炼厂轻烃的来源、组成及其综合利用

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编 辑 | 化工活动家
来 源 | 炼油技术与工程作 者 | 吴群英

关键词 | 炼厂轻烃  来源 组成  综合利用

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导 读

近年来,为适应国内市场需求的新变化，炼油厂部分柴油和石脑油资源继续深度转化和化工利用，以满足乙烯、芳烃的生产需要，同时调整炼油厂产品结构，提升油品质量。在重油、蜡油、柴油及石脑油资源的转化利用的过程中，炼油厂也副产了大量的轻烃资源。对于典型千万吨级燃油型炼油厂而言，全厂每年的气体轻烃(C4及以下)产量可达到百万吨，占原油加工量的10%左右。对于炼化一体化企业或化工型炼油厂，由于原油资源转化深度进一步提高，全厂的轻烃产量和比例将会大幅度增加。为了实现企业“降本、提质、增效”的目标，如何高效利用这部分轻烃资源已成为炼化行业关注和研究的重点。

炼厂轻烃的来源是哪里？它们的组成又是什么？

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轻烃来源

炼油厂轻烃主要来自于常减压蒸馏、催化裂化、延迟焦化、加氢处理、加氢裂化和催化重整等装置。据统计，2017年中石化30余家炼制企业的轻烃(C4及以下)产量达到26 Mt/a以上，约占原油加工总量11%，其中主要装置的轻烃产量见下表。

催化裂化装置不仅是炼油厂生产油品的核心装置，也是炼油厂轻烃的主要来源。为了实现催化裂化干气(催化干气)和催化裂化液化石油气的加工利用，相关的轻烃分离技术及转化技术相继开发和应用。炼油厂轻烃的第二主要来源也是重油和蜡油加工装置，如延迟焦化、加氢裂化和加氢处理等。但随着炼油厂的清洁化生产和转型发展需求，未来延迟焦化装置的加工量将会逐步下降，而加氢类装置的加工量将逐步提升，炼油厂气体轻烃中的饱和轻烃比例可达到40%～50%。此外，催化重整装置也是炼油厂副产轻烃的主要装置，气体轻烃产量占全厂轻烃总量的9%～10%。对于以生产芳烃为主的炼油厂，重整芳烃联合装置副产的轻烃产量可达到全厂轻烃产量的30%～40%。随着芳烃市场需求和炼油厂氢气需求量的增加，炼油厂重整轻烃和芳烃歧化/异构化气体的产量也将会继续增加。虽然常减压蒸馏装置加工规模庞大，但由于蒸馏过程主要是物理过程，除在加热过程中发生极少量的热裂解反应产生少量轻烃外，其余均为被加工原油自身所含轻烃。常减压装置的轻烃收率较低(小于1%)，并且与所加工原油性质密切相关。

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轻烃组成

催化裂化装置的气体轻烃组成与工艺技术密切有关。下表列出了国内炼油厂几种典型催化裂化工艺的轻烃组成。

可以看出，催化裂化干气中C2资源丰富，乙烯和乙烷体积分数高达60%，尤其是DCC干气中的乙烯体积分数高达40%，因此在炼化企业中常常回收得以利用。对比几种工艺的液化石油气组成，可以发现DCC液化石油气中丙烯和异丁烯含量最高，而MIP和MIP-CGP工艺的异丁烷含量较高，这主要归因于这几种工艺氢转移反应的差异。液化石油气收率较高，轻烃类型多，其综合利用一直是企业关注的重点。

对于延迟焦化和加氢裂化装置，工艺类型对气体轻烃的组成影响不大。下表列出两类装置的典型气体轻烃组成。

延迟焦化装置所产干气中甲烷和乙烷含量较高，液化石油气中丙烷和丁烷含量远高于同碳数的烯烃含量，并且正丁烷含量也远高于异丁烷含量，这与催化裂化装置的气体轻烃组成差异较大。与延迟焦化相比，加氢裂化装置的气体轻烃为饱和轻烃，液化石油气中异丁烷含量略高于正丁烷。由于这两类装置的气体轻烃组成不同，在炼油厂的用途也有较大的差别。

炼厂轻烃该如何综合利用呢？

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干气资源的利用

炼油厂干气资源包含饱和干气和不饱和干气，干气收率为原油加工总量3%～5%，其中常减压塔顶气和加氢处理装置的饱和气体收率较低，一般常作为装置的燃料自用。但随着加工量的增加和加氢原料比例的提升，这部分气体资源产量也大幅增加。因此，大型炼油厂和新建炼油厂一般都配套设置了轻烃回收装置，回收部分高价值的饱和轻烃资源，剩余干气再作为装置燃料或制氢原料，从而实现资源的高效利用，同时保证企业的安全生产。

对于炼油厂的不饱和干气资源，如延迟焦化干气和催化干气等，传统炼油厂和小型炼油企业一般作为燃料自用。但随着炼油厂加工规模的增大、炼油厂转型发展和炼化一体化的深度融合，这部分富含C2的气体资源也通常被回收利用或作为乙烯原料。据统计，2017年中石化炼油厂副产的催化干气达到2.5 Mt，其中约有1.1 Mt催化干气送至C2提浓装置，回收的富C2气体444.8 kt/a，折合乙烯气产量可高达337.0 kt/a。此外，为了直接回收利用催化干气的乙烯资源，部分炼油厂直接采用稀乙烯法制乙苯-苯乙烯工艺，2017年中石化炼油厂稀乙烯法的苯乙烯产量达到759.4 kt/a，折合催化干气消耗量约为781.9 kt/a。上述两种途径的催化干气回收利用率达到75%以上，未来炼油厂催化干气以及其他C2资源的利用率还将会继续提高。

此外，随着环保要求的日益严格，国内炼油厂加氢装置品种逐渐增多，加氢装置规模也不断扩大，全厂氢气资源需求量大幅提升，企业对低分气和各种富氢气体的回收利用非常重视。炼油厂低分气中氢气体积分数较高(约70%)，低分气中氢气量占全厂氢气消耗总量的10%～20%。除加氢装置的低分气外，炼油厂富氢气体还包括重整氢、乙烯氢、苯乙烯烃化尾气、加氢装置排放废氢等。对于上述富氢气体，炼油厂一般采用净化处理后送至变压吸附装置回收氢气，变压吸附尾气经压缩增压后作为全厂燃料气使用或作为制氢原料。目前，炼油厂或炼化企业干气的主要利用途径见下图。

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液化石油气资源的利用

国内炼油厂的液化石油气资源十分丰富，全厂液化石油气收率占原油加工总量的8%～10%。对于大部分炼油厂而言，催化裂化液化石油气收率高达12%～22%，催化裂解(DCC)和催化热裂解(CPP)的则更高，可达到30%～40%。催化裂化液化石油气中烃类组成较多，以烯烃和异构烃类为主。目前，炼油厂催化裂化液化石油气基本不作为燃料使用或商品液化石油气外卖，而是经脱硫脱硫醇处理后进行C3/C4分离，并回收其中的高价值丙烯和丙烷。分离出来的C4资源在不同类型炼制企业中加工路线略有差异。在燃油型炼油厂中，气分C4资源主要用于生产高辛烷值的汽油调合组分，如醚化汽油、烷基化油和芳构化汽油等；在化工型炼油厂中，也可采用烯烃裂解技术继续转化为乙烯和丙烯或进行高价值C4轻烃回收；对于含有催化裂解装置的炼油厂，通常将部分C4资源继续返回催化裂解装置增产烯烃产品。对于饱和液化石油气资源，如加氢裂化液化石油气和重整液化石油气等，现有燃油型炼油厂一般作为商品液化石油气外卖或作为制氢装置原料。但也有部分炼油厂作为全厂装置燃料使用，这种情况在资源丰富的国外炼油厂较为常见。在炼化一体化企业中，饱和液化石油气通常作为乙烯原料。炼油厂或炼化企业液化石油气主要利用途径见下图。

国内炼厂轻烃利用现状

来看看其他炼厂是如何进行轻烃资源利用的

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炼油型炼厂

下图为国内某大型燃料型炼油厂的轻烃综合利用简图。

该炼油厂以生产汽油、煤油、柴油为主，油品收率达到65%以上，同时副产部分芳烃和化工产品，重油采用延迟焦化-蜡油加氢-催化裂化工艺组合路线，因此炼油厂轻烃资源(含液相轻烃)主要有：

①催化裂化和延迟焦化装置的不饱和干气和不饱和液化石油气；

②常减压蒸馏、催化重整、加氢裂化和加氢处理等装置的饱和轻烃和部分粗石脑油；

③催化重整和加氢裂化等装置的富氢气体。

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炼化一体化型炼厂

与典型的燃油型炼油厂相比，一体化企业的炼油厂加工规模一般较大，加工流程较长，轻烃资源的利用途径更加多元化，精细化利用程度也更高。

下图炼油厂以生产油品为主，乙烯和芳烃为辅，因此全厂轻烃遵循“宜油则油、宜烯则烯、宜芳则芳”的加工利用原则：

①催化干气富含乙烯资源，直接作为乙烯原料，催化裂化液化石油气经C3/C4分离后，丙烷作为乙烯原料，丙烯聚合生产聚丙烯，C4馏分中异构烃类含量较高，直接采用叠合技术和烷基化技术生产高辛烷值清洁汽油调合组分(规划建设中)；

②焦化干气富含乙烷资源，焦化液化石油气以饱和轻烃为主，因此炼油厂设置焦化气体回收装置回收富乙烷气体和饱和液化石油气，回收的饱和轻烃直接作为乙烯裂解原料，焦化石脑油富含链烷烃和烯烃，经加氢处理后将作为优质的乙烯原料；

③对于C5/C6等轻石脑油资源，炼油厂设置了正异构分离装置，其中富含的异构烷烃馏分作为清洁汽油调合组分，富含正构烷烃馏分作为优质的乙烯原料；

④在生产PX过程中，歧化和异构化装置单元副产了部分轻烃资源，也将作为优质的乙烯原料；

⑤其他轻烃的加工利用与燃油型炼油厂基本相同。可以看出，油化芳一体化促进了炼油厂轻烃资源更加精细化和多元化利用。

下图炼油厂以生产芳烃和乙烯为主，油品为辅，因此全厂轻烃资源的加工方向更偏向于生产更优质的化工原料和化工产品。

对于全厂的富氢气体、干气、液化石油气和轻石脑油馏分，炼油厂从资源的结构特点出发，采用分离技术分别设置了PSA氢气回收、C2回收、液化石油气分离和石脑油正异构分离装置，最大限度回收高价值的轻烃资源和优质的乙烯原料，实现了资源的结构级别利用甚至是分子级别的利用。因此，炼油厂转型发展的需要决定了轻烃资源的加工方向，而分离应用技术的进步大幅提升了国内轻烃的综合利用水平。“十三五”期间，国内还将有一批大型炼化企业相继启动建设和投产运营，炼油产能过剩加剧。同时随着国内油品消费需求的放缓，油品质量升级步伐加快，安全环保要求不断提高，炼油工业发展将面临着巨大的挑战，炼油企业未来的竞争将愈演愈烈。未来炼油厂将更加强化全厂资源的精细化管理，低价值轻烃资源将逐步变“废”为“宝”，资源的综合利用水平将明显提高。