某炼厂油品质量升级流程优化研究

解增忠+曾宿主+王丽景+刘小平+李锐

摘要：本文针对某炼厂现有汽柴油生产现状，从全厂流程角度出发设计了“延迟焦化-催化裂化”、“延迟焦化-蜡油加氢-催化裂化”和“渣油加氢-催化裂化”四个油品质量升级加工方案，通过对各升级方案测算结果的对比，分析不同升级方案的特点，给出推荐的油品质量升级方案，为该厂汽油质量升级方案的规划提供重要的依据。

关键词：汽柴油；质量升级；炼厂总流程；优化

中图分类号：TE624 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（B）-0000-00

前言

近年来汽车尾气污染问题越来越受到世界各国政府的重视，随着汽车排放法规的日益苛刻，对车用燃料油的质量标准也日益提高。目前，各国汽柴油产品主要向超低硫方向发展[ ]。与欧美等发达国家相比，我国的汽、柴油质量标准偏低，但升级速度却高于西方发达国家，近年来我国大范围持续频发的雾霾天气促使我国加快了油品质量升级步伐。某燃料型炼厂原油加工能力为600万吨/年，目前只能生产国II、国III汽柴油产品，面临严峻的油品质量升级挑战，本文拟在分析该炼厂汽柴油生产现状的基础上，从全厂角度出发，制定汽柴油国V质量升级方案，探讨该厂合适的油品质量升级流程。

汽柴油生产现状

该炼厂目前原油加工能力为600万吨/年，加工流程如图 1所示，主要装置及加工能力如表 1所示。目前加工沙重、沙中、普鲁托尼、杰诺和荣卡多原油，加工原油的平均性质为：API为26.89，硫含量0.34%，酸值0.57 mgKOH/g。

该厂汽油产量约90万吨/年，主要为国III汽油，能够生产部分国IV车用汽油。主要调合组分为精制催化汽油和MTBE，其中精制催化汽油的研究法辛烷值在89～91.5之间，硫含量在100μg/g ～135μg/g之间，汽油质量升级遇到的主要问题是硫含量超标和辛烷值不足。

该厂柴油产量约280万吨/年，由于加氢能力不足，其中国III柴油只有约115万吨/年，其余为普通柴油，经济效益低。柴油质量升级遇到的主要问题是硫含量超标和十六烷值不足。

序号 装置名称 设计能力/（万吨/年）

1 常减压蒸馏 600

2 1#重油催化裂化 140

3 2#重油催化裂化 100

4 延迟焦化 140

5 柴油加氢 140

6 催化汽油精制 100

7 气分装置 55

8 聚丙烯 5

9 MTBE装置 5

10 制氢 1.5

11 硫磺回收 5

升级方案设计

拟采用升级措施

针对该厂汽柴油生产现状及在质量升级时存在的主要问题，拟从全厂流程角度出发设计该厂油品质量升级方案，主要考虑以下设计思路：

新建催化重整装置

该厂新建催化重整装置（含芳烃抽提），可有效提高直馏石脑油的附加值，提高汽油池辛烷值，增加芳烃等高附加值产品，并为加氢精制装置提供廉价氢气。

新建柴油加氢改质装置

柴油加氢改质能够在加氢脱硫、加氢脱氮的同时，大幅提高劣质柴油十六烷值并降低密度[ - ]。该厂建立柴油加氢改质装置，可有效缓解柴油池硫含量超标、十六烷值不足的问题，有效提高柴油产品的附加值。

新建催化原料加氢处理装置

主要考虑蜡油加氢和渣油加氢两种情况。蜡油加氢是生产清洁燃料的重要工艺技术。该厂新建蜡油加氢处理装置，将直馏蜡油和焦化蜡油经加氢处理后再作为催化裂化装置原料，可有效减低催化裂化汽油硫含量，减小催化汽油脱硫难度和辛烷值损失。渣油加氢是目前充分利用石油资源的一种有效方法[ ]，[ ]，也是支撑未来炼油工业发展的关键技术之一[ ]。采用渣油加氢预处理与重油催化裂化组合技术，可大幅提高催化裂化过程轻质油收率、改善产品分布和产品质量[ ]。该厂新建渣油加氢装置处理催化原料，可降低催化裂化汽油脱硫过程中的辛烷值损失，减少低附加值产品（如石油焦）生产，利于油品质量升级和炼厂效益增加。

提高催化汽油精制装置脱硫深度

为生产国V汽油，催化汽油必须经过脱硫，该厂采用IFP（法国石油研究院）开发的Prime-G+工艺[ ]，[ ]进行催化汽油脱硫。该工艺具有液收率高（达100%）、脱硫率大（大于98%）、辛烷值损失较少，氢耗低等特点[ ]。提高Prime-G+装置脱硫深度可以使其产品硫含量达到国IV甚至国V汽油标准，但脱硫过程中的辛烷值损失也增大[ ]。

更换现有柴油加氢装置催化剂并降量生产

该厂现有140万吨/年柴油加氢装置反应器总压为8.0MPa，原设计加工直馏柴油、焦化汽柴油（比例约4：6）混合原料，产品硫含量<350μg/g。拟对该装置采取更换催化剂、降低空速和优化原料等措施，可使其生产国V柴油。

升级方案设计

根据上述油品质量升级措施，从全流程优化角度设计如下三种油品质量升级方案：

方案一 ： 延迟焦化-催化裂化加工路线

在现有加工流程基础上，新建柴油加氢改质及连续重整（含芳烃抽提）装置。减压渣油主要由延迟焦化装置加工，剩余减压渣油与直馏蜡油、焦化蜡油一起作催化裂化原料；现有柴油精制装置只加工直馏柴油与焦化汽油，更换超深度脱硫催化剂，并将加工负荷降至100万吨/年，以确保其产品满足国V车用柴油标准；剩余直馏柴油与焦化柴油、催化柴油作为柴油加氢改质原料生产满足国V标准柴油的产品；提高催化汽油精制装置脱硫深度，使其产品硫含量低于10μg/g；直馏石脑油、加氢精制石脑油和加氢改质石脑油作为新建连续重整装置的原料。

方案二：延迟焦化-蜡油加氢-催化裂化加工路线

在现有加工流程基础上，新建蜡油加氢、柴油加氢改质和连续重整（含芳烃抽提）装置。直馏蜡油和焦化蜡油经蜡油加氢装置处理后作催化裂化原料；现有柴油精制装置只加工直馏柴油与焦化汽油，更换超深度脱硫催化剂，并将加工负荷降至100万吨/年，以确保其产品满足国V车用柴油标准；剩余直馏柴油与催化柴油、蜡油加氢柴油作为柴油加氢改质原料生产满足国V车用柴油标准的产品；提高催化汽油精制装置脱硫深度，使其产品硫含量低于10μg/g；直馏石脑油、加氢精制石脑油和加氢改质石脑油作为新建重整装置的原料。

方案三： 渣油加氢-催化裂化加工路线

在现有加工流程基础上，新建渣油加氢、柴油加氢改质和连续重整（含芳烃抽提）装置，将现有延迟焦化、常减压装置减压单元停用。常压渣油经渣油加氢装置处理后作催化裂化原料；现有柴油精制装置只加工直馏柴油，更换超深度脱硫催化剂，并将加工负荷降至100万吨/年，以确保其产品满足国V车用柴油标准；剩余直馏柴油与催化柴油、渣油加氢柴油作为柴油加氢改质原料生产满足国V车用柴油标准的产品；提高催化汽油精制装置脱硫深度，使其产品硫含量低于10μg/g；直馏石脑油、加氢精制石脑油和加氢改质石脑油作为新建重整装置的原料。

升级方案结果分析

主要装置对比

三个升级方案下主要装置负荷表如表 2所示，可以看出在三个方案中：方案一、方案二延迟焦化装置负荷最大，达150万吨/年（略超负荷）。方案三停用延迟焦化装置和减压蒸馏单元，常压渣油经渣油加氢后全部作为催化裂化原料，渣油加氢、催化裂化和催化汽油脱硫装置负荷最大，其中催化裂化和催化汽油脱硫装置均超过现有装置加工负荷，因缺少焦化石脑油原料，该方案下连续重整负荷最低。此外，由于方案一～方案三消耗的氢气依次增加，因此方案一～方案三制氢装置的负荷依次增大。

单位：万吨/年

方案名称 装置负荷 现有能力

方案一 方案二 方案三

常压蒸馏 600.00 600.00 600.00 600.00

减压蒸馏 330.83 330.83 0.00 400.00

重整预处理 139.53 142.38 117.73

催化重整 115.85 118.21 97.75

1#催化裂化 140.00 140.00 200.60 140.00

2#催化裂化 81.64 63.20 100.00 100.00

延迟焦化 150.00 150.00 0.00 140.00

渣油加氢 0.00 0.00 331.13

催汽脱硫 89.10 91.82 120.40

柴油加氢 100.00 100.00 100.00 100.00

柴油加氢改质 201.97 198.41 180.19 140.00

蜡油加氢 0.00 189.94 0.00

气分 35.10 38.61 43.81 55.00

MTBE 5.00 5.50 6.24 5.00

制氢 2.07 4.63 7.66 2.00

PSA 3.95 4.09 3.85

硫磺回收 6.75 7.23 8.91 7.00

单位：万吨/年

类型 装置名称 新建/扩建后装置能力 现有能力

方案一 方案二 方案三

新建 重整预处理 140.00 140.00 120.00

连续重整 120.00 120.00 100.00

渣油加氢 330.00

蜡油加氢 200.00

柴油加氢改质 200.00 200.00 180.00

PSA 3.95 4.13 3.85

扩建 1#催化裂化 200.00 140.00

催化汽油精制 120.00 100.00

MTBE 6.00 6.24 5.00

制氢 4.75 7.66 2.00

硫磺回收 8.00 9.00 7.00

各方案下新建/扩建装置情况如表 3所示，可以看出，方案一～方案三需要新建/扩建的装置数量总体呈增加趋势，三个方案均需新建连续重整装置，规模均在100万吨/年以上，三个方案均需新建柴油加氢改质装置，规模均接近或达到200万吨/年；方案二新建蜡油加氢处理装置规模为200万吨/年，方案三新建渣油加氢处理装置规模为330万吨/年（需要两个系列）；方案二～方案三均需扩建MTBE、制氢和硫磺回收装置，而方案三还需扩建1#催化裂化装置和催化汽油精制装置。

主要产品及技经指标对比

各方案下主要产品和主要技经指标对比如表 4所示，可以看出，三种方案下均可实现汽柴油质量升级。由于方案一采用“延迟焦化-催化裂化”加工路线，催化裂化原料没有经过加氢处理，催化汽油硫含量高，使其在脱硫过程中辛烷值损失大，该方案汽柴油产量在三个方案中均最低，而石脑油和石油焦产量在三个方案中均最高；虽然投资最少，但因其柴汽比高，高附加值产品收率低，效益也最低。方案二采用“延迟焦化-蜡油加氢-催化裂化”加工路线，催化汽油在脱硫过程中辛烷值损失大幅度降低，汽油池辛烷值增加，汽油产量较方案一增加，石脑油产品较方案一降低；虽然投资较方案一增加，但柴汽比下降，效益也略有增加。方案三停掉延迟焦化装置，采用典型的“渣油加氢-催化裂化”加工路线，使催化裂化装置负荷进一步增加，汽油产量较方案二又有显著提高，无石油焦产品产出，但由于不开延迟焦化装置，有催化油浆产品出厂；该方案轻油收率、高附加值产品收率和利润在三个方案中最高，但投资也最大。其中，方案二采用蜡油加氢装置来改善催化裂化原料，具有一定的效益优势，而且投资规模适中，值得推荐。

单位：万吨/年

方案名称 方案一 方案二 方案三

国V车用汽油 140.00 150.42 170.06

其中：92# 98.00 105.29 119.04

95# 42.00 45.13 51.02

国V车用柴油 246.45 241.86 250.95

催化油浆 19.54

硫磺 6.75 7.23 8.91

石油焦 45.00 45.00 0.00

轻油收率/% 75.26 74.85 76.67

综合商品率/% 90.10 90.21 88.23

高附加值产品收率/% 81.67 81.77 83.73

柴汽比 1.76 1.61 1.48

利润/亿元 基准 +0.78 +3.91

投资/亿元 基准 +8.81 +31.90

结论

（1）通过新建连续重整和柴油加氢改质装置，并提高汽柴油脱硫装置的脱硫深度，该厂能够实现国V汽柴油质量升级，但炼厂不同重油加工路线对效益影响很大。

（2）采用前加氢加工路线，可大幅度改善催化裂化原料，有效减少催化汽油脱硫过程中的辛烷值损失，大幅度降低汽油质量升级难度，更能长周期保证国V标准汽油生产，降低质量风险。尤其采用渣油加氢加工路线后，可有效提高该炼厂的轻质油品收率，改善产品结构，提升经济效益。

（3）“延迟焦化-蜡油加氢-催化裂化”加工路线，在充分利用现有装置的基础上通过新建蜡油加氢装置来改善催化裂化原料，具有一定的效益优势，而且投资规模适中，值得推荐。

参考文献