張超 方友 金海剛 鄭港西

1.中海油石化工程有限公司 2.中海油惠州石化有限公司

隨著國(guó)際和國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和疫情帶來(lái)的全球經(jīng)濟(jì)增速的放緩，柴油消費(fèi)量增長(zhǎng)速度緩慢，為增加企業(yè)效益，降低柴油產(chǎn)量是煉廠急需解決的問(wèn)題。柴油是蠟油加氫裂化裝置的主要產(chǎn)品之一，通過(guò)技術(shù)改造或升級(jí)，降低加氫裂化裝置柴油收率，增產(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油和多產(chǎn)航煤，對(duì)加氫裂化裝置提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義[1-4]。

本研究分析了惠州石化4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置柴油產(chǎn)品及中間餾分的性質(zhì)，探究了生產(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油的可行性，在此基礎(chǔ)上，提出了采用熱氮?dú)鈿馓峁に嚿a(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油的方案，對(duì)實(shí)際改造運(yùn)行效果進(jìn)行了對(duì)比和分析，所生產(chǎn)的5號(hào)工業(yè)白油滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/SH/T 0006-2017《工業(yè)白油》的要求，可為國(guó)內(nèi)外同類(lèi)裝置升級(jí)改造生產(chǎn)工業(yè)白油提供參考。

1 裝置概況

惠州石化4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置以減二線、減三線蠟油和焦化蠟油為原料，主要產(chǎn)品為輕重石腦油、航煤、柴油和加氫裂化尾油，同時(shí)副產(chǎn)干氣和液化氣。裝置采用兩臺(tái)反應(yīng)器系列并聯(lián)的工藝方案，反應(yīng)產(chǎn)物在熱高壓分離器前混合，分餾系統(tǒng)采用雙塔汽提工藝，硫化氫汽提塔塔頂氣與粗石腦油至吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，塔底油經(jīng)加熱爐加熱后至主分餾塔分餾，流程示意圖見(jiàn)圖1。

2 可行性分析

將惠州石化加氫裂化柴油與NB/SH/T 0006-2017《工業(yè)白油》產(chǎn)品技術(shù)要求進(jìn)行對(duì)比[5]，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 惠州石化加氫裂化柴油與NB/SH/T 0006-2017規(guī)定的5號(hào)工業(yè)白油技術(shù)指標(biāo)對(duì)比項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)5號(hào)工業(yè)白油加氫裂化柴油試驗(yàn)方法運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)/(mm2·s-1)4.14～5.064.16GB/T 265閃點(diǎn)(開(kāi)口)/℃≥12085GB/T 3536傾點(diǎn)/℃≤0-2GB/T 3535顏色/賽波特顏色號(hào)≥+25+26GB/T 3555銅片腐蝕(50 ℃,3 h)/級(jí)11bGB/T 5096銅片腐蝕(100 ℃,3 h)/級(jí)--GB/T 5096w(硫)/(mg·kg-1)≤100.2SH/T 0689w(芳烴)/%≤52.6NB/SH/T 0966w(水分)/%無(wú)無(wú)GB/T 260w(機(jī)械雜質(zhì))/%無(wú)無(wú)GB/T 511水溶性酸或堿無(wú)無(wú)GB/T 259外觀及氣味無(wú)色、無(wú)異味、無(wú)熒光、透明的液體有煤油味目測(cè)

從表1可以看出，惠州石化加氫裂化柴油的開(kāi)口閃點(diǎn)、外觀及氣味均不滿(mǎn)足NB/SH/T 0006-2017《工業(yè)白油》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。開(kāi)口閃點(diǎn)和柴油的初餾點(diǎn)有關(guān)，開(kāi)口閃點(diǎn)不滿(mǎn)足要求的主要原因是柴油初餾點(diǎn)低，航煤餾分與柴油餾分重疊多，提高初餾點(diǎn)可提高開(kāi)口閃點(diǎn)溫度[6-8]；柴油中有煤油氣味同樣是因?yàn)楹矫吼s分切割至柴油餾分中造成的，也可通過(guò)提高初餾點(diǎn)進(jìn)行改善。因此，通過(guò)提高柴油餾分初餾點(diǎn)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油產(chǎn)品的方案是可行的。

3 技術(shù)改造

由于加氫柴油中混有航煤餾分，造成加氫裂化柴油不能滿(mǎn)足NB/SH/T 0006-2017的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，裝置嘗試過(guò)以下3種方式提高柴油初餾點(diǎn)，以達(dá)到生產(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油的目的[9-10]，見(jiàn)表2。

表2 加氫裂化裝置生產(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油方案方案方案特點(diǎn)白油性質(zhì)白油產(chǎn)品是否滿(mǎn)足要求主分餾塔降壓調(diào)整無(wú)需增加新設(shè)備主分餾塔分餾效率提高,白油初餾點(diǎn)有所提高,開(kāi)口閃點(diǎn)也相應(yīng)得到提高,但仍不能滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求否增設(shè)蒸汽汽提塔增加蒸汽汽提塔、空氣冷卻器、回流罐、泵、真空脫水設(shè)施,無(wú)需停工實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)白油方案切換白油產(chǎn)品性質(zhì)波動(dòng)較大,水含量容易超標(biāo)是原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提增加白油脫水設(shè)施,需要停工實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)白油方案切換白油產(chǎn)品性質(zhì)波動(dòng)較大,水含量容易超標(biāo)是

由表2可知，主分餾塔降壓調(diào)整方案所生產(chǎn)的白油初餾點(diǎn)有所提高，開(kāi)口閃點(diǎn)也相應(yīng)得到提高，但仍不能滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閃點(diǎn)的要求；增設(shè)蒸汽汽提塔工藝和原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提工藝所生產(chǎn)的白油產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但白油產(chǎn)品性質(zhì)波動(dòng)較大，水含量容易超標(biāo)，且改造新增設(shè)備多，工程量大，成本高。

3.1 熱氮?dú)鈿馓峁に?/h3>

由于增設(shè)蒸汽汽提塔工藝和原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提工藝所生產(chǎn)的白油產(chǎn)品水含量容易超標(biāo)，開(kāi)發(fā)了熱氮?dú)鈿馓峁に?，采用氮?dú)庾鳛闅馓釟猓裼推崴自俜衅魍Ｓ?，改為氮?dú)饧訜崞鳎苊庖虻獨(dú)鉁囟冗^(guò)低造成氣提效果不佳。柴油汽提塔塔頂氣體返回主分餾塔，主分餾塔塔頂氣體由全凝改為部分冷凝，不凝氣抽出排放至火炬系統(tǒng)，具體流程見(jiàn)圖2。

與主分餾塔降壓調(diào)整方案、增設(shè)蒸汽汽提塔方案和原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提方案相比，熱氮?dú)鈿馓岱桨妇哂醒b置無(wú)需新增設(shè)備、改動(dòng)少、投資低、生產(chǎn)的工業(yè)白油性質(zhì)穩(wěn)定、生產(chǎn)白油和柴油方案可靈活切換等優(yōu)點(diǎn)，唯一的不足之處是需要額外向火炬排放不凝氣。增設(shè)蒸汽汽提塔方案、原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提方案和熱氮?dú)鈿馓峁に嚲苌a(chǎn)合格的白油產(chǎn)品，但3種方案在裝置改造量、白油產(chǎn)品性質(zhì)、對(duì)主分餾塔的影響、操作費(fèi)用及改造投資等方面存在差異，不同方案的對(duì)比如表3所列。

由表3可知，與增設(shè)蒸汽汽提塔方案和原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提方案相比，熱氮?dú)鈿馓峁に嚥僮髻M(fèi)用增加較少，改造費(fèi)用最低；對(duì)主分餾塔的影響主要表現(xiàn)為汽提段氣量增加，需連續(xù)排放不凝氣。

表3 生產(chǎn)工業(yè)白油方案對(duì)比方案改造工作量白油產(chǎn)品性質(zhì)對(duì)主分餾塔的影響增加操作費(fèi)用/(元·h-1)改造費(fèi)用/萬(wàn)元增設(shè)蒸汽汽提塔增加分餾塔、空氣冷卻器、回流罐、泵、真空脫水設(shè)施,無(wú)需停工實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)白油方案切換滿(mǎn)足白油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求,白油產(chǎn)品性質(zhì)波動(dòng)較大,水含量容易超標(biāo)無(wú)418365原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提增加白油脫水設(shè)施,需要停工實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)白油方案切換滿(mǎn)足白油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求,白油產(chǎn)品性質(zhì)波動(dòng)較大,水含量容易超標(biāo)汽提段氣量增加47647熱氮?dú)鈿馓峁に嚐o(wú)需新增設(shè)備,僅部分管線改造,改造期間裝置無(wú)需停工滿(mǎn)足白油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求,白油產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定汽提段氣量增加,需連續(xù)排放不凝氣36121 注:操作費(fèi)用按中壓蒸汽140元/t、氮?dú)?.5元/m3、循環(huán)水0.22元/t計(jì)。

3.2 工藝參數(shù)優(yōu)化

柴油汽提塔改為采用熱氮?dú)庾鳛闅馓釟?，塔底再沸器改為氮?dú)饧訜崞?，氣提氮?dú)獾挠昧亢椭鞣逐s塔塔頂冷凝溫度會(huì)影響白油產(chǎn)品的性質(zhì)和排放火炬的不凝氣量，從而影響裝置效益和能耗。因此，從優(yōu)化白油產(chǎn)品性質(zhì)和降低不凝氣排放量出發(fā)，需優(yōu)化氣提氮?dú)饬亢椭鞣逐s塔塔頂冷凝溫度，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)操作成本。

3.2.1氣提氮?dú)庥昧績(jī)?yōu)化

氣提氮?dú)庥昧坑绊懖裼推崴臍馓嵝Ч瑥亩绊懓子彤a(chǎn)品的初餾點(diǎn)。白油產(chǎn)品初餾點(diǎn)越高，開(kāi)口閃點(diǎn)越高。采用HYSYS流程模擬軟件對(duì)氣提氮?dú)庥昧窟M(jìn)行優(yōu)化，考查氣提氮?dú)庥昧繉?duì)白油產(chǎn)品初餾點(diǎn)的影響，如圖3所示。

由圖3可知，在一定范圍內(nèi)，白油產(chǎn)品初餾點(diǎn)隨氣提氮?dú)庥昧康脑黾佣岣?，?dāng)氣提氮?dú)庥昧吭鲋?.25 t/h后，繼續(xù)增加氣提氮?dú)庥昧?，白油產(chǎn)品初餾點(diǎn)變化不大，即對(duì)開(kāi)口閃點(diǎn)基本無(wú)影響。因此，裝置采用的最優(yōu)氣提氮?dú)庥昧繛?.25 t/h。

3.2.2主分餾塔冷凝溫度優(yōu)化

改造前，主分餾塔塔頂冷凝采用全凝設(shè)置，經(jīng)空冷器冷卻至60 ℃后，部分作為回流，剩余粗石腦油進(jìn)入石腦油切割塔切割處理。新增熱氮?dú)庾鳛椴裼推崴臍馓釟猓裼推崴敋怏w返回主分餾塔。由于氮?dú)鉄o(wú)法在主分餾塔塔頂實(shí)現(xiàn)冷凝，主分餾塔塔頂不能繼續(xù)采用全凝設(shè)置，需要連續(xù)排放不凝氣，以維持主分餾塔的壓力穩(wěn)定。在氣提氮?dú)庥昧繛?.25 t/h的條件下，采用HYSYS流程模擬軟件對(duì)主分餾塔塔頂冷凝溫度進(jìn)行優(yōu)化，主分餾塔塔頂冷凝溫度對(duì)不凝氣排放量的影響如圖4所示。

由圖4可知，主分餾塔塔頂冷凝溫度越低，不凝氣排放量越少。當(dāng)主分餾塔塔頂冷凝溫度高于50 ℃時(shí)，冷凝溫度對(duì)不凝氣排放量的影響程度越大；當(dāng)主分餾塔塔頂冷凝溫度低于50 ℃時(shí)，冷凝溫度對(duì)不凝氣排放量的影響程度減弱，此時(shí)需增加水冷器以實(shí)現(xiàn)更低的冷凝溫度，但從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際平面布置考慮，已無(wú)新增水冷器的位置。因此，結(jié)合主分餾塔塔頂冷凝溫度變化對(duì)不凝氣量的影響情況和實(shí)際平面布置，將塔頂空冷器改為高效復(fù)合空冷器，保證冷凝溫度不高于50 ℃，減少不凝氣的排放量。

3.3 工業(yè)應(yīng)用

基于工藝技術(shù)方案比選和工藝參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，對(duì)惠州石化4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置主分餾塔和柴油汽提塔進(jìn)行技術(shù)改造。改造后，主分餾塔塔頂連續(xù)排出不凝氣維持塔壓穩(wěn)定，柴油汽提塔改為采用熱氮?dú)庾鳛闅馓釟猓自俜衅鞲臑榈獨(dú)饧訜崞?，改造前后現(xiàn)場(chǎng)具體操作條件、產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)品性質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表4和表5。

表4 改造前后操作條件和產(chǎn)品產(chǎn)量對(duì)比項(xiàng)目主分餾塔塔頂壓力/MPa主分餾塔塔頂溫度/℃主分餾塔回流溫度/℃主分餾塔塔頂不凝氣排放量/(t·h-1)粗石腦油流量/(t·h-1)航煤流量/(t·h-1)柴油流量/(t·h-1)改造前實(shí)際值0.1141560.06716277改造后實(shí)際值0.1141481.3671760模擬值0.1140501.35661770項(xiàng)目白油流量/(t·h-1)加氫尾油流量/(t·h-1)柴油汽提塔塔頂壓力/MPa柴油汽提塔塔底溫度/℃柴油汽提塔氮?dú)饬髁?(t·h-1)柴油汽提塔塔頂氣相量/(t·h-1)改造前實(shí)際值0500.13070.002.0改造后實(shí)際值60500.12971.2514.0模擬值62480.13001.2513.6

表5 改造前后產(chǎn)品性質(zhì)對(duì)比項(xiàng)目產(chǎn)品產(chǎn)量/(t·h-1)密度(20 ℃)/(kg·m-3)w(硫)/(mg·kg-1)w(氮)/(mg·kg-1)PNA值/%閃點(diǎn)/℃煙點(diǎn)/mm冰點(diǎn)/℃改造前重石腦油48.8752<0.5<0.539/47/14航煤162.0814<106027-54改造后重石腦油50.1753<0.5<0.539/46/15航煤178.0821<106226-52

由表4和表5可知，改造前后主分餾塔操作參數(shù)變化不大。對(duì)比改造前后產(chǎn)品產(chǎn)量情況發(fā)現(xiàn)，改造后新增塔頂不凝氣量1.3 t/h，石腦油收率變化不大，航煤產(chǎn)量增加14 t/h，產(chǎn)品柴油改為工業(yè)白油，白油產(chǎn)量60 t/h。對(duì)于柴油汽提塔，改造后，由于塔底再沸器改為氮?dú)饧訜崞?，塔底溫度相?yīng)降低；塔頂氣相量由2 t/h增至14 t/h。柴油汽提塔改為熱氮?dú)鈿馓峁に嚭?，可能?huì)影響?zhàn)s程范圍輕的產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)改造前后產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，重石腦油產(chǎn)品性質(zhì)變化不大，航煤產(chǎn)品密度略有增加，但仍能滿(mǎn)足航煤產(chǎn)品的性質(zhì)要求。改造后，模擬數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)吻合性較好，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)優(yōu)化和技術(shù)改造具有重要的指導(dǎo)意義。經(jīng)技術(shù)改造后，5號(hào)工業(yè)白油產(chǎn)品分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

由表6可知，改造后，5號(hào)工業(yè)白油產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)均能滿(mǎn)足NB/SH/T 0006-2017《工業(yè)白油》的要求，且相比于增設(shè)蒸汽汽提塔工藝和原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提工藝，產(chǎn)品性質(zhì)更加穩(wěn)定。

表6 改造后實(shí)際白油產(chǎn)品與NB/SH/T 0006-2017規(guī)定的5號(hào)工業(yè)白油技術(shù)指標(biāo)對(duì)比項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)5號(hào)工業(yè)白油標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際白油產(chǎn)品試驗(yàn)方法運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)/(mm2·s-1)4.14～5.064.7GB/T 265閃點(diǎn)(開(kāi)口)/℃≥120126GB/T 3536密度(20 ℃)/(kg·m-3)報(bào)告817GB/T 1884傾點(diǎn)/℃≤0-9GB/T 3535顏色/賽波特顏色號(hào)≥+25+26GB/T 3555銅片腐蝕(50 ℃,3 h)/級(jí)11GB/T 5096銅片腐蝕(100 ℃,3 h)/級(jí)--GB/T 5096w(硫)/(mg·kg-1)≤101SH/T 0689w(芳烴)/%≤54.7NB/SH/T 0966w(水分)/%無(wú)無(wú)GB/T 260w(機(jī)械雜質(zhì))/%無(wú)無(wú)GB/T 511水溶性酸或堿無(wú)無(wú)GB/T 259外觀及氣味無(wú)色、無(wú)異味、無(wú)熒光、透明的液體無(wú)色、無(wú)異味、無(wú)熒光、透明的液體目測(cè)

柴油汽提塔塔底再沸器改為氮?dú)饧訜崞?，為?jié)約改造費(fèi)用，塔底再沸器規(guī)格型號(hào)不做改動(dòng)，僅對(duì)換熱介質(zhì)和流量進(jìn)行改造，改造前后柴油汽提塔塔底再沸器工藝參數(shù)變化見(jiàn)表7。

表7 柴油汽提塔塔底再沸器工藝參數(shù)變化項(xiàng)目管程/殼程介質(zhì)名稱(chēng)流量/(kg·h-1)進(jìn)口溫度/℃出口溫度/℃壓力/MPa換熱面積/m2熱負(fù)荷/kW改造前管程尾油59 9353353122.23殼程柴油61 6302903070.215241 244改造后管程尾油3 5743353122.23殼程氮?dú)? 250402150.80524 63

由表7可知，柴油汽提塔塔底再沸器改為氮?dú)饧訜崞骱螅瑹嶝?fù)荷由1 244 kW降為63 kW，尾油用量減少56 361 kg/h，節(jié)能1 181 kW，氮?dú)饧訜嶂?15 ℃作為氣提氣。熱氮?dú)鈿馓峁に嚿a(chǎn)工業(yè)白油有利于裝置的節(jié)能降耗。

改造后，裝置已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行45天，航煤產(chǎn)量累計(jì)增加1.51×104t，白油產(chǎn)量增加1.12×104t，柴油產(chǎn)量減少2.83×104t，直接經(jīng)濟(jì)效益增加1 200萬(wàn)元以上。

4 結(jié)論

(1) 將惠州石化4.0 Mt/a蠟油加氫裂化裝置生產(chǎn)的加氫柴油與5號(hào)工業(yè)白油性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)加氫柴油開(kāi)口閃點(diǎn)、外觀及氣味均不能滿(mǎn)足工業(yè)白油標(biāo)準(zhǔn)的要求，分析原因可能是部分航煤餾分混入柴油餾分中，柴油初餾點(diǎn)低，造成加氫柴油開(kāi)口閃點(diǎn)偏低，有煤油氣味。通過(guò)分離出柴油餾分中的輕組分、提高柴油餾分初餾點(diǎn)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)5號(hào)工業(yè)白油產(chǎn)品是可行的。

(2) 主分餾塔降壓調(diào)整、增設(shè)蒸汽汽提塔和原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提工藝3種方式提高柴油初餾點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果表明：主分餾塔降壓調(diào)整方案所生產(chǎn)的白油不能滿(mǎn)足NB/SH/T 0006-2017行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閃點(diǎn)的要求，增設(shè)蒸汽汽提塔工藝和原柴油汽提塔再沸器改蒸汽汽提工藝所生產(chǎn)的白油產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但白油產(chǎn)品性質(zhì)波動(dòng)較大，水含量容易超標(biāo)，且改造新增設(shè)備多，工程量大，成本高。

(3) 采用熱氮?dú)鈿馓峁に嚿a(chǎn)的5號(hào)工業(yè)白油產(chǎn)品不僅能滿(mǎn)足NB/SH/T 0006-2017行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求，且性質(zhì)穩(wěn)定，裝置改造工程量低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。