提高加氢精制柴油质量的对策和措施

崔 海

(中国石油广西石化分公司，广西 钦州 535000)

柴油是我国汽车使用的主要燃料之一，柴油中的硫化物在发动机中与空气混合燃烧，会排放出一氧化碳(CO)、碳氢化合物、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)和颗粒物等；随着人们对环境保护越来越重视，对燃料清洁性要求也越来越高。降低柴油硫含量将直接减少二氧化硫排放量。为防治机动车排气污染，改善环境空气质量，保障人民身体健康，从2018年1月1日起柴油产品硫含量降至10 mg/kg。

柴油加氢精制装置因柴油硫含量不稳定，柴油水含量等问题，容易导致出厂柴油质量不合格，影响装置正常生产，还会给企业造成严重的经济损失。为进一步提高柴油硫含量合格率，降低柴油含水量，现将影响柴油硫含量和含水量的各影响因素，进行详细分析并提出应对措施。

1 装置概述

某石化公司柴油加氢精制装置，设计加工能力为240万吨/年，装置设计操作弹性为60 %-110 %，设计年开工时数为8400小时。装置主要由反应部分(包括新氢压缩机、循环氢压缩机和循环氢脱硫设施)、分馏部分及公用工程等部分组成。

装置采用美国UOP 公司的Unionfining 加氢精制工艺技术，并由美国UOP 公司提供工艺包。装置原料为催化裂化柴油、直馏柴油及渣油加氢脱硫柴油，催化裂化柴油和直馏柴油均分冷、热进料，设计冷热进料比为2∶8。本装置主要产品为精制柴油，副产少量石脑油和干气。精制柴油作为产品至罐区；汽提塔顶气至轻烃回收装置；分馏塔顶液至石脑油加氢装置；冷低分气至蜡油加氢裂化装置统一脱硫后至PSA 装置回收氢气。

针对硫含量波动和柴油水含量高的问题，柴油加氢精制装置在产品质量管理方面，通过原料管理前移，产品质量管理延后至柴油调和，从原料到产品出厂，全链条进行管理，主要涉及罐区原料管理、原料反冲洗管理、优化分馏系统工艺参数和柴油产品调和监控。

2 装置原料管理

柴油精制装置进料分为四路，其中热直馏柴油和热催化柴油由常减压装置和催化裂化装置直接供料，原料性质相对稳定。冷直馏柴油和冷催化柴油则由罐区提供，共有原料储罐4个，包括2个催化柴油罐、1个广西石化馏柴油罐和1个东油直馏柴油罐，其中原料来源有广西石化常减压装置冷直馏柴油、催化裂化装置冷催化柴油、东油直馏柴油、渣油加氢装置柴油和本装置反冲洗污油，共5路原料。东油直馏柴油硫含量基本在0.422 %-2.068 %之间；催化裂化柴油硫含量基本在0.205 %-0.557 %之间；渣油加氢脱硫柴油硫含量基本在39.7 mg/kg-399.5 mg/kg，广西石化直馏柴油硫含量基本在0.17 %-1.531 %和本装置反冲洗污油，含量在0.449 %-0.909 %之间，各路原料硫含量不一样；罐区混合柴油罐和东油直馏柴油罐，边收边付油，罐区库存变化较大，柴油精制经常调整进料和各组分比例，导致原料硫含量变化大，精制柴油产品硫含量稳定控制困难。

管理方法：

1、班组在交接班时，对罐区原料罐液位进行班组间交接，关注管区库存变化情况。

2、罐区换罐，必须要有原料分析数据，分析数据进行交班，指导反应器温度调整。

3、由于原料性质不稳定，调整装置原料分析频次为1次/24 h。

4、管理人员每周根据罐区库存变化，积极和生产调度沟通，协调加工负荷，避免加氢精制装置因原料不足或库存太高，处理量短时间大幅调整。

3 原料反冲洗过滤器设备管理

反冲洗过滤器主要使用316L不锈钢金属楔形缠绕丝滤网，将原料中大于25微米的杂质分离出来，过滤器由5列20组并联而成。原料油正常流向为由外向内，反冲洗时由内向外。当原料油流经滤芯时，颗粒物逐渐沉积并聚集在滤芯外表面区域形成滤饼。随着滤饼厚度的增加，原料油越来越难于穿过滤芯，压差增大。当压差或运行时间达到设定值，首先关闭该列过滤器的进料阀，依次按照设定时间打开和关闭各组反冲洗阀，利用滤后原料油，从过滤器顶部到底部，形成一个压迫流，将滤芯表面滤饼冲洗掉，排入污油罐[1]。该列每组冲洗完后，再打开进料阀，关闭下列过滤器进料阀。

图1 装置原料流程

图2 反冲洗过滤器滤芯更换前后反冲洗时间趋势

柴油精制装置原料来源多，各路原料杂质含量变化不定，管理困难；所有原料中催化柴油，因携带催化剂粉末，对反冲洗过滤器稳定运行影响最大；为降低全厂污油量，本装置反冲洗污油再返回本装置混合柴油罐，导致原料杂质在罐区累积，原料杂质含量变化难于检测，经常性导致反冲洗过滤器堵塞，反冲洗频繁，反冲洗污油量增大，导致罐区原料性质变化。反冲洗过滤器堵塞，导致原料油罐液位难于控制，严重时迫使装置降温降量操作，短时间大幅调整处理量；以上因素导致精制柴油硫含量波动大。

管理方法：1、装置和罐区进行协调，由以前罐液位2m换罐，改为3m换罐，避免罐底杂质突然增加堵塞过滤器。2、根据交接班罐区液位，当罐区液位低于3m时，主动联系储运装置进行切换罐，避免罐底杂质进入装置堵塞滤芯。3、班组和管理人员每班检查反冲洗间隔时间，及时跟踪罐区液位变化和上游装置是否有操作波动调整等，找出反冲洗间隔时间变短的原因，以便做出相应调整，保持装置稳定运行。4、工艺管理根据反冲洗时间和反冲洗压差变化，判断反冲洗过滤器滤芯结垢堵塞程度，及时更换反冲洗滤芯，保持反冲洗过滤器处于良好工作状态。5、催化柴油调整冷热使用比例，降低热催化柴油使用量，让催化柴油尽可能在罐区进行沉降，降低催化柴油杂质含量，降低混合原料杂质含量，减少对过滤器滤芯的冲击。

4 优化分馏系统工艺参数

通过流程模拟ASPEN HYSYS对分馏系统进行模拟[2}，根据石脑油和精制柴油分析数据，建立分馏塔原料数据。使用ASPEN HYSYS建立柴油精制分馏塔模型，通过对塔的进料温度、压力、汽提蒸汽量和回流比进行优化比较，模拟计算塔的最佳工作参数。通过对分馏全系统的优化，达到提高硫化氢汽提塔汽提效果，降低分馏塔塔底液相含水量的目标。

参数调整：1、根据流程模拟，逐步调整优化，汽提塔进料温度由174度提高至184度，汽提塔塔压由0.8 MPa降低0.715 MPa，提高硫化氢汽提塔汽提效果是同时，降低汽提塔塔底水含量，减少分馏塔进料带水。2、根据流程模拟，分馏塔进料温度由242 ℃提高至254 ℃左右，提高塔底温度，降低柴油水含量。调整完成后，分馏塔塔底水含量由最高2200 mg/kg，下降至570 mg/kg-752 mg/kg，从源头降低了柴油含水量。

图3 分馏塔优化模拟

图4 分馏塔塔底油含水量

5 加强柴油聚集脱水器管理

柴油加氢精制装置产品柴油水含量主要通过柴油聚集脱水器和盐干燥脱水进行控制。在液-液两相扩散体系中，柴油中的水是以游离状态存在于扩散体系中，液-液两相的分离过程主要分为聚结过程和分离过程。在聚集脱水器中的滤芯分为一级聚结滤芯和二级分离滤芯，一级聚结滤芯主要材质为玻璃纤维，柴油由内向外流经聚结滤芯，柴油中的游离水由小液滴变成大液滴，在聚结滤芯表面脱落；二级分离滤芯主要材质为特殊的亲油疏水材料制成，柴油由外向内流经分离滤芯，分离滤芯阻挡水通过，柴油可以通过，分离出来的水在重力作用下，沉降于分离器底部，通过界位控制将水排出[3]，详见图6。

图5 精制柴油出装置流程

图6 柴油聚集脱水器示意图

盐干燥脱水技术主要利用盐的吸水性，柴油中的微量水与盐接触后形成饱和盐水，极性增强，密度增大，易于聚结沉降，从而达到脱除柴油中的微量水的目的[4]。

在聚集器检修管理上，重点检查滤芯更换安装质量，确保滤芯两侧密封面密封完好，避免柴油从密封口走“短路”，日常生产管理过程中，主要定期分析柴油聚集脱水器前后水含量，掌握聚集脱水器滤芯脱水效果；通过分析聚集脱水器后柴油含水含量和出装置柴油水含量，计算盐干燥器脱水量和盐的消耗量；通过数据的收集、计算和分析，柴油聚集脱水器后，柴油含水量保持在204 mg/kg-234 mg/kg之间，再经过盐干燥器后，柴油的含水量平均值在120 mg/kg。通过定期更换失效滤芯和对盐干燥器进行装盐，确保柴油水含量小于0.03 %，外观清澈透明，质量合格。

图7 聚集脱水器后水含量趋势

图8 柴油出装置水含量趋势

6 罐区柴油产品调和监控

全厂出厂柴油是由加氢精制柴油和加氢裂化柴油，在罐区进行在线调和，调和完成后进罐储存。加氢裂化装置原料主要以减压馏分油为主，原料在高温、高氢压环境下，进行裂化、加氢、异构化、环化、脱硫、脱氮、脱氧以及脱金属等反应，其产品质量好，基本上不含氧、氮、硫，不需再进行精制。本厂加氢裂化柴油硫含量长期稳定在0.4 mg/kg；柴油加氢精制因受原料组份比例变化和混合后原料硫含量变化，精制柴油产品硫含量变化较大，精制柴油硫含量分析频次为1次/12小时，但在分析其他时段，仍存在调和硫含量超标风险。

管理方法：1、在管理上，将储运调和后柴油硫含量在线分析实时数据引至柴油精制岗位MES上。2、通过利用加氢裂化柴油硫含量稳定在0.4 mg/kg，反算出精致柴油实时硫含量，公式如下：

精制柴油硫含量={(FI1307+FI1305)*AT1302-0.4*FI1305}/FI1307。

内操根据调和硫含量实时数据变化，及时调整精制反应温度，保证柴油调和硫含量合格。

7 柴油产品全流程管理效果

通过对影响柴油产品质量因素进行风险因素识别和分析，改进管理方法和控制措施，将装置原料从罐区到产品调和全流程进行管控。精制柴油产品硫含量和水含量合格率显著提升，已连续7个月实现100 %合格。

表1 精制柴油采样合格率

图10 柴油产品合格率

总结

通过对装置原料从罐区到产品调和，全流程进行风险因素识别和分析，改进管理方法和控制措施，对提高产品合格率效果明显。

通过对装置罐区原料液位及过滤器滤芯的管理，对提高装置进料稳定和降低罐区原料性质变化效果较好。

在管理上，定期对脱水聚集器前后水含量进行分析和干燥盐的消耗量进行计算，确保脱水设备设施良好运行，保障出厂柴油水含量合格。