劉 念 喜

(中國石化塔河煉化有限責(zé)任公司，新疆 庫車 842000)

98號(hào)車用汽油是一種高品質(zhì)汽油,也是目前國內(nèi)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)最高的油品。與其他標(biāo)號(hào)汽油相比,其具有“兩高兩低”的優(yōu)勢(shì)[1-3],即抗爆性和動(dòng)力性更高,有害物質(zhì)含量和尾氣污染物含量更低。因此,98號(hào)車用汽油價(jià)格較高,多為高檔轎車使用,被譽(yù)為“超級(jí)汽油”和“貴族汽油”[4-5]。隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,新疆地區(qū)對(duì)98號(hào)車用汽油需求量呈逐年上升趨勢(shì)。

中國石化塔河煉化有限責(zé)任公司(塔河煉化)的汽油生產(chǎn)裝置包括0.6 Mt/a連續(xù)重整裝置、0.3 Mt/a臨氫異構(gòu)化裝置和0.52 Mt/a二甲苯分離裝置等。汽油調(diào)合組分包括重整生成油、重整汽油餾分(抽取二甲苯)、臨氫異構(gòu)化汽油餾分、C9+重芳烴組分、以及外購甲基叔丁基醚(MTBE)組分,共生產(chǎn)兩種標(biāo)號(hào)(92號(hào)和95號(hào))的車用汽油,而對(duì)于符合國ⅥB質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的98號(hào)車用汽油,目前僅處于實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)合階段。根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)室小樣調(diào)合結(jié)果,發(fā)現(xiàn)影響98號(hào)調(diào)合汽油(國ⅥB)質(zhì)量的主要因素包括汽油辛烷值、芳烴含量和氧含量,表現(xiàn)為辛烷值偏低,芳烴含量及氧含量偏高,接近質(zhì)量指標(biāo)控制上限。

基于此,本課題通過優(yōu)化調(diào)合組分油的性質(zhì),模擬調(diào)合得到滿足國ⅥB質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的98號(hào)車用汽油。以下介紹組分油性質(zhì)優(yōu)化過程和98號(hào)汽油的模擬調(diào)合過程,為國內(nèi)高品質(zhì)汽油的生產(chǎn)提供借鑒和指導(dǎo)。

1 以現(xiàn)有組分油調(diào)合98號(hào)汽油

1.1 原 料

重整生成油、重整汽油餾分(抽取二甲苯)、臨氫異構(gòu)化汽油餾分、C9+重芳烴組分等,均取自塔河煉化工業(yè)生產(chǎn)裝置;甲基叔丁基醚、異辛烷,均為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品,市場(chǎng)外購。

1.2 調(diào)合方法

原料性質(zhì)和調(diào)合方案如表1所示。按表1中原料油調(diào)合比例稱取各調(diào)合原料組分,在室溫下控制合適的轉(zhuǎn)速攪拌30 min,使各種調(diào)合組分油充分混合均勻,靜置2 h后進(jìn)行樣品分析[6]。

表1 原料性質(zhì)及98號(hào)汽油的調(diào)合方案

原料及調(diào)合汽油樣品分析項(xiàng)目包括研究法辛烷值(RON)、芳烴含量、氧含量等,均按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)方法或石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行分析。

1.3 98號(hào)汽油調(diào)合結(jié)果

按表1調(diào)合方案調(diào)合得到98號(hào)車用汽油樣品其性質(zhì)見表2。從表2可以看出:調(diào)合樣品的RON為97.0,沒有達(dá)到內(nèi)控指標(biāo)(98.2)的要求;同時(shí),調(diào)合樣品的芳烴體積分?jǐn)?shù)為32.9%、氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.59%,非常接近內(nèi)控質(zhì)量指標(biāo)上限(33%和2.6%),余量非常小,說明以現(xiàn)有原料組分很難調(diào)合得到滿足國ⅥB質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的高品質(zhì)98號(hào)汽油。

表2 以現(xiàn)有原料組分調(diào)合所得98號(hào)汽油的性質(zhì)

2 調(diào)合原料組分油的性質(zhì)優(yōu)化

鑒于以現(xiàn)有原料組分油難以調(diào)合得到高品質(zhì)的98號(hào)汽油,擬優(yōu)化調(diào)合組分油的性質(zhì),主要思路是提高異構(gòu)化汽油的辛烷值、控制重整生成油的芳烴含量、以及外購高辛烷值組分異辛烷,調(diào)合得到滿足國ⅥB標(biāo)準(zhǔn)辛烷值、芳烴含量、氧含量等質(zhì)量指標(biāo)要求的98號(hào)車用汽油。

2.1 重整生成油質(zhì)量優(yōu)化

表3 重整生成油餾分關(guān)鍵性質(zhì)測(cè)試結(jié)果

現(xiàn)0.52 Mt/a二甲苯分離裝置以0.6 Mt/a連續(xù)重整裝置脫烯烴精制后重整生成油為原料,通過重整生成油分餾塔、二甲苯分離塔抽取混合二甲苯后得到含有C5～C7及C9+重芳烴組分的重整汽油餾分,重整汽油餾分中的芳烴體積分?jǐn)?shù)為62%～68%,對(duì)應(yīng)的RON為95.0～97.2。

為了得到符合調(diào)合組分要求的重整生成油,實(shí)際生產(chǎn)過程需要將混合二甲苯于裝置內(nèi)跨線完全改至重整汽油餾分內(nèi),因而會(huì)影響部分混合二甲苯產(chǎn)品的出廠量,損失部分經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 臨氫異構(gòu)化汽油質(zhì)量優(yōu)化

塔河煉化0.3 Mt/a Penex-DIH異構(gòu)化裝置是中國石油化工集團(tuán)有限公司引進(jìn)的首套Penex-DIH工藝裝置,生產(chǎn)RON不低于85.0的異構(gòu)化汽油[7]。

Penex-DIH工藝流程示意見圖1。由圖1可知,經(jīng)精制后的補(bǔ)充氫和輕石腦油混合后進(jìn)入異構(gòu)化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng),低辛烷值的正構(gòu)烷烴轉(zhuǎn)化為高辛烷值的異構(gòu)烷烴,反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入脫異己烷塔(DIH),將產(chǎn)物中辛烷值較低的正己烷(n-C6)和部分甲基戊烷(MP)組分通過DIH下部側(cè)線抽出作為循環(huán)物料返回到異構(gòu)化反應(yīng)器入口進(jìn)一步轉(zhuǎn)化,高辛烷值的二甲基丁烷(DMB)和部分MP從DIH頂部分離出來至DIH回流罐,與DIH底部重組分甲基環(huán)戊烷(MCP)、環(huán)己烷(CH)及C7以上組分混合作為異構(gòu)化汽油產(chǎn)品送出裝置。通過調(diào)整塔頂產(chǎn)物中辛烷值較低的n-C6和部分MP組分,可使異構(gòu)化汽油產(chǎn)品的RON達(dá)到85.0以上[8]。

圖1 Penex-DIH工藝流程示意

臨氫異構(gòu)化汽油由脫異己烷塔回流油、脫異己烷塔塔底油兩部分混合組成。正常生產(chǎn)工況下,脫異己烷塔塔頂回流油量約為22 t/h,塔底油量為2～3 t/h,側(cè)線抽出循環(huán)量約為13 t/h。通過調(diào)整脫異己烷塔塔頂?shù)幕亓髁?、?cè)線抽出返回量及異構(gòu)化反應(yīng)器入口溫度,可以提高出裝置異構(gòu)化汽油辛烷值。

2.2.1脫異己烷塔塔頂回流油質(zhì)量優(yōu)化

脫異己烷塔的主要作用是從穩(wěn)定后的反應(yīng)產(chǎn)品中分離出C6異構(gòu)產(chǎn)物。調(diào)整反應(yīng)器刻苛度,通過增大回流量可降低塔頂物料速率,從而提高低辛烷值物料循環(huán)量使其返回反應(yīng)器進(jìn)一步改質(zhì),進(jìn)而提升脫異己烷塔回流油與出裝置C5/C6異構(gòu)化汽油的辛烷值。優(yōu)化調(diào)整后,將脫異己烷塔塔頂回流量由22 t/h提高至26 t/h,側(cè)線抽出循環(huán)量由13 t/h提高至16 t/h左右,并嚴(yán)格控制塔底抽出量保持在2～3 t/h。調(diào)整后,脫異己烷塔塔頂高辛烷值組分(RON為86.97)分離至回流罐內(nèi),脫異己烷塔側(cè)線抽出的低辛烷值組分返至反應(yīng)器再次反應(yīng),部分脫異己烷塔回流油高辛烷值組分(RON為86.97)與脫異己烷塔塔底的低辛烷值組分(RON約76.80)混合構(gòu)成異構(gòu)化汽油。優(yōu)化調(diào)整前后脫異己烷塔回流油的組成與辛烷值見表4。

表4 優(yōu)化調(diào)整前后脫異己烷塔回流油組分含量及辛烷值變化

由表4可以看出:脫異己烷塔回流油含有辛烷值較高的單體烴,如異戊烷、2,2-二甲基丁烷等,其辛烷值貢獻(xiàn)值相對(duì)較高;通過優(yōu)化調(diào)整,對(duì)油品辛烷值貢獻(xiàn)較高組分的含量增加,如異戊烷組分的體積分?jǐn)?shù)由33.75%提至34.74%,其RON貢獻(xiàn)值增加0.93;2,2-二甲基丁烷組分的體積分?jǐn)?shù)由24.94%提至26.93%,其RON貢獻(xiàn)值增加1.86;優(yōu)化調(diào)整前后,脫異己烷塔回流油RON整體增加約0.85。

雖然脫異己烷塔回流油辛烷值較高,但由于現(xiàn)有裝置沒有相關(guān)抽出流程,因此其無法作為單獨(dú)組分用于高標(biāo)號(hào)汽油的調(diào)合。

2.2.2異構(gòu)化汽油餾分性質(zhì)優(yōu)化

優(yōu)化調(diào)整前后,出裝置異構(gòu)化汽油餾分的組成和RON變化見表5。由表5可以看出:優(yōu)化調(diào)整后,對(duì)油品辛烷值貢獻(xiàn)較高的組分含量增加,如2,2-二甲基丁烷組分的體積分?jǐn)?shù)由22.57%提至26.04%,其RON貢獻(xiàn)值增加3.26;出裝置異構(gòu)化汽油的RON增加0.87。

表5 優(yōu)化調(diào)整前后異構(gòu)化汽油組分含量及辛烷值變化

3 調(diào)合試驗(yàn)方案

通過前期優(yōu)化調(diào)整,獲得了符合調(diào)合組分性質(zhì)要求的組分油,選用重整生成油、正常生產(chǎn)工況下重整汽油餾分(抽取二甲苯)、異構(gòu)化汽油餾分、C9+重芳烴組分、異辛烷調(diào)合組分[10]進(jìn)行98號(hào)車用汽油(國ⅥB)的調(diào)合試驗(yàn)。

為保證試驗(yàn)調(diào)合汽油滿足國ⅥB標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量指標(biāo)要求,并有一定的控制裕量,調(diào)合組分的規(guī)格按照表6控制。由于其蒸氣壓可以依據(jù)重整汽油餾分及異構(gòu)汽油餾分測(cè)量值進(jìn)行適時(shí)調(diào)整,因而忽略其測(cè)算值。

表6 調(diào)合組分性質(zhì)要求

3.1 98號(hào)車用汽油初步調(diào)合試驗(yàn)方案

選用重整生成油、異構(gòu)化汽油餾分、異辛烷、甲基叔丁基醚組分的調(diào)合試驗(yàn)方案見表7;調(diào)合得到98號(hào)汽油的性質(zhì)如表8所示。由表7和表8可以看出,在異構(gòu)化汽油餾分RON由85.3提升至86.1后,并添加異辛烷組分進(jìn)行調(diào)合試驗(yàn),兩種調(diào)合方案得到的調(diào)合樣品的RON比原料優(yōu)化前調(diào)合樣品(表1)提高了近1.3,且芳烴及氧含量也低于內(nèi)控指標(biāo)幅度較大,可調(diào)控裕量較大,且其所有指標(biāo)均達(dá)到98號(hào)車用汽油(國ⅥB)的企業(yè)內(nèi)控指標(biāo)要求。可見,選用上述方案可以調(diào)合得到合格的98號(hào)車用汽油(國ⅥB)。

表7 初步調(diào)合試驗(yàn)方案

表8 初步調(diào)合試驗(yàn)汽油的性質(zhì)

3.2 98號(hào)車用汽油優(yōu)化調(diào)合方案

采用上述初步調(diào)合試驗(yàn)方案,雖可以調(diào)合出合格的98號(hào)車用汽油(國ⅥB),但為得到符合性能要求的重整生成油,需要將出裝置混合二甲苯產(chǎn)品全部改至重整汽油內(nèi),大幅減少混合二甲苯產(chǎn)品出廠量,影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益并增加裝置能耗。而且,初步調(diào)合試驗(yàn)方案中異辛烷的調(diào)合比例高達(dá)22.5%,導(dǎo)致外購原料成本較高。為了在保證正常生產(chǎn)情況下利用現(xiàn)有重整汽油、異構(gòu)化汽油組分等調(diào)合98號(hào)汽油,并降低異辛烷的調(diào)合比例以降低成本,特別優(yōu)化設(shè)計(jì)了以重整汽油餾分(抽取二甲苯)、異構(gòu)化汽油餾分、異辛烷、C9+重芳烴組分、MTBE為原料調(diào)合98號(hào)汽油的方案。

選用重整汽油(抽取二甲苯)、C9+重芳烴組分、MTBE等原料的優(yōu)化調(diào)合試驗(yàn)方案見表9,調(diào)合得到98號(hào)汽油的性質(zhì)見表10。由表9可以看出,選用高辛烷值C9+重芳烴組分進(jìn)行調(diào)合,可將外購異辛烷的調(diào)合比例降至20.5%,比初步方案降低2.0百分點(diǎn)。由表10可知,優(yōu)化方案調(diào)合得到汽油樣品的辛烷值和芳烴含量指標(biāo)也有所改善,氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)比初步方案降低約0.03百分點(diǎn),其他關(guān)鍵指標(biāo)均滿足國ⅥB標(biāo)準(zhǔn)98號(hào)車用汽油的企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。而且,值得說明的是,依據(jù)優(yōu)化調(diào)合試驗(yàn)方案,組分生產(chǎn)裝置無需進(jìn)行改造。

表9 優(yōu)化調(diào)合試驗(yàn)方案

表10 優(yōu)化后調(diào)合汽油的性質(zhì)

4 結(jié) 論

(1)以塔河煉化煉油裝置生產(chǎn)的現(xiàn)有組分為原料,難以調(diào)合得到滿足國ⅥB標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量指標(biāo)要求的98號(hào)車用汽油。

(2)通過優(yōu)化調(diào)整連續(xù)重整裝置及異構(gòu)化裝置操作,提升98號(hào)汽油調(diào)合原料組分油的關(guān)鍵性質(zhì),可以調(diào)合得到滿足GB 17930—2016標(biāo)準(zhǔn)要求的國ⅥB 98號(hào)車用汽油。但為了滿足對(duì)調(diào)合組分性能指標(biāo)的要求,需要對(duì)裝置進(jìn)行改造,嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益并增加裝置能耗。因此,該調(diào)合方案有明顯的劣勢(shì)。

(3)選用現(xiàn)有重整汽油餾分(抽取二甲苯)、優(yōu)化調(diào)整后異構(gòu)化汽油餾分、異辛烷、C9+重芳烴組分、MTBE進(jìn)行98號(hào)車用汽油調(diào)合,可以調(diào)合出滿足GB 17930—2016標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量指標(biāo)要求的98號(hào)車用汽油(國ⅥB),裝置無需改造且外購異辛烷原料調(diào)合比例降低,可減少裝置改造費(fèi)用和汽油調(diào)合成本,提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。