分加氫就會飽和生成低辛烷值的烷烴，汽油辛烷值損失增大，并消耗更多的氫氣，造成煉油廠能源浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)保指標(biāo)降低。

在原料總硫一定的情況下，穩(wěn)定汽油的含硫量與輕汽油的含硫量成冪函數(shù)關(guān)系，即 ，但又需滿足分餾的條件，因此a的取值顯得

特別重要。

當(dāng)a=1時，輕汽油硫含量等于混合汽油硫含量，此時可通過輕汽油硫含量×輕汽油抽出比例+穩(wěn)定汽油×（1-輕汽油抽出比例）=混合汽油硫含量求得穩(wěn)定汽油硫含量等于輕汽油硫含量。

當(dāng)a<1時，輕汽油硫含量小于混合汽油硫含量，此時輕汽油抽出較少，本屬于輕汽油抽出部分的輕質(zhì)硫化物隨分餾塔底重油一起進(jìn)入加氫脫硫反應(yīng)器，從而影響加氫脫硫反應(yīng)器的脫硫效果。又因催化汽油的辛烷值由含量較高的烯烴決定，進(jìn)入加氫脫硫反應(yīng)器的輕汽油中含有較多的烯烴，在較高氫油比和反應(yīng)溫度下烯烴大量飽和，汽油辛烷值損失較大，經(jīng)濟(jì)效益下降。過少的抽出輕汽油，輕汽油硫含量會減小，加氫脫硫反應(yīng)器R-201及加氫后處理反應(yīng)器R-202脫硫深度一定，重汽油脫硫率一定，造成部分重汽油未起到脫硫效果，導(dǎo)致混合汽油硫含量增大。此外輕汽油抽出過少會使塔內(nèi)輕組分變多，塔內(nèi)集聚過多會造成分餾塔操作不穩(wěn)：塔底溫度降低，塔頂溫度上升，回流罐液位上升，回流增大，重沸爐爐膛溫度增大，嚴(yán)重時會造成沖塔。所以在輕汽油硫含量比混合汽油硫含量低時，不但加氫脫硫反應(yīng)器沒有得到充分利用，還使產(chǎn)品辛烷值降低，得不償失。因此在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)上述情況應(yīng)及時調(diào)整，避免辛烷值損失。

當(dāng) a>1時，即大幅提高靈敏板溫度，輕汽油抽出比例增大，此時輕汽油硫含量大幅增大（輕汽油硫含量大于穩(wěn)定汽油硫含量），進(jìn)入加氫脫硫反應(yīng)器R-201及加氫后處理反應(yīng)器R-202的重汽油量會有所減少，則經(jīng)過反應(yīng)器的空速會增大，反應(yīng)加深，有利于加氫脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，穩(wěn)定汽油硫含量會相對減少。但對加氫脫硫反應(yīng)器R-201及加氫后處理反應(yīng)器R-202而言，脫硫深度是一定的，當(dāng)a的取值過大，大量抽出輕汽油減少加氫脫硫反應(yīng)器的進(jìn)料后，仍然有一部分硫（噻吩，苯并噻吩）難以脫除，那么過多的抽出輕汽油，輕汽油硫含量會增大，加氫脫硫反應(yīng)器R-201及加氫后處理反應(yīng)器R-202脫硫深度一定，重汽油脫硫必然是最大脫硫限度，而導(dǎo)致一部分催化劑未能起到脫硫效果而造成效率的浪費(fèi)，導(dǎo)致混合汽油硫含量增大。此外輕汽油抽出減少，加氫脫硫反應(yīng)器R-201及加氫后處理反應(yīng)器R-202未起到降低烯烴作用，造成產(chǎn)品烯烴含量上升。因此合理控制輕汽油的抽出量及硫含量會對混合汽油的最終硫含量起到?jīng)Q定性作用。

4.汽油分餾塔輕汽油（LCN）抽出量的控制原理

根據(jù)Axens工藝包給出的硫含量與溫度之間的關(guān)系（既溫度調(diào)節(jié)器給定值與硫含量變化的修訂率應(yīng)該是每百萬分之一重量的硫含量變化相對于溫度調(diào)節(jié)器給定值0.25℃的改變），設(shè)置了總硫含量（AC）和分餾塔抽出溫度（TC）串級，然后再與輕汽油抽出量（FC）進(jìn)行串級控制回路，來實現(xiàn)工藝控制目標(biāo)。

輕汽油抽出拾個復(fù)雜回路，開工階段操作參數(shù)（他的進(jìn)料量，進(jìn)料組成，重沸器和冷凝器熱負(fù)荷，塔板通量等）穩(wěn)定的情況下，僅使用流量（FC）控制回路就可以實現(xiàn)控制輕汽油產(chǎn)品抽出量及產(chǎn)品硫含量的目的。而當(dāng)正常操作時，操作參數(shù)不穩(wěn)定，F(xiàn)C回路可以從其他控制器獲得定值，即流量（FC）與分餾塔塔板（第十三塊塔板）溫度（TC）串級調(diào)節(jié)，TC作為FC調(diào)節(jié)器給定。這一串級控制可以減少由于操作參數(shù)變化引起的LCN含硫量波動，而設(shè)定TC自身調(diào)節(jié)器的給定值是保證LCN硫含量一個關(guān)鍵草書，本裝置這個參數(shù)通過一臺在線分析測量值A(chǔ)C與操作人員設(shè)定值進(jìn)行一系列計算得出（前提是分析測量結(jié)果可靠），但由于分析頻率較低（15分鐘跟新一次），工藝響應(yīng)時間較長且要求苛刻，傳統(tǒng)PID的調(diào)節(jié)器已不能滿足要求，一系列計算將在DCS系統(tǒng)中使用順序控制來實現(xiàn)。

STEP2：從步驟1中得到的差值除以4（比率為？）來計算溫度調(diào)節(jié)器給定所需的溫度變化（℃）。即溫度調(diào)節(jié)器給定值與硫含量變化的修訂率應(yīng)該是每百萬分之一重量的硫含量變化相對于溫度調(diào)節(jié)器給定值0.25℃的變化；

STEP3：考慮到溫度的敏感性，要求溫度調(diào)節(jié)器給定值得變化每次不大于0.5℃（即使STEP1計算所需溫度調(diào)節(jié)器給定值變化遠(yuǎn)大于0.5℃，每次溫度調(diào)節(jié)器給定值變化幅度不超過0.5℃），來控制方案的穩(wěn)定性。

5.總結(jié)

從a的取值分析可以看出，要維持輕汽油硫含量比混合汽油硫含量大且滿足輕汽油硫含量比混合汽油硫含量大2-3個ppm為產(chǎn)品硫含量最小范圍。因此在調(diào)整操作過程中，通過調(diào)整靈敏板溫度來保持輕汽油的硫含量比混合汽油硫含量大2-3個ppm，在此硫含量范圍內(nèi)輕汽油的切割比例為0.294-0.298，降低抽出比可增大輕組分進(jìn)入加氫脫硫反應(yīng)器及加氫后處理反應(yīng)器，可以起到降低烯烴的作用。每次靈敏板的溫度調(diào)節(jié)應(yīng)該取0.25為最小調(diào)節(jié)值，0.5為最大調(diào)節(jié)值。每次靈敏板溫度升高0.25℃，則輕汽油硫含量應(yīng)相應(yīng)升高1ppm。

參考文獻(xiàn)：

[1]李扶山.選擇性催化汽油加氫中分餾塔輕汽油抽出控制.中國科技期刊（文摘版）自然科學(xué).2015年6月.