LTAG联合装置中催化柴油改质单元生产国Ⅵ车用柴油研究

张博

中国石化北海炼化有限责任公司 广西 北海 536000

某炼化企业LTAG联合装置中65万t/a催化柴油加氢改质单元设计以催化柴油为原料，通过多环芳烃加氢饱和、脱硫、脱氮等反应，生产满足LTAG 联合装置催化单元要求的加氢柴油组分，最终再经催化装置将加氢柴油转化为高辛烷值汽油或轻质芳烃等产品，从而实现增产汽油，降低柴汽比的目标。但在不同市场条件下，生产汽油和柴油的相对效益会发生变化。同时企业仅有一套柴油加氢装置可以生产车用柴油产品，一旦柴油加氢装置需停工检修，将面临柴油加氢原料无法处理，被迫全厂停工的问题。为根据市场情况灵活调节柴汽比，实现效益最大化，同时提升生产稳定性，企业尝试通过工艺调整，实现催化柴油加氢改质装置生产国Ⅵ车用柴油。

1 催化柴油加氢改质装置简介

1.1 工艺介绍

催化柴油加氢改质装置采用石油化工科学研究院开发的催化柴油加氢处理脱硫脱芳烃SSHT技术，通过两个反应器串联操作、部分循环的流程，在中压下实现催化柴油脱硫脱氮、饱和多环芳烃等功能，最终再经催化单元将加氢柴油转化为高辛烷值汽油或轻质芳烃。装置设计新鲜进料量77.4t/h，循环油量50t/h。

1.2 装置流程简介

外来催化柴油与单元内部循环油混合后先与反应产物换热，再经加热炉升温至反应所需温度后依次进入第一反应器和第二反应器。反应产物与混合原料换热后依次进入高压分离器和低压分离器。低分油先进入脱硫化氢汽提塔，之后进入产品分馏塔。分馏塔塔顶产品为精制石脑油，塔底产品为精制柴油。（见图1）

图1 催化柴油加氢改质装置流程

2 催化柴油改质装置生产车用柴油工艺调整

催化柴油加氢改质装置在正常工况下生产的精制柴油仅作为LTAG联合装置中催化单元的原料，因此对硫含量、十六烷指数、多环芳烃含量指标要求较低，具体情况见表1。

从上表中可以看出，装置在正常工况下生产的精制柴油与国Ⅵ车用柴油相比，仅有密度、硫含量和十六烷指数三项指标不合格。其中硫含量为15.7mg/kg，与车柴标准相差不大，可以通过调整反应深度满足标准。密度为903.6kg/m3，十六烷指数为26.1，这两项指标与车柴标准相比差异过大，仅通过调整反应深度无法实现合格，还需要调整原料组成，降低原料密度，提高原料十六烷指数[1]。按以上思路，对装置进行了相应工艺调整。

2.1 进料量调整

正常工况下，装置的新鲜进料为50t/h，循环油75t/h，反应器总进料量125t/h。生产车柴期间，为最大化柴油产量，将新鲜进料量调整为135t/h，同时停循环油。

2.2 原料组成调整

正常工况下，装置进料全部为催化柴油，其密度偏高达到了1002.09kg/m3，十六烷指数偏低仅有16.8。这两项指标与国Ⅵ车用柴油标准相差较大，无法通过调整反应深入实现指标合格。为保证精制柴油密度和十六烷指数合格，生产车柴期间，将部分直馏柴油和焦化柴油改进装置。两种工况下的原料比例对比见表2。

表2 两种工况下原料组成对比

调整后装置的原料油性质明显变好，密度由1002.09 kg/m3下降到853.7 kg/m3，十六烷指数由16.8提高到了42.7，硫含量从2.67%下降到0.84%，氮含量由583.89mg/kg下降到450mg/kg，多环芳烃含量由74.21%下降到19.1%，总芳烃含量由85.52%下降到36.82%。

2.3 工艺参数调整

反应器入口温度：正常工况下第一反应器入口温度为276℃。生产车柴时，由于原料中的硫、氮、芳烃等含量较低，加氢放热反应少，反应温升不足，为保证足够的反应深度，将第一反应器入口温度提高到307℃。

汽提塔蒸汽用量：正常工况下汽提塔汽提蒸汽用量为1.8t/h，生产车柴时，为确保硫化氢全部分离以满足车用柴油标准，将汽提蒸汽用量提高至2.6t/h。

分馏塔温度：生产车柴时，由于原料含直馏柴油，因此加氢裂化反应较多，加氢石脑油产量较大，为保证柴油闪点合格将分馏塔塔顶温度由112.2℃提高到126.9℃，塔底温度由222.3℃提高到238.2℃。

3 结果分析

3.1 装置物料平衡

两种工况下的物料平衡对比见表3。从表中可以看出，车柴工况下的氢气用量占进料比例为1.06%，明显小于正常工况，主要是由于车柴工况下原料中硫、氮及芳烃等含量较低，加氢反应氢耗少。与之相应产物中的硫化氢、NH3占比也较小。另外车柴工况下C1-C4收率合计0.32%，C5+石脑油的收率达到了2.66%，与正常工况相比明显增加，主要原因是原料中含有较轻直馏柴油和焦化柴油，原料裂解性增加，因此产生的轻组分较多。

表3 两种工况下的物料平衡对比

3.2 精制柴油性质

工艺调整后，精制柴油各项指标均满足国Ⅵ车用柴油标准，其中硫含量下降至2.5mg/kg、十六烷指数上升至48.7，密度下降至832.2 kg/m3、多环芳烃含量下降至0.9%。

3.3 装置脱硫、脱氮及芳烃饱和情况

两种工况下脱硫、脱氮及芳烃饱和情况对比见表4。可以看出两种工况下的脱硫率、芳烃饱和率相差不大，都较高，说明催化柴油改质装置的脱硫能力及芳烃饱和能力较强。但车柴工况下脱氮率为84.34%，明显低于正常工况。主要原因是加氢脱氮反应难度大，需更多的反应时间[1，2]。正常工况下循环油量大，对新鲜进料反应空速低，因此脱氮率较高。

表4 两种工况下硫、氮脱除率和芳烃饱和率对比

4 总结

通过对催化柴油加氢改质装置生产国Ⅵ车用柴油的实践及分析，可以得出以下结论：

（1）通过工艺调整，可以实现利用催化柴油改质装置生产国Ⅵ车用柴油。

（2）进行工艺调整时，重点需对原料组成进行调整，增加直馏柴油和焦化柴油比例，降低原料密度并提高原料十六烷指数。同时需对反应器入口温度、汽提塔蒸汽用量、分馏塔温度等工艺参数进行相应调整。

（3）催化柴油改质装置在车柴工况下，氢耗减少，产物中硫化氢、NH3相应增加。同时由于裂化反应增加精制石脑油产率上升。

（4）在车柴工况下，脱硫率、多环芳烃饱和率及总芳烃饱和率可以维持较高水平，但是脱氮率将明显下降。