柴油质量升级中密度、十六烷值问题与应对措施_吕振辉.pdf

投稿网址：http：/辽宁石油化工大学学报JOURNAL OF LIAONING PETROCHEMICAL UNIVERSITY第43卷 第3期2023 年6月Vol.43 No.3Jun.2023柴油质量升级中密度、十六烷值问题与应对措施吕振辉1，曾榕辉1，薛冬1，潘云翔2，彭冲3（1.中石化（大连）石油化工研究院有限公司，辽宁 大连 116000；2.上海交通大学 化学化工学院，上海 200240；3.大连理工大学 化工学院，辽宁 大连 116024）摘要：研究了我国柴油产量和消费量变化趋势以及不同来源柴油性质与国柴油标准差异，并分析了我国柴油池构成、质量现状和存在的问题。结果表明，在柴油质量升级中，我国面临的最主要压力是如何解决柴油的密度和十六烷值（包括十六烷指数）达标问题，而非柴油的硫质量分数。为此，提出了明确十六烷值和十六烷指数的区别、做好原油加工优化、对劣质柴油进行加氢转化以及调整炼厂产品结构等应对措施。关键词：柴油；质量升级；密度；十六烷值；十六烷指数中图分类号：TE624 文献标志码：A doi：10.12422/j.issn.16726952.2023.03.002Problems and Countermeasures of Density and Cetane Number in Diesel Quality UpgradingL Zhenhui1，Zeng Ronghui1，Xue Dong1，Pan Yunxiang2，Peng Chong3（1.SINOPEC（Dalian）Research Institute of Petroleum and Petrochemicals Co.，Ltd.，Dalian Liaoning 116000，China；2.School of Chemistry and Chemical Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China；3.School of Chemical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian Liaoning 116024，China）Abstract:This paper compared the variation trend of the output and consumption of diesel and the difference of the qualities of different sources diesel with the standard of diesel in China,and analyzed the composition,quality and problems of diesel pool in detail.It is considered that the most important problems in diesel quality upgrading process is how to reach the standard of diesel density and cetane number(including cetane index),rather than diesel sulfur content.Therefore,some countermeasures were put forward,such as identify the difference between cetane number and cetane index,optimizing crude oil processing,hydro converting inferior diesel and adjusting the product structure of refinery.Keywords:Diesel；Quality upgrading；Density；Cetane number；Cetane index柴油是重要的交通燃料，但其中的硫和多环芳烃燃烧形成的颗粒物是雾霾产生的重要原因12。为了迎接 21 世纪环境保护的挑战，全世界对汽油、柴油产品质量的要求不断提高。1999年，我国开启油品质量升级之路，对柴油中硫化物和多环芳烃含量提出了严格限制，目前已经全面实施国柴油标准，将车用柴油硫质量分数全面限制在 10 g/g 以下，同时要求多环芳烃质量分数小于 7%35。超低硫、低芳烃柴油的生产导致柴油加氢的工业装置运转周期大幅度缩短，严重影响炼化企业效益6。我国主要以加工进口高硫原油为主，各种柴油中的硫质量分数普遍较高，因此在柴油质量升级过程中，人们将更多的注意力和精力放在如何经济、有效地降低柴油的硫质量分数上，而对柴油密度和十六烷值在质量升级中可能出现的问题关注不够。但是，随着原油的进一步重质化、劣质化，含酸原油加工比例不断提高，在柴油质量升级过程中，降低柴油密度、提高十六烷值（包括十六烷指数）的任务将可能比降低硫质量分数更迫切、更艰巨。文章编号：16726952（2023）03000806收稿日期：20230314 修回日期：20230421基金项目：国家重点研发计划项目（2021YFA1501200）。作者简介：吕振辉（1983），男，硕士，副研究员，从事油品加氢催化剂方面的研究；Email：。通信联系人：彭冲（1984），男，博士，教授，博士生导师，从事能源化工及催化反应工程方面的研究；Email：。第 3 期吕振辉等.柴油质量升级中密度、十六烷值问题与应对措施1 我国柴油消费量及柴油池构成 1.1 我国柴油消费量及用途随着原油加工量增长，开工负荷上升，我国柴 油 产 量 和 消 费 量 也 呈 现 增 长 态 势。图 1 为2012-2022 年 我 国 柴 油 产 量 和 消 费 量 示 意 图。图 2 为 2020 年我国柴油消费结构。从图 1 和图 2可以看出，我国柴油需求变化与经济转型和产业结构调整之间的关系更为密切；在 2020 年消费的1.43 亿 t 柴 油 中，交 通 运 输 占 柴 油 消 费 总 量 的67%，非 交 通 运 输 占 柴 油 消 费 总 量 的 33%；2022年，我国柴油累计表观消费量达 1.80 亿 t，与 2021年相比，增加了 22.77%。从近五年的历史数据来看，2022 年柴油消费量已突破新高，与消费量较低的 2020 年相比，涨幅为 27.50%。因此，未来在产业升级、传统行业油耗下降、运输结构调整、替代 能 源 等 因 素 影 响 下，柴 油 需 求 将 处 于 稳 定 平台期。1.2 我国柴油池构成我国生产的柴油主要来自常减压装置的直馏柴油，催化裂化装置的催化裂化柴油，延迟焦化装置的焦化柴油，加氢裂化装置的加氢裂化柴油和渣油加氢、蜡油加氢处理装置的副产加氢柴油。以我国某大型石化央企柴油加氢装置统计为例，直馏柴油占 51%，催化裂化柴油占 15%，焦化柴油占 19%，加氢裂化和渣油加氢、蜡油加氢柴油占 15%（见图3）。未来我国原油加工量将进一步提高，同时还将新建一批渣油加氢装置，在柴油池构成中，柴油池调 和 的 关 键 瓶 颈 仍 在 密 度、十 六 烷 值 和 十 六 烷指数。2 柴油质量升级面临的挑战 2.1 各种柴油质量情况对比表 1 为各种柴油的主要性质与柴油标准的对比 结 果。由 表 1 可 知，加 氢 裂 化 柴 油 的 密 度（20）为 0.810 00.850 0 g/cm3，硫质量分数10 g/g，多环芳烃质量分数为 0.5%5.0%；如果不切出喷气燃料组分，十六烷值为 50.055.0，十六烷指数为 50.053.0，如果切出喷气燃料组分，则 十 六 烷 值 为 60.065.0，十 六 烷 指 数 为 65.075.0；其各项主要指标与国柴油标准相比均有较大富余量，是最好的调和组分。渣油加氢、蜡油加氢装置所产柴油的密度（20）为 0.860 00.880 0 g/cm3，硫质量分数为 200600 g/g，多环芳 烃 质 量 分 数 5.0%15.0%，十 六 烷 值 为 40.046.0，十六烷指数为 40.047.0，其硫质量分数、密度、十六烷值均达不到国柴油标准。虽然我国加工的原油品种很杂，但主要还是以中东含硫原油 为 主，经 常 减 压 获 得 的 直 馏 柴 油 密 度（20）为 0.820 00.860 0 g/cm3，硫 质 量 分 数 为 6001 500 g/g，多环芳烃质量分数为 5.0%15.0%，十 六 烷 值 为 40.056.0，十 六 烷 指 数 为 40.052.0，除 硫 质 量 分 数 和 多 环 芳 烃 质 量 分 数 以 外，其他主要指标均符合国柴油标准，也是很好的调和组分。焦化柴油的密度（20）为 0.840 00.880 0 g/cm3，硫质量分数为 2 00030 000 g/g，多 环 芳 烃 质 量 分 数 为 15.0%25.0%，十 六 烷 值为 36.048.0，十 六 烷 指 数 为 38.046.0，其 中 密度、硫质量分数和多环芳烃质量分数均超标，十六 烷 值 和 十 六 烷 指 数 接 近 国 柴 油 标 准，但 经加氢后可以作为车用柴油调和组分。催化裂化柴 油 质 量 极 差，密 度（20）为 0.870 00.940 0 g/cm3，硫质量分数为 1 00020 000 g/g，多环芳图 12012-2022年我国柴油产量和消费量示意图图 22020年我国柴油消费结构图 3我国典型企业柴油池构成9辽宁石油化工大学学报第 43 卷烃质量分数为 30.0%55.0%，十六烷值为 15.035.0，十六烷指数为 22.035.0，因此催化裂化柴油是我国各阶段柴油质量升级过程中必须面对的最大难题78。2.2 柴油质量升级中存在的主要问题尽管柴油的质量指标很多，但在质量升级中需要解决的关键指标主要有多环芳烃质量分数、硫质量分数、密度、十六烷值和十六烷指数。我国在柴油加氢脱硫催化剂及工艺开发方面取得了长足进展，将柴油硫质量分数降低至 10 g/g以下，但多环芳烃质量分数、密度、十六烷值和十六烷指数仍需进一步关注。在我国各炼厂的柴油池构成中，多环芳烃质量分数超标的柴油主要是催化柴油和焦化柴油，尽管多环芳烃比较容易加氢，但将多环芳烃质量分数降至 7.0%以下，经济代价仍然较大。由于受反应热力学平衡、反应机理及柴油结构组成特点等因素的制约，降低柴油密度、提高十六烷值和十六烷指数不仅存在经济方面问题，而且还受到技术方面的约束。表 2为不同柴油加氢脱硫时密度和十六烷值的变化情况。我国直馏柴油的密度、十六烷值和十六烷指数与国柴油标准相差不大，是生产国柴油最主要的调和组分。但是，随着原油加工量的不断增加和新发现原油的日趋劣质化，我国不可避免增加低API度、高酸原油的加工比例。低 API度、高酸原油不仅轻组分少、对设备腐蚀严重，其直馏柴油密度大、十六烷值低，加氢改质难度非常大。在不同条件下，对我国海洋环烷基原油（绥中 361）直馏柴油进行了加氢精制，加氢精制柴油的密度、十六烷值和十六烷指数变化情况见表 3。加氢反应条件：产品 1、2、3 的 反 应 总 压 力 分 别 为 10.0、15.0、15.0 MPa，总体积空速分别为 1.0、0.6、0.6 h-1，平均反应温 度 分 别 为 350、350、380 ，装 置 耗 氢 分 别 为0.81%、1.12%、1.30%。由表 3可知，当含酸原油加工量提高到某一比例时，直馏柴油的密度、十六烷值和十六烷指数很难满足国柴油标准。焦化柴油经过加氢后，其密度、十六烷值和十六烷指数一般在国柴油标准附近，不调和或适当调和便可达到国柴油标准。渣油加氢、蜡油加氢柴油的密度、十六烷值和十六烷指数较国柴油标准有较大差距，而且即使对这部分柴油再进行加氢，也很难进一步降低其密度、硫质量分数和提高