采用RLG技术消减低价值LCO、调节柴汽比的工业实践

2018-12-08李桂军袁德明范宜俊肖云鹏华传伦

石油炼制与化工 2018年12期

李桂军，刘庆，袁德明，范宜俊，肖云鹏，华传伦

(中国石化安庆分公司，安徽安庆 246001)

在我国，由于催化裂化技术的广泛使用，催化裂化柴油(LCO)产量较高，约占商品柴油池的13，是商品柴油池中的重要组成部分。这部分LCO的特点是芳烃含量高、硫和氮含量高、密度高、十六烷值低、氧化安定性差等[1-2]。随着原油日益重质化和劣质化，催化裂化装置加工原料进一步变差，且炼化企业为提高轻质油收率，进一步提高了催化裂化装置的操作苛刻度，因而导致LCO的质量进一步恶化。例如，部分炼油厂LCO的密度(20 ℃)超过0.94 gcm3，芳烃质量分数超过70%，十六烷值小于22[3]。另一方面，国内环保法规日趋严格，市场对车用汽柴油产品质量的要求越来越高。例如，国Ⅴ清洁柴油标准要求柴油产品硫质量分数小于10 μ gg、多环以上芳烃的质量分数小于11%[4]；而且国Ⅵ车用柴油标准对车用柴油中多环芳烃含量提出了更为严格的要求。同时我国在全国范围内统一柴油标准，取消普通柴油。面对这种情况，对于采用催化裂化作为重油轻质化主要手段的炼油厂来说，由于其柴油池中催化裂化柴油占比高，全面实现生产车用柴油、消减普通柴油的困难较大。因此，如何合理、高效地消减低价值LCO，生产高价值产品，成为当下各炼油企业的主要研究课题。

中国石化安庆分公司(以下简称安庆分公司)现有3套催化裂化装置，年产催化裂化柴油约0.91 Mt，约占全厂柴油调合组分的31%。若仅采用常规的加氢精制技术或加氢改质技术生产车用柴油调合组分，将无法满足全面消减LCO、全厂生产车用柴油的需求。基于此，安庆分公司于2017年新建一套1.0 Mta催化裂化柴油加氢转化(RLG)装置，以纯LCO为原料，生产高辛烷值汽油调合组分，同时兼顾生产低硫清洁柴油调合组分。该装置采用中国石化石油化工科学研究院(简称石科院)开发的LCO加氢裂化生产高辛烷值汽油组分的RLG技术建设，由中国石化工程建设有限公司(简称SEI)承建，于2017年11月开工投产。运转结果表明，该装置以纯的劣质LCO为原料，高辛烷值汽油调合组分收率超过45%，同时兼顾生产部分硫质量分数小于10 μ gg的低硫清洁柴油调合组分。以下对RLG技术在该装置的应用情况进行总结。

1 RLG技术简介及化学反应机理

众所周知，LCO具有密度高、芳烃含量高的特点，尤其是其中两环以上芳烃含量约占LCO中芳烃的50%以上。为合理、高效地加工低价值的LCO，将其转化为高价值产品，石科院从LCO性质和烃类组成出发，研究了LCO的加氢转化路径和反应规律，最终成功开发了LCO生产高辛烷值汽油的加氢裂化RLG技术，将LCO中大分子的芳烃转化为汽油馏分中的苯、甲苯及二甲苯等高辛烷值组分。图1为以双环芳烃为例的芳烃加氢转化为小分子芳烃的反应路径示意。

图1 LCO中双环芳烃加氢转化为苯、甲苯、二甲苯的化学反应示意[5-7]

在RLG技术[8]中，通过采用专用的加氢精制催化剂RN-411和专用的加氢裂化催化剂RHC-100，在适宜的精制裂化催化剂级配及相匹配的工艺条件下控制双环以上芳烃的加氢饱和程度，提高选择性开环及烷基侧链裂化等的化学反应效率，最终以相对较低的氢耗实现最大量生产高辛烷值、高价值的汽油调合组分。在RLG技术中，由于采取有效的工艺条件与催化剂反应活性的匹配，提高了氢气的利用效率，干气和液化气产率相对较低，化学氢耗相对较低[9]。

2 RLG技术的工业应用

2.1 安庆分公司RLG装置工艺流程

安庆分公司RLG装置工艺流程示意如图2所示。装置反应部分包括2台反应器，即加氢精制反应器(一反)和加氢裂化反应器(二反)；分馏部分的设置与常规加氢裂化装置相似，产品分为干气、液化气、轻汽油馏分、重汽油馏分、循环油馏分和柴油产品。装置设计采用RLG技术首创的特定馏分段(轻柴油馏分)循环转化工艺流程。

图2 RLG装置工艺流程示意

2.2 催化剂及开工

与常规加氢装置相同，RLG装置试车过程主要经历了反应系统干燥、催化剂装填和干燥、气密、预硫化、低氮油注氨钝化及切换原料等过程。

催化剂采用石科院研制开发、中国石化催化剂长岭分公司生产的加氢精制催化剂RN-411和加氢裂化催化剂RHC-100。此外，为减缓反应器顶部因烯烃快速加氢饱和反应而造成局部剧烈放热，以及胶质等结焦前躯物遇热生焦造成主催化剂结焦和减少金属在主催化剂床层的沉积，在一反入口处装填RG-20，RG-30A，RG-30B，RG-1保护剂，该系列保护剂可有效地降低进入主催化剂床层物流中烯烃含量，减缓主催化剂积炭速率，从而保护主催化剂，延长其运转周期。

2017年8月18日至24日完成该装置催化剂装填。11月6日至11月9日完成催化剂预硫化，11月9日至14日完成低氮油注氨钝化过程，于2017年11月14日开始切换催化裂化柴油。其中，催化剂预硫化采用的是干法气相硫化法、低氮油注氨钝化。

2.3 装置调整及生产运行分析

安庆分公司RLG装置自2017年11月14日开始切换催化裂化柴油，11月16日由于外购氢气中断，RLG装置紧急降温，停进催化裂化柴油改反应分馏长循环。12月31日，重新引催化裂化柴油开工。至2018年1月20日，RLG装置开工约29天，产品汽油RON即达90以上。图3为产品汽油收率随运转时间变化的趋势，图4为产品汽油馏分的RON和硫含量随运转时间变化的趋势，图5为产品柴油馏分十六烷指数和十六烷指数提高值随运转时间变化的趋势，图6为精制段和裂化段催化剂平均反应温度变化的趋势。

由图3可见，RLG装置产品汽油馏分的平均收率达45%以上。由图4可见，装置开工仅29天，产品汽油馏分RON已达90以上；至2018年3月初，产品汽油馏分RON达92，且硫质量分数低于2 μ gg。由图5可见，产品柴油馏分的十六烷指数达35～38，十六烷指数提高值大于10个单位。由图6可见，精制反应器和裂化反应器平均反应温度基本维持稳定，失活速率缓慢。根据初期反应温度测算，加氢精制催化剂失活速率约为1.6 ℃月(1月按30天计)，加氢裂化催化剂失活速率小于0.5 ℃月。

图3 产品汽油馏分收率随运转时间的变化趋势

图4 产品汽油馏分的RON和硫含量随运转时间的变化趋势▲—RON； ●—w(S)

图5 产品柴油馏分的十六烷指数及十六烷指数提高值随运转时间的变化趋势 —十六烷指数； ▲—十六烷指数提高值

图6 RLG装置精制反应器和裂化反应器平均反应温度的变化趋势▲—精制反应器； ◆—裂化反应器

2.4 安庆分公司RLG装置的设计情况分析

RLG装置开工1个月后，对装置实际操作参数与设计条件进行了对比。表1为设计原料与实际加工的原料油性质的比较，表2为操作条件的设计值与实际值的比较，表3为装置物料平衡的设计值与实际值比较，表4为主要产品性质的设计值与和实际值比较。

由表1可见，与设计原料相比，RLG装置实际加工LCO的密度略低，硫和氮杂质含量低。实际加工LCO的密度(20 ℃)仅为0.936 gcm3，硫质量分数为1 330 μ gg，氮质量分数为739 μ gg，终馏点为354 ℃。从原料性质看，氮含量低有利于提高汽油产率，对装置的长周期运转有利[10-12]。但由于密度较低，意味着原料中芳烃含量比设计原料低，对提高产品汽油的辛烷值不利。

从表2设计条件与实际操作条件的比较看，在实际加工负荷82%的情况下，精制反应器入口氢分压与设计条件相当，精制催化剂平均反应温度比设计值低7.5 ℃，裂化催化剂平均反应温度比设计值低15.2 ℃，明显优于设计条件。低的初期反应温度有利于延长装置运转周期。

从表3产品分布来看，RLG装置新氢消耗3.55%，比设计值低0.26百分点，干气产率比设计值低0.09百分点，低分气和排废氢的产率比设计值低0.72百分点，液化气产率比设计值低2.98百分点，C6组分收率比设计值高2.34百分点，C6组分及汽油产品的总收率比设计值高3.02百分点。从初步数据比对看，RLG装置实际运行的干气和液化气产率低，说明氢气利用效率高。

从产品性质看，初期稳定汽油RON达89.8，虽然比设计值略低，但已经可以满足出厂调合要求，且汽油馏分的硫质量分数仅为0.78 μ gg，氮质量分数仅为0.1 μ gg；柴油馏分密度比设计值低，硫质量分数和氮质量分数均小于0.5 μ gg，十六烷指数为35.2，十六烷指数提高值较设计值偏低，主要是由于催化剂处于运转初期阶段，为适当控制催化剂初期的失活速率，在产品十六烷值满足本厂柴油池调合要求的情况下未继续提高RLG装置的操作深度。

表1 原料油性质的比较

表2 操作条件的设计值与实际值的比较

表3 装置物料平衡的设计值与实际值的比较 w，%

1)采自2018年2月21日至27日MES数据。

2)差值为实际值与设计值之差。

表4 主要产品性质比较

3 安庆分公司RLG装置运行后全厂柴油生产情况

根据安庆分公司目前全厂总流程，催化裂化柴油产量约100 th，经RLG技术加工后，可以生产45～50 th的汽油调合组分，同时兼顾生产约42 th的低硫柴油调合组分。其中，约20 th的RLG柴油返回催化裂化装置，剩余约22 th的RLG柴油进入柴油池调合出厂。表5所示为全厂1月至3月的柴油调合情况。

由表5可见，安庆分公司新建RLG装置后，通过采用RLG技术和LTAG技术组合，截止到3月全厂不出普通柴油，全面实现生产国Ⅴ车用柴油，销售汽油673.9 kt、车用柴油500.5 kt，柴汽比由原来的0.97降低至0.74。