孫 磊，朱長健，程周全

(中國石化安慶分公司，安徽 安慶 246000)

我國催化裂化(FCC)加工能力約占原油一次加工能力的40%左右，導(dǎo)致催化裂化柴油(催化柴油，LCO)在我國柴油池中占比較大，達(dá)30%以上，成為主要的二次加工柴油組分。然而，世界原油重質(zhì)化趨勢(shì)愈加明顯，含硫和高硫原油比例增加，國內(nèi)西部油田和部分海上原油多為重質(zhì)含硫原油，加之為提高汽油收率或增產(chǎn)丙烯不斷提高FCC裝置操作苛刻度，導(dǎo)致LCO質(zhì)量愈來愈差，硫、氮、芳烴含量偏高，十六烷值偏低[1-3]。

我國油品質(zhì)量升級(jí)步伐逐漸加快，2017年全國普遍實(shí)施國Ⅴ階段汽油和柴油標(biāo)準(zhǔn)，并將在2019年全國推行國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)汽油和柴油[4]。中國石化安慶分公司(安慶分公司)原有2套柴油加氫精制裝置，其中1.0 Mta柴油加氫精制裝置(Ⅲ加氫裝置)原料為3套FCC裝置的柴油及焦化柴油，經(jīng)加氫精制生產(chǎn)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)約350 μgg的普通柴油調(diào)合組分。為滿足油品質(zhì)量升級(jí)需要，同時(shí)降低低價(jià)值LCO產(chǎn)量、多產(chǎn)高價(jià)值產(chǎn)品、提高車用柴油比例，安慶分公司積極拓展優(yōu)化LCO加工路線，在實(shí)現(xiàn)柴油質(zhì)量升級(jí)的同時(shí)增產(chǎn)汽油、增產(chǎn)車用柴油、降低柴汽比，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 LCO加工工藝簡介

隨著市場(chǎng)汽油需求量的不斷增長，其增幅已超過柴油需求量，汽油價(jià)格也高于柴油價(jià)格，市場(chǎng)要求柴汽比不斷降低。安慶分公司根據(jù)市場(chǎng)需求變化，在拓展優(yōu)化LCO加工路線時(shí)選擇合適的LCO加工工藝，以在提高柴油質(zhì)量的同時(shí)增產(chǎn)汽油、壓減柴油。

1.1 LCO加氫精制工藝

LCO加氫精制工藝的主要目的是脫除原料油中的硫、氮、氧等雜質(zhì)，加氫飽和烯烴、芳烴，改善柴油安定性，但其對(duì)柴油十六烷值的提高幅度有限(僅2～6個(gè)單位)；采用深度加氫脫硫催化劑的深度加氫處理工藝，可實(shí)現(xiàn)原料油的超深度加氫脫硫，以滿足國Ⅳ和國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)清潔柴油生產(chǎn)需要，如安慶分公司Ⅲ加氫裝置采用中國石化撫順石油化工研究院(FRIPP)開發(fā)的FHUDS-8催化劑可穩(wěn)定生產(chǎn)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于10 μgg的精制柴油[5]。

1.2 LCO與蠟油加氫摻煉工藝

1.3 LCO與重油加氫摻煉工藝

重油加氫工藝是以減壓渣油、減壓蠟油、焦化蠟油及FCC重循環(huán)油為原料，經(jīng)加氫處理脫除硫、氮、氧等雜質(zhì)，加氫飽和稠環(huán)芳烴及部分不飽和烴后，作為優(yōu)質(zhì)FCC原料，以減少FCC裝置生焦量，提高輕質(zhì)油收率，改善FCC汽油和柴油的產(chǎn)品性質(zhì)，副產(chǎn)的重油加氫柴油產(chǎn)品作為車用柴油調(diào)合組分。安慶分公司2.0 Mta重油加氫裝置采用石科院研發(fā)的第三代RHT系列渣油加氫催化劑和中國石化工程建設(shè)公司(簡稱SEI)開發(fā)的渣油加氫成套技術(shù)，在此基礎(chǔ)上探索出了LCO與重油加氫摻煉工藝，即將LCO與重油加氫原料混合后再進(jìn)行加氫處理，可通過控制重油加氫裝置柴油(重加柴油)干點(diǎn)或?qū)⒅丶硬裼徒M分壓至重油加氫裝置尾油并送至FCC裝置，提高FCC裝置輕質(zhì)油品收率，增產(chǎn)車用柴油。

1.4 LCO加氫-催化裂化組合多產(chǎn)高辛烷值汽油和芳烴料(LTAG)技術(shù)

LCO因富含芳烴，尤其是稠環(huán)芳烴含量高，十六烷值低，難以作為車用柴油調(diào)合組分，而LCO中稠環(huán)芳烴經(jīng)選擇性加氫飽和為單環(huán)芳烴，單環(huán)芳烴經(jīng)選擇性催化裂化可生產(chǎn)高辛烷值汽油組分。石科院開發(fā)的LTAG技術(shù)就是利用選擇性加氫飽和單元和選擇性催化裂化單元優(yōu)化組合，將LCO餾分中多環(huán)芳烴先選擇性加氫飽和成單環(huán)芳烴再選擇性催化裂化，實(shí)現(xiàn)最大化生產(chǎn)高辛烷值汽油或輕質(zhì)芳烴的技術(shù)[6]。LCO通過加氫強(qiáng)化多環(huán)芳烴的選擇性加氫飽和得到四氫萘型產(chǎn)物，加氫LCO通過選擇性催化裂化，可使四氫萘型單環(huán)芳烴的氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)比例降低至28%，開環(huán)裂化反應(yīng)比例提高至72%[7]。LTAG技術(shù)不僅拓寬了LCO的出路，還增加了高價(jià)值汽油產(chǎn)品收率，降低了柴汽比，從而提高煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益。

1.5 LCO生產(chǎn)高辛烷值汽油的加氫裂化(RLG)技術(shù)

LCO富含二環(huán)、三環(huán)芳烴等大分子芳烴。石科院開發(fā)的RLG技術(shù)的原理是通過使用專用的加氫轉(zhuǎn)化催化劑和適宜的操作條件，使LCO中的二環(huán)、三環(huán)芳烴加氫飽和為單環(huán)芳烴，再進(jìn)一步開環(huán)裂化為汽油餾分中的苯、甲苯、二甲苯等高辛烷值組分，從而達(dá)到生產(chǎn)高辛烷值汽油或BTX原料的目的。其加氫裂化轉(zhuǎn)化路徑如圖1所示[2]。

圖1 催化柴油加氫轉(zhuǎn)化理想反應(yīng)路徑

RLG技術(shù)可高選擇性地將大分子芳烴轉(zhuǎn)化為小分子芳烴，富集到汽油餾分，增產(chǎn)汽油、大幅度降低全廠柴汽比，主要技術(shù)特點(diǎn)為[8]：①氣體產(chǎn)率較低，C1～C4收率為4%～9%；②氫耗相對(duì)較低，汽油收率50%下對(duì)應(yīng)化學(xué)氫耗3%左右；③產(chǎn)品汽油收率在30%～60%之間靈活可調(diào)；④產(chǎn)品汽油餾分辛烷值較高，達(dá)91～97；⑤柴油餾分十六烷值提高幅度較大，達(dá)10～17個(gè)單位。

2 安慶分公司LCO加工路線的選擇及優(yōu)化

2.1 加氫精制路線

2013年安慶分公司煉化一體化項(xiàng)目建設(shè)投產(chǎn)后，Ⅲ加氫裝置原料油性質(zhì)發(fā)生變化，2013年9月28—30日對(duì)該裝置進(jìn)行標(biāo)定，考察裝置工況一時(shí)滿負(fù)荷(進(jìn)料量為120 th，其中LCO進(jìn)料量為 100 th，焦化柴油進(jìn)料量為20 th)下的產(chǎn)品質(zhì)量、再生后的FH-UDS催化劑性能、裝置物料平衡、氫氣消耗和能耗等。2016年10月LTAG工藝投用，2017年2月裝置停工更換為FHUDS -8催化劑，裝置運(yùn)行工況再次發(fā)生變化，2017年3月30日至4月1日對(duì)該裝置進(jìn)行標(biāo)定，考察裝置工況二時(shí)滿負(fù)荷(進(jìn)料量為120 th，其中LCO 進(jìn)料量為100 th，精制油循環(huán)量為20 th)下的產(chǎn)品質(zhì)量、FHUDS-8催化劑性能、物料平衡、氫氣消耗和能耗等。不同工況下裝置的主要操作條件、原料及產(chǎn)品性質(zhì)、裝置物料平衡數(shù)據(jù)及能耗分別如表1～表3所示。

表1 裝置主要操作條件

表2 原料及產(chǎn)品性質(zhì)

表3 裝置物料平衡數(shù)據(jù)及能耗

選擇LCO加氫精制路線時(shí)，可使柴油十六烷指數(shù)提高約4個(gè)單位，但精制柴油產(chǎn)品十六烷指數(shù)也僅有28左右，工況一下精制柴油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為508 μgg，裝置僅具備生產(chǎn)國Ⅲ普通柴油調(diào)合組分的能力；裝置更換催化劑為FHUDS -8后，精制柴油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于10 μgg，裝置具備生產(chǎn)國Ⅴ普通柴油調(diào)合組分的能力。與工況一相比，工況二的加氫苛刻度高，裝置能耗提高40.6 MJt。

2.2 LCO與蠟油加氫摻煉路線

蠟油加氫裝置原加工直餾蠟油和焦化蠟油混合原料，企業(yè)為降低柴油收率、提高輕質(zhì)油產(chǎn)量，將LCO與蠟油加氫原料進(jìn)行了混合加氫精制。LCO的摻煉比例為10%～15%(流量為20～30 th)，催化劑床層平均溫度為361 ℃，反應(yīng)器平均反應(yīng)溫升為42 ℃，精制柴油組分并入精制蠟油組分中作為FCC裝置原料，精制蠟油總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于800 μgg。通過適當(dāng)提高FCC裝置反應(yīng)深度、降低原料預(yù)熱溫度、提高劑油比、根據(jù)平衡劑活性適當(dāng)延長小型加料器加料時(shí)間等方式優(yōu)化產(chǎn)品分布。FCC裝置加工摻煉LCO的加氫蠟油前后的物料平衡數(shù)據(jù)如表4所示。由表4可以看出，F(xiàn)CC裝置加工摻煉LCO的加氫蠟油后，輕柴油收率降低3.84百分點(diǎn)，汽油收率提高3.03百分點(diǎn)，達(dá)到了企業(yè)降低柴汽比的目的。

表4 FCC裝置加工摻煉LCO的加氫蠟油前后的物料平衡數(shù)據(jù) w，%

2.3 LCO與重油加氫摻煉路線

為了在增加輕質(zhì)油收率的同時(shí)提高車用柴油的產(chǎn)量，將LCO與重油加氫原料混合加氫改質(zhì)后返回FCC裝置。重油加氫裝置摻煉LCO后，通過控制重加柴油的終餾點(diǎn)或重加柴油去向，考察不同工況下催化柴油產(chǎn)品性質(zhì)、重加柴油產(chǎn)品性質(zhì)及FCC裝置產(chǎn)品分布情況。不同工況下的催化柴油性質(zhì)及重加柴油性質(zhì)如表5所示。其中，空白工況為LCO未與重油加氫原料混煉的工況，此工況下重加柴油的終餾點(diǎn)約為340 ℃；工況一為控制重加柴油終餾點(diǎn)在340 ℃左右；工況二為控制重加柴油終餾點(diǎn)在280 ℃左右；工況三為控制重加柴油終餾點(diǎn)在340 ℃左右的同時(shí)，重加柴油全部并入加氫尾油進(jìn)FCC裝置。

工況一下催化柴油和重加柴油的總收率較空白工況(以下均同)下降2.70百分點(diǎn)，催化裂化干氣產(chǎn)率、催化裂化液化氣收率、催化裂化汽油收率和重油加氫石腦油收率均有所增加，合計(jì)增加2.50百分點(diǎn)，催化裂化焦炭產(chǎn)率下降0.16百分點(diǎn)，催化裂化油漿產(chǎn)率增加0.26百分點(diǎn)，此工況下可增產(chǎn)10.2 th車用柴油；工況二下催化柴油和重加柴油的總收率下降4.75百分點(diǎn)，催化裂化干氣產(chǎn)率、催化裂化液化氣收率、催化裂化汽油收率和重加石腦油收率均有所增加，合計(jì)增加4.44百分點(diǎn)，催化裂化焦炭產(chǎn)率增加0.12百分點(diǎn)，催化裂化油漿產(chǎn)率下降0.09百分點(diǎn)，此工況下可增產(chǎn)11 th車用柴油；工況三下催化柴油和重加柴油的總收率下降4.92百分點(diǎn)，催化裂化液化氣收率、催化裂化汽油收率和重油加氫石腦油收率均有所增加，合計(jì)增加5.45百分點(diǎn)，催化裂化焦炭產(chǎn)率增加0.64百分點(diǎn)，催化裂化油漿產(chǎn)率增加0.43百分點(diǎn)，此工況下可增產(chǎn)22.6 th車用柴油，但FCC裝置操作難度增大，裝置處理量進(jìn)一步降低，同時(shí)外甩油漿和燒焦量均大幅增加。通過裝置不同工況下運(yùn)行情況分析，綜合考慮企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，采用工況二操作時(shí)收效最佳，輕質(zhì)油收率可提高4百分點(diǎn)以上，每月可增產(chǎn)約10 kt車用柴油。

表5 不同工況下的催化柴油和重加柴油的性質(zhì)

2.4 LTAG路線

為了更好地適應(yīng)市場(chǎng)變化降低企業(yè)柴汽比，2016年10月安慶分公司投用LTAG技術(shù)并進(jìn)行技術(shù)標(biāo)定?？瞻讟?biāo)定(未實(shí)施LTAG工藝時(shí))期間FCC裝置進(jìn)料為前加氫工況，原料主要包括加氫熱蠟油、加氫冷蠟油及加氫重油(質(zhì)量比例為50.76∶27.91∶21.33)，總進(jìn)料量為133～136 th；LTAG標(biāo)定期間裝置進(jìn)料為前加氫工況，原料主要包括加氫熱蠟油、加氫冷蠟油、加氫重油(質(zhì)量比例為48.24∶29.50∶22.26)及加氫LCO，控制提升管上層進(jìn)料量為123～125 th，提升管下層加氫LCO進(jìn)料量恒定為21 th，Ⅲ加氫裝置加工催化柴油和焦化柴油(質(zhì)量比為1：1)的總進(jìn)料量約105 th。FCC裝置投用LTAG工藝前后的操作條件及產(chǎn)品性質(zhì)如表7所示，加氫LCO進(jìn)料的表觀產(chǎn)物收率如表8所示。

表7 FCC裝置操作條件及產(chǎn)品性質(zhì)

表8 加氫LCO進(jìn)料的表觀產(chǎn)物收率

1)LCO循環(huán)比例=LCO循環(huán)量重油進(jìn)料量×100%。

2)LCO轉(zhuǎn)化率=(LCO循環(huán)比例-LTAG柴油收率)LCO循環(huán)比例×100%。

3)選擇性=(LTAG工藝下產(chǎn)率與空白標(biāo)定時(shí)產(chǎn)率的差值加氫柴油循環(huán)比例×100%)轉(zhuǎn)化率×100%。

投用LTAG工藝后，較投用前重質(zhì)原料油催化裂化產(chǎn)品的柴汽比下降(不計(jì)算柴油回?zé)?，其中汽油收率上升約7百分點(diǎn)，液化氣收率上升約3.6百分點(diǎn)，柴油收率下降約15百分點(diǎn)，焦炭產(chǎn)率上升約2百分點(diǎn)，油漿和干氣量沒有較大變化。由于Ⅲ加氫裝置進(jìn)料中摻煉了50%左右的焦化柴油[密度(20 ℃)為850 kgm3]，使加氫LCO的密度(20 ℃)較低(為890～907 kgm3)；同時(shí)，由于焦化柴油十六烷值比LCO高，組分中的飽和烴成分較多，因而進(jìn)入催化裂化提升管回?zé)挄r(shí)更容易生成液化氣和焦炭，導(dǎo)致汽油選擇性平均下降約25百分點(diǎn)，穩(wěn)定汽油RON降低1.3個(gè)單位，液化氣選擇性平均上升約15百分點(diǎn)，焦炭選擇性平均上升約8百分點(diǎn)。

LTAG工藝投用前，加氫LCO按符合國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的0號(hào)普通柴油銷售；LTAG工藝投用后，加氫LCO的汽油收率為42.76%，液化氣收率為24.22%，未轉(zhuǎn)化柴油比例為19.56%，同時(shí)受Ⅰ催化裝置燒焦限制，回?zé)捈託銵CO對(duì)摻渣量有一定影響，此外裝置能耗將增加。按照中國石油化工股份有限公司2016年上半年油品銷售價(jià)格初步測(cè)算，扣除汽油、液化氣、干氣、柴油二次加工費(fèi)用以及影響摻渣、能耗增加的費(fèi)用，油漿、燒焦部分的影響因缺少統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)且影響很小而暫不計(jì)算，初步測(cè)算LTAG項(xiàng)目效益為268.55元t。此外，由于Ⅲ加氫裝置摻煉焦化柴油，其原料柴油十六烷值平均為29.7，以此計(jì)算，每回?zé)? t加氫LCO，可減產(chǎn)2.064 t符合國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的0號(hào)普通柴油，增產(chǎn)1.064 t符合國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的0號(hào)車用柴油，若Ⅲ加氫裝置全部加工LCO，車用柴油產(chǎn)量將進(jìn)一步增加。

2.5 RLG路線

RLG技術(shù)以LCO為原料，針對(duì)LCO芳烴含量高的特性，結(jié)合加氫裂化工藝過程的反應(yīng)特點(diǎn)，通過控制芳烴轉(zhuǎn)化途徑進(jìn)行選擇性加氫反應(yīng)，生產(chǎn)高辛烷值、低硫含量的汽油組分，同時(shí)提高柴油十六烷值、生產(chǎn)低硫含量的柴油組分，副產(chǎn)液化氣和燃料氣。安慶分公司1.0 Mta催化柴油加氫轉(zhuǎn)化(RLG)裝置于2017年6月30日建成中交，12月1日生產(chǎn)出滿足國Ⅴ柴油標(biāo)準(zhǔn)的柴油組分，12月4日生產(chǎn)出滿足國Ⅴ汽油標(biāo)準(zhǔn)的汽油組分。

RLG裝置采用加氫精制和加氫裂化串聯(lián)及部分輕柴油循環(huán)工藝，使用由石科院研發(fā)、中國石化催化劑有限公司長嶺分公司工業(yè)生產(chǎn)的專用加氫精制催化劑RN-411和加氫裂化催化劑RHC-100催化劑。2018年5月對(duì)RLG裝置進(jìn)行了首次技術(shù)標(biāo)定，加工原料為安慶分公司3套催化裂化裝置生產(chǎn)的LCO的混合柴油，原料油性質(zhì)如表9所示，產(chǎn)品質(zhì)量如表10所示[9]。

由表9和表10可以看出，應(yīng)用RLG技術(shù)后柴油轉(zhuǎn)化率可達(dá)49.7%，能夠穩(wěn)定生產(chǎn)合格的國Ⅴ車用汽油、柴油調(diào)合組分，柴油十六烷指數(shù)可提高約13百分點(diǎn)，穩(wěn)定汽油(加氫石腦油)研究法辛烷值可達(dá)92.0，精制柴油和穩(wěn)定汽油硫、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于5 μgg，RLG技術(shù)可實(shí)現(xiàn)重芳烴高選擇性轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)芳烴的目標(biāo)，拓寬了催化柴油出路，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

RLG裝置生產(chǎn)運(yùn)行一個(gè)月后，F(xiàn)CC裝置停收Ⅲ加氫裝置精制柴油，采用RLG-LTAG組合工藝，引RLG裝置柴油試生產(chǎn)，回?zé)扲LG柴油量最高可達(dá)36 th。相較于加氫精制與LTAG組合工藝，RLG-LTAG組合工藝的輕質(zhì)油收率更高，其中干氣產(chǎn)率略有上升，液化氣收率上升約1.9百分點(diǎn)，柴油收率下降約0.25百分點(diǎn)，油漿產(chǎn)率下降約1.17百分點(diǎn)。RLG裝置投產(chǎn)運(yùn)行后，Ⅲ加氫裝置停工備用，重油加氫柴油進(jìn)液相柴油加氫裝置進(jìn)行回?zé)?。安慶分公司通過優(yōu)化LCO加工路線，企業(yè)柴汽比由1.0逐漸降低至約0.7，企業(yè)柴汽比得到大幅降低，同時(shí)全面消減普通柴油，提高了全廠車用柴油的產(chǎn)量。

表9 RLG裝置原料油性質(zhì)

表10 RLG裝置加氫石腦油和加氫柴油性質(zhì)

3 結(jié) 論

(1)隨著柴油質(zhì)量升級(jí)的加速，LCO加氫精制技術(shù)路線受限愈發(fā)明顯，Ⅲ加氫裝置體積空速由生產(chǎn)國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)柴油時(shí)的1.42 h-1降至生產(chǎn)國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)柴油時(shí)的1.08 h-1，LCO加氫精制能力的降低促使企業(yè)尋找更優(yōu)的LCO加工路線。

(2)根據(jù)市場(chǎng)成品油需求柴汽比的降低，安慶分公司采取有效措施降低企業(yè)柴汽比，積極拓展LCO出路，通過深度加氫精制工藝、蠟油加氫與催化裂化裝置聯(lián)合工藝、重油加氫與催化裂化裝置聯(lián)合工藝、LTAG工藝、RLG工藝等，提高輕質(zhì)油收率，提高車用柴油產(chǎn)量。

(3)通過對(duì)不同LCO加工路線的比較可知，選擇RLG技術(shù)路線可取得更大的經(jīng)濟(jì)效益；RLG裝置生產(chǎn)運(yùn)行后，Ⅲ加氫裝置停工備用，RLG裝置精制柴油進(jìn)催化裝置回?zé)挼腖TAG路線，使得優(yōu)化后的LCO加工路線取得的經(jīng)濟(jì)效益更高。