加氢裂化装置生产低凝柴油改航煤生产方案探讨
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张学佳
收稿日期：2012-04-16；修回日期：2012-06-14
作者简介：张学佳(1982-)，男，黑龙江大庆人，2008年毕业于大庆石油学院(现东北石油大学)化学化工学院化学工艺专业，硕士研究生学历(工学硕士)，工程师，现任职于中国石油大庆石化公司炼油厂，从事炼油工艺与环境科学方面的研究工作，发表论文近40篇。地址：(163711)黑龙江省大庆市龙凤区大庆石化公司炼油厂加氢二车间。电话：15845945543。E-mail：
dqshgs@163.com.
摘要：介绍了大庆石化公司炼油厂加氢裂化装置概况及装置目前生产状况，分析了加氢裂化装置生产航煤的可行性，归纳了影响产品质量不合格的各种因素及调整方法，并探讨出影响装置低凝柴油改航煤生产方案的主要因素，且相应地提出并落实一系列的对策和解决措施。最终装置生产的航煤通过了国家认证，提高了装置的经济效益及社会效益。
关键词：加氢裂化 低凝柴油 航煤 生产方案
Study on converting production program of low freezing point diesel into aviation kerosene in hydrocracking unit
Outline:
Zhang XueJia
Refinery of Daqing Petrochemical Company, Daqing 163711, Heilongjiang, China
Abstract: The production situation of hydrocracking unit in Daqing petrochemical company refinery is introduced and its feasibility of producing aviation kerosene is analyzed. The factors influencing product quality and adjustment methods are given and the major factors are considered so comprehensively for producing qualified aviation kerosene. Then, a series of relevant countermeasures and solutions are presented. Finally, the aviation kerosene produced in the hydrocracking unit passes the national certification, and the economic and social benefits have improved.
Key words:
hydrocracking low freezing point diesel aviation kerosene production program
为了提高大庆石化公司的盈利能力，结合大庆石化的整体部署，该炼油厂加氢裂化装置优化调节生产3号航煤，拓宽炼油厂航煤的生产途径，改变炼油厂航煤主要由常减压装置生产供应的状况，实现加氢裂化装置效益最大化。
1 可行性分析
1.1 装置概况
中国石油大庆石化公司炼油厂加氢裂化装置是大庆石化目前唯一的一套加氢裂化装置，其由北京设计院承担基础设计，大庆石化设计院进行详细设计。反应部分采用单段串联一次通过，炉前混氢方案，热高分工艺流程；分馏部分采用脱气塔、常压分馏塔出低凝柴油、柴油方案。加工原料主要为炼油厂常减压装置的常三、常四、减一、减二、减三线油(大庆原油)以及发汗蜡下油、溶剂脱蜡油、焦化柴油、焦化蜡油、重油催化重柴油等。主要产品为：轻石脑油、重石脑油、低凝柴油、柴油以及乙烯裂解用的尾油。装置设计能力为120×104 t/a，年开工时间为8000 h，设计能耗为1352 MJ/t原料油，装置于2004年8月开工投产。目前，加氢裂化装置精制反应器使用的催化剂为大庆石化研究院研发的DZN系列催化剂，裂化反应器使用的催化剂为抚顺石化研究院研发的FC-16B型催化剂。
1.2 装置目前生产状况
截止至2012年4月，装置运行周期近4年，预计2012年5月装置大检修。源于加氢裂化装置加工方案的灵活性，根据上级部门的生产要求(主要涉及加工量和产品质量)，频繁调整了生产方案，装置操作参数变化也较大。该装置主要运行参数见表 1。
表 1
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表 1 加氢裂化装置主要运行参数
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1.3 加氢裂化装置生产航煤可行性分析
由于氢和催化剂的同时存在，在重质油轻质化的同时，能够大幅度降低原料中的硫、氮、芳烃及烯烃含量，可以直接生产符合最新规格要求的优质馏分油，且可以加工的原料及产品具有相当宽的范围。其操作灵活性强，产品液体收率高、非烃化合物极少、饱和度高、安定性及低温流动性好、对添加剂的感受性强、质量好，是其他工艺过程很难代替的[1]。故利用加氢裂化工艺生产质量优异的航煤，是除利用常减压一次加工外二次加工生产航煤的主要手段[2]。所以加氢裂化装置从设计本质上来讲，具备生产航煤的能力，这也从国内多家炼油厂展现出来[1]。并且，本装置催化剂为中油型双功能催化剂，具有中等酸性和强加氢活性，精制剂金属主要组分为Mo-Ni，裂化剂金属主要组分为W-Ni，温度敏感性较小，催化剂适应性好、活性高、选择性高、配伍性好，对中间馏分油具有高度选择性。另外，本装置工艺流程为工业上应用范围最为广泛的单段串联高压加氢裂化工艺流程，通过改变操作方式或工艺条件等方法，对产品结构在相当大范围内可进行灵活调节，并对原料的适应性也很强[1]。
1.4 加氢裂化装置生产航煤的优越性
炼油工业生产航煤的方法可分为两大类，一类是传统的非加氢工艺，另一类是加氢工艺[3]。归纳起来主要有以下3种方法[4]：
(1) 以减压馏分油(VGO)或其相应馏分为原料的高压加氢裂化法；
(2) 以富含芳烃的直馏煤油或二次加工得到的煤油馏分为原料的深度加氢处理法；
(3) 选择适当原油的直馏煤油馏分为原料，在冰点、密度、馏程、燃烧性能指标基本符合要求的情况下，采用相对简单的工艺方法加工，得到合格的喷气燃料。
传统的非加氢工艺加工装置固定资产投资少、操作费用低，因而生产成本低，但一般都存在不同程度的环境污染，加工中产生的废料不易处置，且对原料油变化的适应性差，缺乏应对市场变化的灵活性。而加氢工艺对原料油的适应性要强得多，且易于操作，易于实现先进控制和清洁生产，因而其应用不断扩大，并有取代传统非加氢工艺的趋势[4]。虽然加氢装置投资相对较高，但对于已经投产的加氢裂化装置如本装置，调整装置产品结构，优化生产航煤，创造经济效益，生产可行性大。
2 制约装置生产合格航煤的因素分析
由于航煤特殊的应用场所和环境，使得对其性能要求十分苛刻，3号喷气燃料国家标准(GB 6537-2006《3号喷气燃料》)从外观、颜色、组成、挥发性、密度、流动性、燃烧性、腐蚀性、安定性、洁净性、导电性、水分离指数和润滑性等方面，对航煤提出了近30项指标要求。装置目前生产的低凝柴油主要作为调和柴油出厂，其密度约为780 kg/m3，闪点约为52 ℃，凝点≯-47 ℃，产品馏程见表 2。
表 2
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表 2 加氢裂化装置低凝柴油产品馏程
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通过与3号航煤国标相关要求及大庆石化公司生产合格航煤要求指标相比(见表 3)可知，加氢裂化装置低凝柴油馏出口质量需要满足以下指标方为合格航煤(见表 4)。根据现生产低凝柴油产品质量，与航煤质量指标相比，主要有以下指标不合格，分别为密度、低温流动性指标，如：冰点、润滑性指标，以及磨痕直径、抗氧化性、抗静电性等。
表 3
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表 3 3号航煤产品相关标准
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表 4
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表 4 加氢裂化装置生产航煤馏出口质量指标
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3 解决措施
就装置目前生产状况，对影响低凝柴油改航煤生产方案中产品质量的各种因素进行对比分析，得出影响装置生产合格航煤的主要因素由高到低顺序为：操作条件、原料及产品、添加剂、设备及其它因素。对上述装置存在产品质量不合格的问题，在采用一般调整方法的基础上，针对性地提出以下解决措施[1-4]。
3.1 控制好操作条件
操作中, 反应岗位首先必须控制适宜的转化深度，其次, 航煤的质量指标是主要靠分馏系统来调整的。分馏系统的调整原则是：多调节温度，少调节回流量，控制好热量平衡，避免分馏系统混乱。因此在调节过程中，当有部分指标合格后，通过固定一些重要参数在一定范围内，微调其它指标，尤其要保证操作的稳定性。由于装置加工原油为大庆原油，属于石蜡基原油，航煤产品冰点和密度矛盾很大[1]，经过分析、探讨、摸索、实践，最终得出保证产品合格的工艺条件见表 5。
表 5
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表 5 加氢裂化装置生产航煤操作条件表
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3.2 稳定原料
航煤的指标控制比较严格，为保证产品质量，一定要稳定原料数量及性质，否则原料性质的频繁变化将引起操作波动，进而影响产品质量。这就要求原料性质和组成必须稳定，加工量不要太高，加氢裂化装置一般原料指标见表 6。
表 6
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表 6 加氢裂化装置一般原料控制指标
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根据目前生产情况，加氢裂化装置生产合格航煤, 要求原料中非直馏组分尽量小于20%，而不要超过35%。加氢裂化装置生产合格航煤原料组分比例要求见表 7。
表 7
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表 7 加氢裂化装置生产合格喷气燃料原料组分比例
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通过原料组成分析及操作条件的变化(如精制反应器入口温升), 密切注意原料性质的变化，加强脱水、过滤等原料的提纯操作。
3.3 注入添加剂及改进工艺流程
由于加氢裂化反应能脱除油品中天然抗氧、抗磨等极性很高的化合物，使油品的配伍性、抗烧蚀性下降，抗氧化安定性、润滑性和橡胶相容性变差，无法满足喷气燃料指标，因此需要在加氢裂化装置喷气燃料出口加入适当的抗氧化剂、抗磨剂、抗静电剂等添加剂，才能确保产品质量。通过对各生产添加剂公司的技术协议的谈判，最终选定了T501型抗氧剂，T1602型抗磨剂，T1502型抗静电剂。但是由于装置设计初期未能考虑到抗磨剂及抗静电剂注入情况，在原抗氧剂注入线及抗氧剂罐上进行适当改造使添加剂能顺利注入。此外，生产中一定要保证设备的平稳运行，加强设备的日常管理及维护保养，不准超温、超压、超速，保证产品质量。
4 结果分析
经过三个月的技术攻关，装置生产出合格的航煤，并于同年7月20日，加氢裂化装置生产3号航煤通过了国家航空油料专家组认证，已具备3号航煤的批量生产条件，装置年预计可生产航煤20×104 t，投放市场后将有效缓解航煤用油季节紧张局面[5]。生产航煤前后产品收率变化情况见表 8，能耗变化情况见表 9。
表 8
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表 8 生产航煤前后产品收率变化情况
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表 9
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表 9 生产航煤前后装置能耗变化情况
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由表 8数据可以看出，生产航煤后装置转化率略有下降，轻石脑油下降1.02%，低凝柴油馏分收率下降8.62%，这些都充分说明为保证航煤合格必须损失其它一部分产品收率。同时，相应的重石脑油收率上升0.91%，柴油收率上升4.5%，尾油收率上升4.28%，高附加值产品收率明显降低，但装置产品液收及损失则变化不大。对于像大庆石化这种乙烯裂解原料短缺情况，正好可用加氢裂化装置多生产这部分尾油弥补这方面空缺。
通过表 9对比数据可以看出，生产航煤后能耗相比上升0.73 kg标油/t，主要为3.3 MPa蒸汽，与电耗相比变化较大。具体分析原因如下：
(1) 生产航煤前加工量为3400 t/d，为保证航煤产品质量，加工量降为3200 t/d，加工量的下降使得装置总体能耗略有上升。
(2) 装置3.3 MPa蒸汽用途为驱动循环机汽轮机，其能耗在装置综合能耗中占有相当大的比例。为保航煤产品质量，反应系统压力需较高，精制反应器氢油体积比由以往的800:1左右上升为1000:1左右，循环氢量由以往的190 000 m3/h左右上升为210 000 m3/h左右，使3.3 MPa驱动蒸汽用量增加。
(3) 生产航煤后电耗略有增加，一方面由于系统压力升高，操作苛刻度增加，用于原料油及氢气升压的电耗增加；另一方面，由于天气转暖，环境气温升高，空冷等耗电设备耗能增加是能耗上升。
(4) 水耗、燃料气及其它单耗相比则变化不太大。
综合以上方面的因素，生产航煤对于加氢裂化装置应该是可以接受的。低凝柴油与航煤吨油价格相差近百元，抛去添加剂及设备投资等相关费用，装置低凝柴油转航煤生产所创造的经济效益是相当可观的。
5 结论
加氢裂化装置由低凝柴油生产切换到航煤生产在技术上是可行的，所生产的航煤完全能够达到3号喷气燃料的各项质量指标要求，再次印证了加氢裂化装置生产航煤的可行性，在装置经济效益提高的同时，还提高了装置的社会效益。
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韩崇仁. 加氢裂化工艺与工程[M]. 北京: 中国石化出版社, 2006: 309-410.
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林世雄. 石油炼制工程(第四版)[M]. 北京: 石油工业出版社, 2009: 140-141.
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| [4] |
李大东. 加氢处理工艺与工程[M]. 北京: 中国石化出版社, 2004: 955-956.
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2012, Vol. 41