催化裂化柴油回煉生產高辛烷值汽油組分工藝

張金霞

（中國石化 北京燕山分公司煉油廠，北京 102500）

中國經濟結構的調整使得柴油消費增速低于汽油消費增速成為常態，“十二五”期間消費的柴油/汽油比例已明顯降低，從2010年的2.17%降至2014年的1.61%，2015年又降至1.46%，預計2020年降至1.10%［1］。另一方面，為改善空氣質量，減少機動車排氣污染，國內高標準清潔車用汽柴油標準陸續出臺并實施［2］。我國2017年全面實施國Ⅴ汽油和柴油標準，2019年全國推行國Ⅵ汽油和柴油標準［3］。

在我國，催化裂化柴油仍是主要的柴油調和組分，約占柴油總量的25%（w）［4-5］。催化裂化柴油具有密度高、芳烴含量高、十六烷值低（一般不大于30）、氧化安定性差、硫氮含量偏高等特點，與清潔車用柴油標準存在較大差距［6-8］。世界原油重質化、劣質化趨勢愈加明顯，高硫原油比例增加，此外為了提高汽油、液化氣和丙烯收率，催化裂化裝置的操作苛刻度也不斷提高，導致催化裂化柴油質量越來越差［9］。因此，如何壓減或轉化催化裂化柴油，以適應未來柴油和汽油的需求變化，對保證我國成品油市場的供需平衡以及環境保護具有重要意義［10］。

近年來，國內外專家對將低價值的催化裂化柴油轉化為高辛烷值汽油或輕芳烴組分進行了大量研究。UOP公司在20世紀80年代提出了J-Cracking工藝［11］。Mobil Oil公司提出采用加氫和催化裂化組合技術以催化裂化柴油為原料生產富含芳烴的汽油［12］。ExxonMobil Research and Engineering Company提出了將催化裂化柴油先加氫再進行催化裂化以生產芳烴和輕烯烴的工藝［13-15］。上述技術普遍存在的問題是汽油組分中芳烴含量低，影響汽油的辛烷值，從而限制了技術的工業化應用。中國石化石油化工科學研究院近年開發了催化裂化柴油轉化為高辛烷值汽油組分或輕質芳烴的技術，該技術先將催化裂化柴油加氫再催化裂化［16］，于2016年進行工業化應用。但該技術的應用使催化裂化裝置的能耗和物耗增加，煉油系統的氫耗增加，影響了氫氣管網平衡。

本工作介紹了中國石化北京燕山分公司開發的催化裂化柴油回煉生產高辛烷值汽油組分工藝，以及該工藝在中國石化北京燕山分公司2.0 Mt/a重油催化裂化裝置的應用情況。該工藝通過優化裝置現有流程和工藝參數，將催化裂化柴油轉化為高辛烷值汽油，實現汽油收率最大化和壓減柴油的目的。

1 回煉工藝介紹

1.1 回煉工藝流程

中國石化北京燕山分公司2.0 Mt/a重油催化裂化裝置由五大部分組成，即反應-再生系統、分餾系統、吸收穩定系統、煙氣能量回收系統和雙脫（脫硫及脫硫醇）系統。采用高低并列式兩段再生技術：一段貧氧再生，二段富氧再生。該裝置采用新鮮原料分層進料、新型高效霧化噴嘴、催化裂化柴油轉化為高辛烷值汽油技術噴嘴、提升管出口粗旋快分等先進技術，第三級旋風分離器前設高溫取熱爐，余熱鍋爐后設煙氣除塵脫硫塔。該裝置的工藝流程見圖1。

圖1 回煉工藝流程Fig.1 Flow of recycle process.

混合原料經原料噴嘴進入提升管，與再生催化劑接觸進行催化裂化反應，生成輕質產品（液化氣、汽油、柴油）、油漿、干氣及焦炭。反應-再生系統的產物進入分餾系統，經分餾后，得到富氣、粗汽油、輕柴油、重柴油、回煉油和油漿。富氣和粗汽油去吸收穩定系統，輕柴油（即催化裂化柴油）進提升管回煉，重柴油出裝置。回煉油返回反應-再生系統，油漿一部分返回分餾塔，一部分出裝置。富氣和粗汽油進入吸收穩定系統后，經過吸收、精餾作用分離出干氣、液化氣和穩定汽油。干氣和液化氣進入雙脫系統進行脫硫及脫硫醇精制，穩定汽油出裝置。煙氣能量回收系統利用煙氣輪機將高速煙氣的動能轉化為機械能，利用余熱鍋爐回收煙氣顯熱，用以發生蒸汽。采用這些措施后，裝置能耗大幅降低。

1.2 原料性質

該裝置的新鮮原料是減壓渣油和加氫蠟油的混合原料，摻入減壓渣油的比例約20%（w）。原料性質見表1。由表1可知，原料中芳烴含量較高，這些組分為汽油前體，是控制汽油收率和辛烷值的關鍵。原料的膠質、瀝青質、殘炭含量不高，重金屬含量較低，說明摻入減壓渣油的比例適中。原料的主要問題是氫含量較低、飽和烴含量偏低，這與摻煉減壓渣油有關，造成反應條件的苛刻度增加，影響產品分布和產品質量。

催化裂化柴油的性質見表2。

表1 原料的性質Table 1 Properties of feedstock oil

表2 催化裂化柴油的性質Table 2 Properties of cracking diesel

由表2可知，催化裂化柴油富含單環芳烴和飽和烴，單環芳烴占37.8%（φ）、飽和烴占21.2%（φ），汽油潛在組分達59%（φ）。單環芳烴是很好的高辛烷值組分，在催化裂化反應中，單環芳烴發生側鏈斷裂反應，生成的短側鏈烷基苯進入汽油組分中。飽和烴在催化裂化反應中生成較小分子的烯烴和烷烴，有利于提高汽油品質。

1.3 回煉工藝條件

回煉催化裂化柴油期間，裝置新鮮進料量為240～250 t/h，催化裂化柴油回煉量為20 t/h。回煉前后的主要工藝條件如表3所示。由表3可知，回煉催化裂化柴油后，原料的裂化性能稍微變差，為了多產汽油和液化氣組分需要控制較高的轉化率，因此一反和二反的溫度有所提高，原料預熱溫度提高，第一再生器密相溫度和第二再生器密相溫度基本不變，反應條件苛刻度提高。分餾系統和吸收穩定系統工藝條件基本維持不變。

表3 催化裂化柴油回煉前后主要的工藝條件Table 3 Main process conditions before and after catalytic cracking diesel recycling

1.4 催化劑性質

該裝置使用沸石催化劑RCGP-1YS，該型號催化劑具有良好的活性、選擇性、穩定性、抗重金屬污染能力及機械強度。在實際生產過程中，催化劑使用性能會保持在一個穩定的水平。催化裂化柴油回煉前后催化劑的性質如表4所示。

從表4可看出，回煉催化裂化柴油前后，催化劑的活性分別為61.15%和64.79%；碳質量分數低于設防值0.05%（w）；重金屬Fe的含量分別為5 614 μg/g 和 5 440 μg/g，Ni的 含 量 分 別 為 7 896 μg/g 和 6 892 μg/g，V 的含量分別為 5 271 μg/g 和6 198 μg/g，Na的含量分別為 2 724 μg/g 和 3 235 μg/g，Fe、Ni和Sb含量降低。整體來看，催化裂化柴油回煉后催化劑保持了較高的活性。

2 工藝應用效果

催化裂化柴油回煉前后主要產品的性質如表5所示。

表4 催化裂化柴油回煉前后催化劑的性質Table 4 Catalyst properties before and after catalytic cracking diesel recycling

由表5可知，穩定汽油中飽和烴含量有所增加，由7.20%（φ）增至7.82%（φ）；烯烴含量有所增加，由16.4%（φ）增至20.3%（φ）；芳烴含量顯著增加，由20.97%（φ）增至33.02%（φ）；苯含量增加，由0.81%（φ）增至0.88%（φ）。研究法辛烷值由89.6提高到90.8。液化氣中丙烯含量降低，氫轉移指數（異丁烷/異丁烯比值）由3.55升至4.05，氫轉移反應增加，說明催化劑活性控制較好，油品中烯烴含量減少。催化裂化柴油密度增大、油漿密度減小，說明催化裂化柴油回煉后催化裂化反應深度降低，導致柴油組分變重，油漿組分變輕，可進一步提高反應苛刻度。

催化裂化柴油回煉前后主要產品分布如表6所示。由表6可知，在裝置加工量和摻入減壓渣油的比例基本一致的情況下，按照0.35%（w）的比例回煉催化裂化柴油，物料平衡出現變化：穩定汽油收率提高，由41.05%（w）提高至44.10%（w）；柴油收率降低，由21.50%（w）降至17.90%（w）；液化氣收率由19.01%（w）提高至20.02%（w）；干氣收率由3.53%（w）提高至3.88%（w）；生焦收率由9.15%（w）降至8.36%（w）；油漿收率和損失基本持平。

表5 催化裂化柴油回煉前后主要產品的性質Table 5 Product properties before and after catalytic cracking diesel recycling

表6 催化裂化柴油回煉前后主要產品的分布Table 6 Product distribution before and after catalytic cracking diesel recycling

3 結論

1）催化裂化裝置回煉催化裂化柴油后，汽油收率和液化氣收率提高、柴油收率降低，實現了增產高附加值產品和壓減柴油的目的。

2）催化裂化裝置回煉催化裂化柴油后，穩定汽油中苯含量由0.81%（w）增至0.88%（w），芳烴含量由20.97%（w）增至33.02%（w），研究法辛烷值提高1.2，說明回煉催化裂化柴油有效提高了汽油的辛烷值。

3）回煉催化裂化柴油的過程中，工藝條件有所變化，反應溫度提高，催化劑活性增強，說明回煉催化裂化柴油需要采取較苛刻的工藝條件，提高反應深度。