作者：王强， 刘江波

单位：恒力石化(大连)炼化有限公司

摘要： 随着市场产能及生产需求发生变化，单位产品的能耗差异对化工生产装置适应性有着很大的影响。通过调整装置的原料加工比例，探索装置加工增产重石脑油的可能性，显著增强产品在低价市场中的竞争力。文中立足石油化工装置的实际情况，从工艺优化与技术探索，提高了目标产品的液相收率，提升企业市场适应性与核心竞争力，为柴油加氢裂化装置的运行积累了宝贵经验。

关键词： 柴油；重石脑油；加氢裂化；芳烃；常减压

某公司2000×10⁴ t/a 炼化一体化项目采用了全加氢工艺流程，最大程度实现了“产品轻质化，工艺清洁化，流程最简化”的要求，其中的2套柴油加氢裂化装置（以下简称1^#装置、2^#装置）为国内首例，采用了完全一样的设计和布局，加工能力均为300×10⁴ t/a，如此设计为日常生产中工艺调整以及瓶颈问题的分析研究提供了可对比性。

生产中发现混合原料中各原料配比对目标产品的收率有着很大的影响，而在国内报道中对柴油加氢裂化的研究报道尚很罕见。

通过对1^#装置的4股原料分别分析、改变原料配比，并与2^#装置的同期运行参数进行对比的方式，最大幅度地降低了上游源头、公用工程等因素对分析结果的干扰。

1. 主要原料及产品

原设计是将柴油组分在催化剂的作用下加氢裂化并分离得到液化气、轻石、重石脑油和未转化油，其中高芳潜值的重石脑油为目标产品，为下油装置提供原料。

装置有4股进料，分别是来自常减压的柴油（以下简称常柴）、来自渣油加氢裂化的H-Oil柴油（以下简称渣柴）、来自罐区柴油（以下简称罐柴）以及来自航煤加氢精制的精制航煤。原料及产品的流程见图1。

图1原料及产品的流程

2. 原料性质分析

2.1 原料硫含量影响分析

原料中的有机硫在加氢过程中会生成H₂S，由于裂化催化剂的加氢活性组分是金属硫化物，循环氢中适量的H₂S可以保证裂化剂的活性，防止裂化剂在高温下被氢气还原导致活性降低。实际上若原料的硫含量过低还需要间断注入硫化剂。但过高的H₂S浓度不利于加氢脱硫反应，并且过量的H₂S 也会增加循环氢压缩机的负荷，增加装置注水量和贫胺液的消耗量，影响装置的经济性。

硫醇、硫醚及含硫杂环化合物的加氢反应主要是脱硫过程，生成相应的烃类和H₂S，以下是典型反应的化学方程式：

（1）硫醇加氢脱硫，硫醇加氢后生成烷烃和H₂S，反应式为：R-SH+H₂→R-H+H₂S

（2）硫醚加氢脱硫，醚加氢后生成烷烃和H₂S，反应式为：R-S-R+2H₂→2R-H+H₂S

（3）含硫杂环化合物加氢脱硫，以常见的噻吩（五元含硫杂环）为例，加氢后生成丁烷和H₂S：C₄H₄S+4H₂→C₄H₁₀+H₂S

若为苯并噻吩（苯环与噻吩稠合），反应式为：C₈H₆S+7H₂→C₈H₁₈+H₂S

2.2 原料氮含量分析

加氢裂化反应器内的裂化剂为固体酸性催化剂，原料中的碱性氮化物对催化剂的活性影响很大，碱性氮化物附着在酸性中心会导致裂化剂的裂化性能被抑制。

有机氮化物分解生成的NH₃也会导致催化剂暂时性失活。裂化剂性能被抑制就需要提高反应温度，使得降低裂化剂的使用寿命，所以原料中的氮含量需要严格控制。原料中存在的主要有机碱性氮化物结构见图2。

图2 原料中存在的主要有机碱性氮化物

2.3 原料芳烃、环烷烃含量影响分析

芳烃的加氢反应网络较为复杂，见图3。多环芳烃的加氢速率比苯加氢的反应速率快，第1个芳环加氢的速率最快，最后1个芳环的加氢最困难并且该反应受热力学平衡限制无法完全反应。同样，环烷烃的最后1个环也最难反应，且六元环很难转化为五元环或断环变成烷烃（图中1至4反应最容易发生，5、6、8、9相对困难，7、10最难反应），表现为对重石脑油组分的选择性更好，所以芳烃含量高有利于提高重石产量以及芳潜，不过较重的多环芳烃易使裂化剂结焦失活，需要控制重芳烃的含量，且芳烃含量过多也会使反应系统的氢耗增加，影响装置的经济性。

图3 芳烃和环烷烃的加氢反应网络

2.4 原料链烷烃含量影响分析

链烷烃主要分为裂化反应、异构化反应与环化反应。其中裂化反应与裂化剂的酸性中心有关，异构化反应则与裂化剂的金属中心有关。以正庚烷和十六烷为例，分别描述烷烃的裂化和异构化反应途径，见图4、5。

图4 正庚烷裂化和异构化反应途径

图5 十六烷裂化和异构化反应途径

由图4、5可以看出，裂化剂的酸性活性较高时，产物的异构化程度较高；裂化剂的加氢活性较高，则产物的裂化程度较高。反应过程中仅有少部分烷烃和烯烃发生环化反应，原料油的组分越轻，反应越剧烈。

3. 原料组成分析

基于前文对原料硫、氮、芳烃及链烷烃等关键性质的理论分析，为明确不同原料的组成特性及其对裂化反应的潜在影响，对装置的4股进料（直馏柴油、渣柴、罐柴及精制航煤）的烃类组成、硫氮含量及馏程等关键指标进行对比分析。为后续研究原料配比对重石脑油收率及产品分布的研究提供基础数据支撑，具体数据见表1。

表1 直馏柴油分析项目及结果

从表1可以看出，直馏柴油中芳烃含量较低，环烷烃、链烷烃含量较高；裂化柴油中芳烃尤其是多环芳烃含量较高，而环烷烃、链烷烃含量较低；精制航煤芳烃含量相比渣柴和常柴很低，绝大部分组成都是烷烃。蜡油装置产出的煤油芳烃含量比精制航煤高，会降低航煤的烟点。

装置的4股进料中，常柴的硫含量最高，渣柴较低，精制航煤和渣油煤油的硫含量极低，从硫含量角度讲，较多的常柴有利于保持裂化剂的活性。但为使反应系统的H₂S分压在合适的范围内，同时保证装置运行的经济性，4股进料应保持合适的比例。渣柴的氮含量最高，常柴较低，精制航煤和蜡油煤油的氮含量极低。

（1）从氮含量的角度讲，渣柴相比常柴不适合作为装置生产重石的主要原料；

（2）从芳烃环烷烃含量的角度讲，渣柴的芳烃和环烷烃含量最高，其次是常柴，精制航煤的芳烃含量最低，不利于生产高芳潜重石。

4. 装置生产数据分析

通过对1^#装置的4股原料进行调整，保证总进料量不变，按比例调整4 路进料的配比，并与2^#装置同期运行参数进行对比。同时为保证试验过程中不对下游装置造成影响，及时调整反应温度以保证各工况下转化率相同，具体参数见表2。

表2 不同原料配比下的反应温升情况

由表2 可以看出，以工况1的进料比例为基础，将渣柴进料降低，同步提高常柴和罐柴（工况2），对比关键参数发现，工况2中一段精制均温与二段裂化均温降低，原因是渣柴进料量降低导致混合进料中氮含量降低，此时需要降低裂化反应温度来保证裂化剂的活性不变。且由于混合进料中多环芳烃含量较低，所以需要降低裂化均温来保证同样的转化率。

相对比工况3，工况4直馏柴油降低了40t/h，航煤提高了2t/h。关键参数对比发现，相较于工况3，工况4中精制与裂化均温提高，原因是随着常柴的降低，原料硫含量降低而氮含量提高，需要的精制温度更高，并且裂化剂的活性受氮影响而降低，需提高裂化催化剂的反应温度以保证同样的转化率。因此得出结论，提高直馏柴油的加工比例，可降低精制及裂化反应温度，发挥催化剂低温活性，利于装置的长周期运行。

相较于工况4，工况5的煤油进料量提高到了5 t/h，工况6的煤油进料量降至0。在重石产率相近的情况下，工况5的精制与裂化反应温度均有降低，而工况6的精制和裂化反应温度、氢耗均有上涨，证明加工煤油可以降低精制与裂化温度，也可以降低氢耗，利于催化剂的长周期运行。但实际上，虽然重石收率不变，但煤油加工比例越高，将造成装置整体的液相收率下降，酸性气与液化气收率增大。文中主要研究的是对重石的影响，装置的整体效益还需要重新计算。

5.原料组成对增产重石影响分析

5.1 直馏柴油

常柴是原油通过常减压装置直接得到的柴油馏分的产物，其中硫含量较高，氮含量相比裂化柴油较低，并杂质较少。常柴的芳烃含量比渣柴低，但多环芳烃的含量较少。在加氢裂化过程中控制合适的反应温度，可提高重石产率。通过提高常柴进料量的方式而提高产率的重石是优质的加氢裂化原料。

5.2 加氢裂化柴油

渣柴是重油加氢裂化的产物，其中氮含量较高，会抑制裂化剂的性能，降低重石的产率，并且渣柴中的芳烃大部分是多环芳烃，加氢的氢耗相比其它原料更多。渣柴中杂质较多，此类杂质需要在加氢前脱除。但是渣柴的芳烃含量很高，有利于提高重石脑油的芳潜。渣柴加工难度大，不适合作为提高重石脑油产率的原料，但与其它原料在合适的比例混合下可以提高重石的芳潜。

5.3 精制航煤

精制航煤来自航煤加氢精制装置，精制航煤的硫氮含量很低，有利于降低脱硫系统的负荷，减少循环氢带液现象；芳烃含量低，可减少氢耗，但不利于提高重石的芳潜；组分较轻，容易发生裂化反应，产生更多的轻质产品，降低重石的产率，需要注意控制裂化温度，防止更多原料裂化为轻质产品。精制航煤不适合作为提高重石脑油产率的原料，也不利于提高重石的芳潜。

5.4 来自蜡油加氢裂化的煤油

蜡油加氢装置来煤油是加氢裂化的产物，相比精制航煤，硫氮含量接近，但蜡油装置来的煤油组分较重，芳烃含量相对精制航煤较高，相比精制航煤更有利于提高重石脑油的产率，但相比常柴和渣柴仍然较低。

6. 调整不同进料量对产品分布实际影响

6.1 掺炼航煤

对来自航煤加氢的精制航煤进行调整，进料量由0t/h 逐步提高至160t/h。在整个调整过程中通过调整降低罐区柴油保持总进料不变，同时每个阶段都在调整稳定24h后采集数据。产品产量及收率见表3。

表3高比例掺炼航煤的反应数据

由表3可以看出，随着航煤加工量增加，一段反应器精制及裂化温度均呈下降趋势，重石脑油以及轻石脑油产量相对于加工航煤量较少时有所下降，但由于航煤组成较轻，导致随着航煤掺量提高液化气收率提高。

6.2 加工渣油加氢裂化柴油

对装置原料中来自渣油加氢裂化的柴油进行调整，进料量由45t/h逐步提高至7 t/h。在整个调整过程中通过调整罐区柴油保持总进料不变，同时每个阶段都在调整稳定24h后采集数据。产品产量及收率见表4。

表4 高比例掺炼渣柴的反应数据

由表4可以看出，将渣柴进料量提高后，由于渣柴中氮含量以及馏程较高，精制温度、裂化温度均上调，随着裂化反应温度的提高轻重石脑油及液化气收率明显提高，但渣柴中氮含量较高为保证催化剂活性进料，其比例不宜过高。

6.3 加工常柴

对装置原料中来自常减压的直馏柴油进行调整，进料量由120t/h逐步提高至240t/h。在整个调整过程中通过调整罐区柴油保持总进料不变，同时每个阶段都在调整稳定24h后采集数据。产品产量及收率见表5。

表5 高比例加工常柴的反应数据

由表5可以看出，常柴进料量提高后，重石脑油收率较调整前有所提高，轻石脑油及液化气收率也有相应变化，精制及裂化温度提高主要原因是常柴的硫含量相对于其它原料较高导致一段反应器精制床层温度上涨，同时常柴的终馏点较高，反应器裂化床层需要提高温度维持转化率。

综上所述，加工精制航煤时，因其硫氮含量低且馏程段较短，所以一段反应器的精制温度与裂化温度均需下调，这进而致使重石脑油收率下降。同时，在渣油加氢裂化柴油及常柴量提高时，由于其终馏点高，需要提高裂化温度以维持转化率，从而使得重石脑油收率提高。

7. 生产方案的效益优序测算

选取装置不同3种进料方案进行对比，其中方案1 提高的精制航煤量（160t/h）；方案2 提高的渣油加氢裂化柴油量（70t/h）；方案3 提高的常柴量（240t/h）。

根据各产品市场价格以及相应公用工程所需要的水电气风相应价格进行效益核算，核算结果见表6、7。

表6 不同方案下投入与产出对比

表7 不同方案下的费用对比

由表6、7可以看出，方案1中航煤使用量最高，氢耗最低，大负荷加工航煤时反应进料加热炉负荷达到瓶颈，反应器温度无调节余量，所以试验阶段加工负荷最高提至335t/h。同时，方案1 中重石脑油及未转化油的收率最低，每小时产生的收益也最低；方案3中，提高常柴至240t/h，重石收率提高至68.5%，但由于生产每吨常柴所需费用较其它柴油高，每小时产生的效益低，为11.26万元/h；相较于方案3，方案2提高H-oil裂化柴油至68t/h，重石收率也较高，产生效益为11.46万元/h。

8. 结论

提高重石脑油的收率要优先提高渣柴的比例，其次是常柴。但要注意控制渣柴的比例在合适的范围内，过高的渣柴比例会使原料氮含量上升，裂化剂性能下降。精制航煤和煤油的比例需要降低，因为此2种原料的硫含量低，比例过高会影响裂化剂的性能，同时由于此2种组分较轻，裂化产物偏向于轻组分，使重石收率下降。装置提负荷时首先应考虑提高常柴的比例，并控制渣柴的比例在合适的比例范围内。

煤油与精制航煤中芳烃含量相对于柴油更低。所以精制航煤与煤油进料过多，将造成重石脑油的芳潜下降。其中精制航煤影响更大。所以为更大限度的提高重石脑油芳潜，为下游装置提供更高的目标产品收率，在降低进料量时首先要考虑降低精制航煤的比例，其次降低煤油的比例。

综合考虑公司效益，提高精制航煤与煤油流量虽然投入费用较低，但重石产量也会相应的下调，使得能耗增大、目标产品收率降低，公司效益降低，此方案不做推荐。应少量提高H-oil 渣油裂化柴油，并通过调整与常柴之间的比例保证混合原料中氮含量不超过设计值，达到最佳效益产出。

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来源：《炼油与化工》 2025年第5期