洛阳分公司柴油质量升级瓶颈问题及解决方案

荣国参

摘 要：随着柴油质量升级步伐的加快，中石化洛阳分公司在柴油质量升级方面面临着挑战，催化裂化柴油因为十六烷值低、密度高，成为柴油质量升级关键影响因素，文中经过分析，认为催化柴油通过加氢转化能很好的解决此问题。在目前生产情况下，结合1 800万吨/年t/a炼油改造，根据柴油质量升级时间要求，提出洛阳分公司分为三个阶段进行质量升级，合理优化现有装置加工方案及规划改造后的加工方案满足不同时期柴油质量升级要求。

关 键 词：柴油质量升级；催化裂化柴油；加氢；十六烷值

中图分类号：TQ 426 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1854-04

Abstract： With the quickening pace of diesel quality upgrading， Sinopec luoyang branch is facing many challenges in terms of diesel quality upgrading.Catalytic cracking diesel oil has high low cetane number and high density， so it has become a key influencing factor of diesel quality upgrading.The analysis results show that catalytic diesel hydrogenation conversion can be a very good solution to this problem. In the current production situation， combined with transformation of 18 Mt/a refinery， according to the requirements of diesel quality upgrading time， quality upgrading plan of Sinopec Luoyang branch was divided into three stages， the production scheme of existing equipments was optimized， and transformed scheme satisfied the requirements of diesel quality upgrading.

Key words： diesel quality upgrading； catalytic cracking diesel oil； hydrogenation； cetane number

近年来，随着环保法规的日趋严格，柴油低硫化成为世界各国和地区柴油新规格的发展趋势。例如，1993年欧洲柴油标准的硫含量为<2 000 μg/g，经多次调整标准后至2009年已要求柴油硫含量小于10 μg/g。我国原轻柴油规格对柴油硫含量的要求是2 000 μg/g，经2005年，2013年和2015年三次修订标准后，全国车用柴油于2015年1月1日起执行国Ⅳ标准，并将于于2017年1月1日起执行国Ⅴ标准（即要求车用柴油硫含量小于10 μg/g，十六烷值不小于51，多环芳烃含量不大于11%），其中东部11省市则提前到2016年执行国Ⅴ标准，。届时我国车用柴油排放标准在硫含量、十六烷值及多环芳烃含量等主要指标将与欧Ⅴ标准相同，。总体说来，柴油产品质量标准总体发展趋势是低硫、高十六烷值及低多环芳烃[1]。中国柴油质量指标见表1。

在我国柴油产品质量升级过程发现，硫含量和十六烷值是制约柴油产品质量升级的重要瓶颈。这一方面是由于我国大量加工进口高硫原油，使得各个馏分的硫含量也大幅度上升，硫含量成为我国柴油产品质量升级换代的关键制约因素之一；另一方面，为了提高轻质馏分油收率，我国催化裂化装置年加工能力目前已经超过1亿吨，仅次于美国。在柴油产品构成中，催化柴油占25%左右。，近年来，随着国内加工原油日益重质化，催化裂化所加工的原料也日趋重质化和劣质化，加之许多企业为了达到改善汽油质量或增产丙烯的目的，对催化裂化装置进行了改造或提高了催化裂化装置的操作苛刻度，导致催化裂化柴油的质量更加恶化，主要体现在催化柴油芳烃含量高、十六烷值低和密度大，是劣质的柴油组分，占比过大也成为也是柴油产品质量升级的另一个关键制约因素[2]。此外，由于我国早期柴油产品标准低，上世纪末期及本世纪初期建成的柴油加氢装置设计产品标准低，因而装置设计空速高，超深度脱硫难度大，难以满足装置满负荷条件下生产国Ⅳ和国Ⅴ标准柴油的要求。如何经济合理地生产国Ⅳ和国Ⅴ柴油将是我国目前和今后一定时期内炼油业需要重点解决的难题。洛阳分公司柴油质量升级的关键难点是针对即将开始的1 800万t/a吨/年炼油改造，如何合理优化现有装置加工方案及规划改造后的加工方案满足不同时期质量升级要求。

此外，由于我国早期柴油产品标准低，上世纪末期及本世纪初期建成的柴油加氢装置设计产品标准低，因而装置设计空速高，超深度脱硫难度大，难以满足装置满负荷条件下生产国Ⅳ和国Ⅴ标准柴油的要求。如何经济合理地生产国Ⅳ和国Ⅴ柴油将是我国目前和今后一定时期内炼油业需要重点解决的难题。洛阳分公司柴油质量升级的关键难点是针对即将开始的1800万吨/年炼油改造，如何合理优化现有装置加工方案及规划改造后的加工方案满足不同时期质量升级要求。

1 洛阳分公司柴油质量升级瓶颈问题分析

洛阳分公司现有两套柴油加氢装置，一套100万t/a吨/年催化柴油加氢装置及一套260万吨/年t/a柴油加氢装置。其中260万吨/年t/a加氢装置于2010年10月建成投产，设计原料油为79%直馏柴油与21%焦化汽柴油混合油，原料油干点为350 ℃，产品标准为国Ⅲ标准。，因而设计空速较高（主催化剂体积空速2.44 h-1），只有通过降低处理量尤其是降低催化柴油比例或提高反应温度才能满足生产国Ⅴ柴油的要求；。此外，由于上游焦化装置添加含硅消泡剂，使得杂质硅随焦化汽柴油进入加氢装置，易造成催化剂永久性中毒失活，影响催化剂使用寿命、再生催化剂活性恢复及超深度脱硫效果[3， 4]。1 800万吨t炼油改造完成后，需要加氢的原料油总量增加至581.8万t/a吨/年，加氢能力严重不足，需要新建加氢装置才能满足油品精制的要求。总体而言，催化柴油比例高、超深度脫硫加氢能力不足、原料油终馏点上升及焦化汽柴油含硅是洛阳分公司柴油产品质量升级的瓶颈问题。

1.1 原料油终馏点变化对柴油超深度脱硫的影响

由于硫含量及硫化物分子结构的复杂性均随柴油馏分终馏点升高而增加，因此，原料油95%馏出点及终馏点温度的增加将显著增加深度脱硫难度。表2 列出了不同典型硫化物相对脱硫速率及其存在的馏程范围[5]。从表21中不同硫化物存在的馏程范围及相对脱硫速率可见，反应速率低、具有空间位阻结构、难脱除的4，6-二甲基二苯并噻吩及2，4，8-三甲基二苯并噻吩类硫化物主要存在于大于357 ℃的馏分中，降低柴油馏分的终馏点相当于切出了该类难脱除的硫化物，从而可有效降低脱硫难度，实现稳定生产超低硫柴油的目标。

1.2 催化柴油对柴油质量升级的影响

催化裂化工艺技术的主要特点是对进料中的链烷烃和环烷烃进行裂解，对芳烃基本不具备破环的能力，因此在催化柴油中富集了大量稠环芳烃。表32为柴油构成中几类不同柴油的主要性质对比，从表中数据可以看出，由于催化柴油芳烃含量高，导致其密度大、十六烷值低，是性质最差的柴油调和组分。

现阶段洛阳分公司催化柴油在柴油构成中所占比例为24.2%，按照规划1 800万吨t炼油改造完成后，还将新建一套350万t/a吨/年催化裂化装置，届时催化柴油占比将继续增大。催柴占比过大相应带来的柴油密度过大和十六烷值低等问题将不容忽视。

图1是一种典型的以中东原油减压蜡油和渣油为原料生产的催化裂化柴油中芳烃的分布情况。从图1可以看出，催化裂化柴油中富含了大量的芳烃，其芳烃的分布具有以下特点：总体而言，馏分中以二环芳烃居多，随着催化裂化柴油馏分逐渐变重，组分中单环芳烃逐渐减少，多环芳烃所占比例逐渐增加，二环芳烃则主要集中在大于290～300℃以上的馏分中，三环芳烃主要集中在>350℃的重馏分中。

从图2可见，催化裂化柴油的氮含量在>330℃后有陡增的趋势， >350℃馏分氮含量已经接近4000ppm，这也给催化裂化柴油的加工带来了较大的难度。为了降低催化柴油加工难度，利用现有装置生产国Ⅴ柴油时最好控制催化柴油干点≯350℃。

2 洛阳分公司柴油质量升级解决方案

洛阳分公司柴油质量升级包括两个阶段：第一阶段，现有600万吨/年t/a加工能力下如何利用现有两套加氢装置满足不同时期柴油质量升级要求；第二阶段，1 800万t吨炼油改造完成后，由于新上400万t/a吨/年渣油加氢装置及350万t/a吨/年催化裂化装置，催柴比例将增加，且增加了39万t/a吨/年十六烷值较低的渣油加氢柴油，需要整体规划新建柴油加氢装置柴油加工方案。

2.1 现有原油加工能力条件下柴油质量升级方案

洛阳分公司现阶段600万t/a吨/年加工能力时需要加氢精制的原料油构成及性质见表43。

从表43可见，现阶段600万t吨炼油能力时的催柴比例为24.2%，催化柴油干点已从2014年的380℃左右降低至不大于365 ℃。目前需要加氢精制的柴油馏分总计189.02万t/a吨/年，加上10.37万t/a吨/年焦化石脑油，总计需要加氢精制的原料油199.39万t/a吨/年，相当于260万t/a吨/年装置设计负荷的76.7%。由于从中原分公司购入部分密度较低、十六烷值高的直馏柴油，有利于整体十六烷值及密度平衡，混合后柴油密度为857.7 kg/m3，十六烷值为48.1。柴油原料的十六烷值及密度离国Ⅳ标准相差不多。因此，采用260万t/a吨/年加氢装置加工199.4万t/a吨/年原料油，相当于装置总体积空速为1.28 h-1，只要控制好催化柴油干点不大于365 ℃，只开260万t/a吨/年加氢装置应可以满足现阶段生产国Ⅳ标准柴油的要求。

2016年下半年以后，洛阳石化分公司将会面临柴油质量升级到国Ⅴ的问题，则需要面临现有两套柴油加氢装置如何通过原料油优化满足生产国Ⅴ车柴的要求问题。由于国Ⅴ车柴要求十六烷值≮51，为了进一步降低柴油密度和提高十六烷值，洛阳分公司考虑可将全部催化柴油共计46万吨/年集中到100万t/a吨/年装置进行改质；260万t/a吨/年加氢装置则主要加工直柴与焦化汽柴油混合油，同时总空速也会进一步降低至1.0 h-1，完全可以满足生产国Ⅴ柴油的要求。

因此，从260万t/a吨/年加氢装置现有运行情况看，催化柴油切轻后，其密度从原来的0.94～0.95 g/cm3左右降低至目前的0.92～0.93 g/cm3，大大降低了装置生产国Ⅳ柴油时的反应温度，同时催柴比例也得到降低。合理利用现有两套加氢装置，可以满足600万t/a吨/年原油加工能力时不同时期柴油产品质量升级的要求。

2.2 1 800万t/a吨/年炼油改造后的柴油质量升级方案

洛阳分公司1 800万t/a吨/年炼油改造后需要加氢精制的原料油构成及性质见表54。

从表54可见，1 800万吨t炼油改造完成后，需要加氢的原料油共计581.1万吨t，势必需要新建加氢装置增加加氢能力。由于柴油池中催柴比例达到25.1%，且增加了十六烷值较低的渣油加氢柴油6.8%，使得十六烷值成为制约洛阳分公司柴油质量升级的关键主要影响因素。

通过对国内现有技术及其他企业升级加工路线的了解，抚研院开发的催化柴油转化技术已在金陵分公司应用近30个月，可以将高芳烃催化柴油加氢转化为高辛烷值清洁汽油或高芳烃含量化工原料，通过有效降低劣质柴油比例提高柴油产品整体质量，同时还能生产附加值较高的汽油或芳烃，比较适合洛阳分公司。

为了满足1 800万t/a吨/年炼油改造后柴油质量升级要求，提出如下方案：1）可采用抚研院开发的高芳烃催化柴油加氢转化技术，将催化柴油集中加工，新建一套150万t/a吨/年催化柴油加氢转化装置；2）新建一套压力等级为8.0 MPa的260万t/a吨/年加氢装置，主要加工2#常减压直柴及渣油加氢柴油混合油（可加工买自中原油田的直馏柴油24万t/a吨/年）；3）现有260萬t/a吨/年加氢装置降低处理量至206万t/a吨/年，加工1#常减压直柴及焦化汽柴油混合油。

因此，洛阳分公司柴油质量升级时间也可分为三个阶段：第一阶段，在当前全厂600万t/a吨/年原油加工能力负荷下，只开260万t/a吨/年柴油加氢装置交替生产国Ⅳ车柴和普柴；第二阶段，在1 800万t/a吨/年扩能改造完成前，100万t/a吨/年加氢装置采用催柴改质技术， 现有260万t/a吨/年柴油加氢不做改造，适当降低空速，满足全部生产国Ⅳ和国Ⅴ车柴的要求；第三阶段， 1 800万t/a吨/年炼油扩能改造完成后，由于需要加氢精制的原料油增加至581.8万t/a吨/年，且催柴比例增加至25.1%，需要新建兩套加氢装置：即一套260万t/a吨/年常规柴油加氢和一套150万t/a吨/年催化柴油加氢转化装置，现有100万t/a吨/年催柴加氢装置可改为航煤加氢。

届时3套加氢装置规划的原料油优化加工方案详见表65～-表87。

2.3 新建150万吨/年催柴加氢转化装置效果预测

催化柴油加氢转化技术在金陵分公司、茂名分公司实现了工业应用，柴油和汽油收率可以根据氢耗、市场等情况进行调整，一般转化率可以控制在30%～70%之间，也可以根据柴油收率的需要，控制较低的转化率，以降低氢耗。

新建150万吨/年催柴加氢转化装置投产后，催化柴油主要来自1#、2#、3#催化裂化装置，结合金陵分公司催柴加氢转化装置实际情况，对洛阳分公司新建催柴加氢转化装置产品质量进行预测（见表9）。

2.3 1 800万t炼油改造后全厂柴油调和后的产品质量

按照既定柴油质量升级方案，经过程模型软件预测，洛阳分公司新建260万t/a加氢装置及150万t/a柴油加氢装置投产后，三套加氢装置精制柴油调和后计算的十六烷值大于51，可以全部调和成国V标准车用柴油，调和后柴油产量大约为553万t/a，详见表8所示。

3 结 论

洛阳分公司柴油产品升级到国Ⅴ标准的瓶颈问题有四点包括：1）现有加氢装置设计工况较为缓和，在应对更为苛刻的国V柴油质量升级时有难度总体超深度加氢能力不足，生产超低硫柴油需要运行现有两套柴油加氢装置，或新建加氢装置来解决；2）催柴比例在柴油构成中所占比例较高高，达到25%左右，其大密度和低十六烷值成为制约柴油质量升级的主要因素其十六烷值低、密度高影响车柴比例，同时影响普柴质量升级对十六烷值的要求，需要建设一套150万吨/年催化柴油加氢转化装置，将低十六烷值、高密度的催化柴油部分转化为高附加值的高辛烷值汽油调合组分或化工原料；3）扩能改造后，现有加氢能力不能满足要求现有260万吨/年加氢装置掺炼加工焦化汽柴油，焦化装置在处理量较高时，因分馏塔分离精度等问题，需要加入一定量的消泡剂，硅将会带入焦化汽柴油进入柴油加氢装置，硅沉积造成催化剂中毒失活，加快催化剂失活速率并影响装置运行周期。为了满足柴油产品质量升级及加氢装置长周期稳定运行的要求，需要加强上游焦化装置消泡剂管理；4）现阶段可通过降低催化柴油及焦化柴油干点满足现有加氢装置不改造生产国Ⅴ柴油的要求。

洛阳分公司在充分认识自身柴油质量升级难点的基础上，结合即将开始的1 800万t/a吨/年炼油改造工程，通过合理优化现有装置加工方案及规划改造后的加工方案，分阶段制定了经济、可行的柴油质量国V升级方案。

参考文献：

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