柴油馏分各品质状态的价值评估

刘初春

(大连西太平洋石油化工有限公司，辽宁 大连 116600)

项目评价

柴油馏分各品质状态的价值评估

刘初春

(大连西太平洋石油化工有限公司，辽宁 大连 116600)

石油炼制过程中汽油、柴油等成品油通常是由一个或几个装置生产的一个或几个馏分调和而成的，而各馏分价格难以掌握，准确确定各馏分在不同品质状态下的合理价格对评价某特定装置运行的经济性及全厂优化运行的水平具有重要意义。文章通过掌握各柴油馏分性质、选择合适的加工路线、了解柴油馏分处理改质的主要成本(氢耗)等途径评估各柴油馏分所处品质状态的合理价值。

柴油馏分 加氢处理 加氢改质 氢耗 加工成本

炼厂中柴油馏分通常有常减压直馏柴油馏分、催化裂化柴油馏分、焦化柴油馏分、加氢裂化柴油馏分等符合柴油馏程要求的组分。在油品质量不断升级的大环境下，直馏柴油、催化柴油和焦化柴油必须经过处理和改质后，才能采用合适比例调和生产出各种规格的成品柴油。不同柴油馏分的烃组成、分子结构、硫氮等杂质含量差异很大，由此造成处理、改质达到“接近”的性能品质需要不同的加工成本，尤其是产品质量升级后成本差别更大。

由于身处市场激烈竞争的环境，各炼厂都在追求采取最经济的技术方案生产出合格产品或优质产品，何种方案最经济需要用线性规划(LP)模型进行论证优化。新投资建设的装置对原料、产物要建立科学的价格体系，从而对其经济性进行准确的评估。精准的论证优化、评估需要得到各馏分在某一品质状态的合理价值，尤其像性质差别很大的柴油馏分更有必要，论证优化的结果是为了高水平的“导航”炼厂，避免管理的盲目性，不断保持和提升竞争力。

1 柴油池馏分处理前典型性质及处理、改质路线

1.1 炼厂主要柴油馏分的典型性质

常减压直馏柴油馏分、催化裂化柴油馏分、焦化柴油馏分、加氢裂化柴油馏分的典型性质见表1。

表1 柴油馏分的主要性质

由表1可看出：各柴油馏分性能差异大，如加氢裂化柴油馏分已属于高品质柴油组分，它的十六烷值指数高，硫质量分数低于10 μg/g，芳烃质量分数低，密度适中，可直接作为国Ⅴ柴油调和组分；直馏柴油馏分密度、十六烷值和芳烃质量分数接近柴油产品标准，但硫质量分数达1.34%，需进行加氢精制脱硫才能符合质量规格；催化柴油芳烃质量分数达57%，密度为934.6 kg/m3，十六烷值指数仅为22.4，硫质量分数达0.54%，需进行深度加氢改质才能符合质量规格；焦化柴油品质介于直馏柴油和催化柴油之间，需要加氢精制或改质才能符合质量规格。

1.2 柴油馏分加氢路线

以生产国Ⅴ柴油为例，除加氢裂化所产柴油馏分外，直馏柴油、催化柴油和焦化柴油均不满足国Ⅴ标准。对于不满足质量标准的柴油馏分，目前最普遍采用的方法是通过加氢提升质量，包括柴油深度加氢脱硫技术、低成本柴油加氢精制技术、中压加氢改质技术、选择性加氢裂化技术等。对于不同的原料柴油馏分，选择合适的加氢路线，优化操作条件，有利于氢气的合理消耗，从而控制质量成本、实现最大效益。

国Ⅴ柴油标准的主要指标见表2。

表2 国Ⅴ柴油标准主要指标

2 柴油馏分处理改质的氢耗分析

2.1 氢耗及合理氢耗

氢耗意指油品加氢反应过程中单位原料所消耗的氢气量，包括消耗在化学反应、溶解损失、设备漏损和废氢排放的氢量。其耗量主要与原料的品质(包括杂质含量)、产品脱除杂质的深度及产品结构有关，其中化学耗氢占比达95%以上。

合理氢耗指油品加氢反应过程中实现期望目标的氢耗，如劣质的催化柴油馏分经加氢改质，若期望目标产品是生产优质的柴油，则副产的石脑油、C1～C4等小分子烃所消耗的氢就属于“不合理氢耗”；若所期望目标产品是生产优质的柴油和石脑油，则副产的C1～C4等小分子烃所消耗的氢属于“不合理氢耗”，当然设备漏损、废氢排放也属于“不合理氢耗”。

加氢处理改质过程中氢气消耗的费用在总成本中占据绝对地位，但不能简单地追求低氢耗，而要追求具有经济性的合理氢耗。

2.1.1 烃类改质的化学氢耗[1]

柴油馏分中烃类组成及烃类自身的分子结构决定柴油的物化性质，如高含量的多环、单环芳烃柴油馏分其密度大、十六烷值低。以不同种类碳十烃(萘芳烃、环烷烃、烷烃)为例，萘分子中氢质量分数低，若加氢饱和变成十氢萘，理论氢耗为875 m3/t，密度降低265.3～292.3 kg/m3，性质发生了较大变化；若进一步加氢，十氢萘开环变成正葵烷，理论氢耗为324 m3/t，密度下降了139.7～166.7 kg/m3。因分子结构发生了较大的变化，氢耗变化与密度变化并不成比例关系，但具有强的负相关性。

正常柴油馏分芳烃饱和的氢耗约为：4.8×(进料与生成油体积含量的差值)m3/m3(进料)。

正常柴油馏分烯烃饱和的氢耗约为：1.18×(进料与生成油溴价单位的差值)m3/m3(进料)。

2.1.2 脱除硫、氮、氧的化学氢耗

脱除硫、氮的化学反应为：

反应机理和工业运行表明，脱除硫、氮、氧的理论化学氢耗分别为：(18～23)×(进料与生成油含硫质量分数的差值)m3/m3(进料)；62×(进料与生成油含氮质量分数的差值)m3/m3(进料)；44.5×(进料与生成油含氧质量分数差值)m3/m3(进料)。

2.1.3 溶解氢耗

在加氢反应过程中，氢与柴油馏分混合而溶解，加氢生成油从高压分离器减压流入低压分离器时随油排出而造成的损失，称为溶解氢耗，通常为4.1～7.7 m3/m3(进料)。

2.2 不同柴油馏分氢耗分析

2.2.1 典型混合柴油馏分加氢改质的氢耗[2-3]

表3列出了直馏柴油、催化柴油和焦化柴油混合馏分加氢改质实际氢耗。

改质后柴油馏分最具表征的变化是密度，根据运行实践数据，改善密度的氢耗每个密度单位为1.55～1.75 m3。

表3 某混合柴油馏分加氢改质的氢耗

2.2.2 直馏柴油氢耗

直馏柴油烃类组成主要以烷烃和环烷烃为主，精制处理的过程主要以脱除硫、氮、酸等有害物为目标，通常的氢耗在70～90 m3/t,标定数据见表4。

表4 某直馏柴油加氢改质的氢耗

2.2.3 催化柴油氢耗

催化柴油馏分富含芳烃和烯烃，某些重油催化所产柴油馏分中芳烃质量分数高达70%，密度很大,且十六烷值指数极低，除需要脱除硫、氮、氧等有害物质外，必须改善密度和十六烷值指数，否则在新的质量标准下，难以作为柴油组分调入柴油。降低密度、提高十六烷值指数的有效途径是改变烃类组成的结构，通常采用高压加氢的办法使芳烃开环，饱和变成烷烃或环烷烃。这一过程大量耗氢，如催化柴油加氢后密度降至约840 kg/m3,工业应用数据表明氢耗为250～300 m3/t。

2.2.4 焦化柴油氢耗

焦化柴油馏分由于其生成过程为热裂化，因此不饱和程度高，其特点是烯烃含量高，芳烃含量较低，总硫含量和残炭值偏高，十六烷值指数较好，密度较低。改质的目标主要为改善安定性并脱除杂质，因此相对于催化柴油而言，其氢耗偏低。工业实践表明：焦化柴油加氢精制的氢耗值为110～130 m3/t。

3 柴油馏分加氢处理改质的成本与柴油馏分的价值

按照国Ⅴ和未来国Ⅵ的质量标准，在现有加工技术下，除加氢裂化柴油馏分外，几乎所有原油生产的直馏柴油馏分及二次加工装置生产的柴油馏分都需要加氢处理或改质。

由表1可看出：直馏柴油和加氢裂化柴油十六烷值过剩，催化柴油十六烷值严重不足；在常压最大限度获取航煤时，常压直馏柴油50%馏出温度卡边，而加氢裂化柴油、焦化柴油和催化柴油有余地；加氢裂化柴油、直馏柴油加氢后密度有余地，而催化柴油密度严重超标；为满足硫含量指标，直馏柴油、催化柴油都需要脱硫处理。因加氢深度不同导致各馏分的特性差异不会完全消失，我们也不希望所有馏分都达到同一品质，通过取长补短最大限度接近质量“边际”条件是实现效益最大化的途径，互补所带来的价值提升要根据各自的作用合理分摊“贡献”。

3.1 不同馏分柴油处理、改质的成本差异

柴油作为成品油进入市场，最终以体积计价，因此用户高度关注成品油的密度。国内的成品油从工厂到市场，计价方式暂未统一，但密度高低已以不同的方式影响性价比。

炼厂进入市场的成品油，首先必须满足质量标准，同时需要准确评价各调和馏分组分的性价比，以便于指导工厂的运行优化，实现效益最大化；同时还需要准确确定各柴油馏分在不同品质阶段的合理价格，为经济评价和LP优化模型提供数据支持，保证LP优化模型对全厂优化和具体某个装置经济性评估的准确性。如某厂常减压直馏柴油馏分和催化柴油馏分均采用常规加氢精制技术达到国Ⅴ标准，它们的加工成本按照实际运行和前述计算见表5。

表5 直馏柴油与催化柴油的处理、改质成本

*氢气价格和运行费随原材料价格变化而波动，此为2016年某厂均价。

3.2 准确确定各馏分不同品质时的价值

长期以来，由于难以准确掌握各馏分不同品质时的价值，决策人员在评估催化装置运行经济性时缺乏定量数据，只能定性评估，导致决策的依据大打折扣。因此确定不同品质馏分的价格时，首先应有可比目标产品价格，同时还有达到目标产品的成本。如前所述，各柴油馏分处理、改质视产品质量目标具有不同的加工成本，处于某一个品质水平的馏分都应有自身的相对价格，不同价格的馏分可以通过调和形成目标产品。因此准确确定各馏分不同品质时的价格是必要的，可以为炼厂导航优化时准确提供必要的基础数据，评估各装置运行的经济性，保证导航的可靠性。

4 结语

(1)不同品质的柴油具有不同的市场价值，但实现品质的成本与市场价值不成线性关系。

(2)各柴油馏分不同的品质阶段应根据达到成品指标的成本确定其影子价格，为炼厂导航和装置经济性评估提供可靠依据。

(3)和所有加氢产品一样，不仅要注重氢气的合理和有效利用，更要关注合理氢耗、工艺选择和装置运行的经济性。

[1] 李大东.加氢处理工艺与工程[M].北京：中国石化出版社，2011：678-679.

[2] 赵焘，曾榕辉，孙洪江，等.劣质柴油加氢改质工艺研究[J] 当代化工，2013，42(4)：382-385.

[3] 李凤琪，全瀛寰，晁会霞，等.催化裂化柴油与焦化柴油混合油生产国V柴油氢耗研究[J].炼油技术与工程，2016，46(10)：29-31.

Assessment of Value of Diesel Fractions at Different Quality Status

Liu Chuchun

(DalianWestPacificPetrochemicalCo.,Ltd.,Dalian,Liaoning116600)

In the process of petroleum refining,refined oil such as gasoline and diesel is usually composed of one or several fractions produced by one or several plants.As the price of each fraction is difficult to grasp,accurate assessment of the reasonable price of each fraction at different quality status is of great significance for evaluation of the economy of a particular unit and the optimized operation level of the whole plant.The reasonable value of each diesel fraction at different quality status is evaluated by mastering the nature of each diesel fraction,selecting the appropriate processing route,and getting to know the main cost (hydrogen consumption) for reforming of diesel fractions.

diesel fraction,hydrotreating,hydrogenation reforming,hydrogen consumption,processing cost

2017-04-22。

刘初春，男，1963年出生，1983年毕业于大庆石油学院(现东北石油大学)炼油工程专业，教授级高级工程师，长期从事炼厂经营管理及运行优化。

1674-1099 (2017)03-0005-04

TE626.24

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