LTAG聯合裝置中催化柴油改質單元生產國Ⅵ車用柴油研究

張博

中國石化北海煉化有限責任公司 廣西 北海 536000

某煉化企業LTAG聯合裝置中65萬t/a催化柴油加氫改質單元設計以催化柴油為原料，通過多環芳烴加氫飽和、脫硫、脫氮等反應，生產滿足LTAG 聯合裝置催化單元要求的加氫柴油組分，最終再經催化裝置將加氫柴油轉化為高辛烷值汽油或輕質芳烴等產品，從而實現增產汽油，降低柴汽比的目標。但在不同市場條件下，生產汽油和柴油的相對效益會發生變化。同時企業僅有一套柴油加氫裝置可以生產車用柴油產品，一旦柴油加氫裝置需停工檢修，將面臨柴油加氫原料無法處理，被迫全廠停工的問題。為根據市場情況靈活調節柴汽比，實現效益最大化，同時提升生產穩定性，企業嘗試通過工藝調整，實現催化柴油加氫改質裝置生產國Ⅵ車用柴油。

1 催化柴油加氫改質裝置簡介

1.1 工藝介紹

催化柴油加氫改質裝置采用石油化工科學研究院開發的催化柴油加氫處理脫硫脫芳烴SSHT技術，通過兩個反應器串聯操作、部分循環的流程，在中壓下實現催化柴油脫硫脫氮、飽和多環芳烴等功能，最終再經催化單元將加氫柴油轉化為高辛烷值汽油或輕質芳烴。裝置設計新鮮進料量77.4t/h，循環油量50t/h。

1.2 裝置流程簡介

外來催化柴油與單元內部循環油混合后先與反應產物換熱，再經加熱爐升溫至反應所需溫度后依次進入第一反應器和第二反應器。反應產物與混合原料換熱后依次進入高壓分離器和低壓分離器。低分油先進入脫硫化氫汽提塔，之后進入產品分餾塔。分餾塔塔頂產品為精制石腦油，塔底產品為精制柴油。（見圖1）

圖1 催化柴油加氫改質裝置流程

2 催化柴油改質裝置生產車用柴油工藝調整

催化柴油加氫改質裝置在正常工況下生產的精制柴油僅作為LTAG聯合裝置中催化單元的原料，因此對硫含量、十六烷指數、多環芳烴含量指標要求較低，具體情況見表1。

從上表中可以看出，裝置在正常工況下生產的精制柴油與國Ⅵ車用柴油相比，僅有密度、硫含量和十六烷指數三項指標不合格。其中硫含量為15.7mg/kg，與車柴標準相差不大，可以通過調整反應深度滿足標準。密度為903.6kg/m3，十六烷指數為26.1，這兩項指標與車柴標準相比差異過大，僅通過調整反應深度無法實現合格，還需要調整原料組成，降低原料密度，提高原料十六烷指數[1]。按以上思路，對裝置進行了相應工藝調整。

2.1 進料量調整

正常工況下，裝置的新鮮進料為50t/h，循環油75t/h，反應器總進料量125t/h。生產車柴期間，為最大化柴油產量，將新鮮進料量調整為135t/h，同時停循環油。

2.2 原料組成調整

正常工況下，裝置進料全部為催化柴油，其密度偏高達到了1002.09kg/m3，十六烷指數偏低僅有16.8。這兩項指標與國Ⅵ車用柴油標準相差較大，無法通過調整反應深入實現指標合格。為保證精制柴油密度和十六烷指數合格，生產車柴期間，將部分直餾柴油和焦化柴油改進裝置。兩種工況下的原料比例對比見表2。

表2 兩種工況下原料組成對比

調整后裝置的原料油性質明顯變好，密度由1002.09 kg/m3下降到853.7 kg/m3，十六烷指數由16.8提高到了42.7，硫含量從2.67%下降到0.84%，氮含量由583.89mg/kg下降到450mg/kg，多環芳烴含量由74.21%下降到19.1%，總芳烴含量由85.52%下降到36.82%。

2.3 工藝參數調整

反應器入口溫度：正常工況下第一反應器入口溫度為276℃。生產車柴時，由于原料中的硫、氮、芳烴等含量較低，加氫放熱反應少，反應溫升不足，為保證足夠的反應深度，將第一反應器入口溫度提高到307℃。

汽提塔蒸汽用量：正常工況下汽提塔汽提蒸汽用量為1.8t/h，生產車柴時，為確保硫化氫全部分離以滿足車用柴油標準，將汽提蒸汽用量提高至2.6t/h。

分餾塔溫度：生產車柴時，由于原料含直餾柴油，因此加氫裂化反應較多，加氫石腦油產量較大，為保證柴油閃點合格將分餾塔塔頂溫度由112.2℃提高到126.9℃，塔底溫度由222.3℃提高到238.2℃。

3 結果分析

3.1 裝置物料平衡

兩種工況下的物料平衡對比見表3。從表中可以看出，車柴工況下的氫氣用量占進料比例為1.06%，明顯小于正常工況，主要是由于車柴工況下原料中硫、氮及芳烴等含量較低，加氫反應氫耗少。與之相應產物中的硫化氫、NH3占比也較小。另外車柴工況下C1-C4收率合計0.32%，C5+石腦油的收率達到了2.66%，與正常工況相比明顯增加，主要原因是原料中含有較輕直餾柴油和焦化柴油，原料裂解性增加，因此產生的輕組分較多。

表3 兩種工況下的物料平衡對比

3.2 精制柴油性質

工藝調整后，精制柴油各項指標均滿足國Ⅵ車用柴油標準，其中硫含量下降至2.5mg/kg、十六烷指數上升至48.7，密度下降至832.2 kg/m3、多環芳烴含量下降至0.9%。

3.3 裝置脫硫、脫氮及芳烴飽和情況

兩種工況下脫硫、脫氮及芳烴飽和情況對比見表4。可以看出兩種工況下的脫硫率、芳烴飽和率相差不大，都較高，說明催化柴油改質裝置的脫硫能力及芳烴飽和能力較強。但車柴工況下脫氮率為84.34%，明顯低于正常工況。主要原因是加氫脫氮反應難度大，需更多的反應時間[1，2]。正常工況下循環油量大，對新鮮進料反應空速低，因此脫氮率較高。

表4 兩種工況下硫、氮脫除率和芳烴飽和率對比

4 總結

通過對催化柴油加氫改質裝置生產國Ⅵ車用柴油的實踐及分析，可以得出以下結論：

（1）通過工藝調整，可以實現利用催化柴油改質裝置生產國Ⅵ車用柴油。

（2）進行工藝調整時，重點需對原料組成進行調整，增加直餾柴油和焦化柴油比例，降低原料密度并提高原料十六烷指數。同時需對反應器入口溫度、汽提塔蒸汽用量、分餾塔溫度等工藝參數進行相應調整。

（3）催化柴油改質裝置在車柴工況下，氫耗減少，產物中硫化氫、NH3相應增加。同時由于裂化反應增加精制石腦油產率上升。

（4）在車柴工況下，脫硫率、多環芳烴飽和率及總芳烴飽和率可以維持較高水平，但是脫氮率將明顯下降。