石油炼制与化工PETROLEUM PROCESSING AND PETROCHEMICALS
2021年5月第52卷第5期
加工工艺
张方方】，张新宽2，于中伟2
（1.中国石化工程建设有限公司，北京100101； 2.中国石化石油化工科学研究院）
摘要：作为生产芳烃和烯烃产品的重要原料，石脑油馏分的综合利用是优化炼化一体化加工方案的重中之重。通过分析石脑油的族组成及轻、重石脑油的组成变化对芳烃和烯烃生产的影响，优化石脑油的加工方案，为进一步提高石脑油资源综合利用水平提供思路。用关键组分来控制分离精度，代替传统的馏程控制，将石脑油进行烷烃正构、异构分离，特别是将轻石脑油进行烷烃正构、异构分离，正构轻石脑油送至乙烯装置作原料对乙烯及总烯烃收率的提高更为有利。调整重整装置的进料组成，提高芳烃收率，实现增产芳烃产品的目的。上述措施对优化炼化一体化原油加工方案、提高石脑油资源综合利用更为有效。 关键词：石脑油炼化一体化重整装置分馏调整组成
近年来，中国炼油工业通过改扩建与新建相结合的方式，炼油规模迅速扩大，产能增长很快，燃料油市场日渐饱和，产能过剩的矛盾凸显，如何依托现有加工设施实现资源利用价值的最大化，由燃料型向化工型转变，实现炼油化工一体化，将过剩的炼油产能转化为化工产品产能的方案越来越受到大家的关注。作为生产芳烃和烯烃产品的重要原料一一石脑油馏分的综合利用已成为优化炼化一体化加工方案需要考虑的关键因素。渣油加氢
在常规的炼化一体化原油加工方案中，石脑油的去向主要有：轻石脑油送至烯烃生产装置作原料，重石脑油作为重整原料生产芳烃产品或高辛烷值汽油组分。根据芳烃和烯烃的生产特点，富含正构烷烃的轻石脑油更有利于烯烃的生产，富含异构烷烃的重石脑油更有利于芳烃的生产。因此，本课题通过分析石脑油的来源、族组成，调整轻、重石脑油各组分的构成比例，为提高石脑油资源综合利用水平提供思路。
1石脑油组成分析
1.1石脑油的来源
一般来讲，石脑油馏分是原油中从常压蒸馏开始馏出的温度（初馏点）到180C或200C的轻馏分。组成石脑油的单体烃种类繁多，所占比例相差十分悬殊；随着馏分变重，所含单体烃的数目也将迅速增加。炼油厂中石脑油主要分为两类：一类为直馏石脑油，来自于常压蒸馏装置，其性质受加工原油的
限制；另一类为二次加工装置产生的石脑油，如加氢裂化石脑油、焦化石脑油、催化裂化石脑油、重整抽余油及蒸汽裂解抽余油等。
加氢裂化重石脑油中环烷烃含量较高，杂质含量低，是比较理想的重整原料；加氢裂化轻石脑油、重整戊烷油中异构烷烃含量较高，研究法辛烷值（RON）约为80左右，可考虑作为成品汽油调合组分或乙烯原料。焦化石脑油中氮、硫等含量比直馏石脑油高，烷烃含量也相对较高（质量分数大于65%），加氢精制后是良好的乙烯原料，也可作为重整原料的一部分；重整抽余油烷烃含量高，环烷烃及芳烃含量低，也可用作乙烯原料。
催化裂化石脑油的性质与数量不仅与原料性质有关，还取决于操作参数和催化剂性能，其单体烃的构成主要以烷烃、烯烃、芳烃为主，环烷烃含量较少，且烷烃、烯烃多为异构产物，相对于其他石脑油馏分，催化裂化石脑油RON可达93左右，不是理想的重整原料和乙烯原料，结合国内汽油市场情况，催化裂化石脑油加氢后多用于全厂成
收稿日期：2020-10-27；修改稿收到日期：2020-12-03.
作者简介：张方方，硕士，高级工程师，主要从事重整、芳烃装置的工程设计与研究工作以及炼化一体化原油加工方案的研究工作。
通讯联系人：张方方，E-mail：zhanglanglang@sei。
基金项目：国家重点研发计划项目（017YFB0306504）。
第 5 期张方方，等.提高石脑油综合利用效率的措施及优化方案
17
品汽油的生产。其他的石脑油馏分，如重芳烃，其产量及组成 取决于重整原料的组成及馏程。其中C 9+重芳烃 中富含三甲苯，占比为50%〜70%。目前，国内外
对C 9+重芳烃的利用主要有3种途径：①出售或掺 混汽油，但随着环保要求的日益严格，汽油、柴油
质量升级加速，这一方面的利用呈下降趋势；②对 其按不同组分分离出价值较高的化工产品，然后
再进一步加工成精细化工产品，但由于市场容量 有限，这一方面的利用不可能全面推广；③重质芳
烃轻质化，将重芳烃脱烷基生成附加值较高的苯、 甲苯、二甲苯等基本石油化工产品，再将不能转化 的均四甲苯、荼、甲基荼等分离出来。这是一条更
有竞争力的利用途径，目前，随着国内对二甲苯
（PX ）自给率的逐年提高，普遍考虑将C 9+重芳烃
直接用于PX 的生产。
对比燃料型炼油厂，化工型炼化一体化企业
石脑油资源更为丰富，但性质差异较大。表1列出 了某原油加工量15 Mt/a 的炼化一体化企业的石 脑油来源、产量、组成及用途。
表1某原油加工量15 Mt/a 的炼化一体化
企业石脑油来源、产量、组成及用途1）其族组成中烯烃质量分数为9%。
项 目
产量/
(kt • a -1)
族组成（狑）,%烷烃
环烷烃
芳烃
作为连续重整原料
直馏重石脑油
1168 8652510
蜡油加氢裂化重石脑油564 2
36559柴油加氢裂化重石脑油2455 742
52
6
小计
4188 7
作为烯烃生产原料
直馏轻石脑油
639 79820蜡油加氢裂化轻石脑油101 8
98
20
柴油加氢裂化轻石脑油
341 29181渣油加 氢石脑油204 263
23
14重石脑油
829 0652510
重整抽余油456 997
2
1
重整戊烷油1
55 0
91焦化石脑油228 566
259
小计
2856 3
作为汽油调合组分柴油加氢裂化轻石脑油
304 5918
1
合计
7349 5
从表1可以看出，该原油加工能力15 Mt/a 的
炼化一体化企业，石脑油资源总计可达到7 349.5
kt/a，占原油总量的49%。如何利用好这些石脑油
资源，使其在烯烃和芳烃生产中发挥最大作用成 为影响全厂产品方案的核心问题。1.2石脑油的组成
表2列出了沙特轻质、中质和重质原油的直
馏石脑油馏分（初馏点〜180 C 馏分）的族组成。 表3列出了沙特轻质原油的直馏石脑油的碳数 分布。
表2沙特轻质、中质和重质原油直馏
石脑油的族组成
狑，％项 目轻质原油 直馏石脑油
中质原油
直馏石脑油
重质原油
直馏石脑油
烷烃
73 4373 357553正构烷烃39 7242 04
3139异构烷烃33 71
31 314414
环烷烃14 7115 491510芳烃
11 86
11 169 38
合计
100100
100
注：表中数据由Aspen HYSYS 软件计算得出。
表3沙特轻质原油直馏石脑油的
注：表中数据由Aspen HYSYS 软件计算得出。
碳数分布
狑，%
碳数
正构烷烃
异构烷烃
环烷烃
芳烃
C 20 47C 3
0 33
C 45 200 49C 5
4 998 430 25
C 66 48
4 64
1 880 40
C 77 245 083 68
1 35
C 85 886 78
6 555 48C 95 604 721 673 27
C 102 842 51
0 481 20C 110 67
1 050 20
0 14C 12
0 01
0 02
合计
39 7233 7114 7111 86
从表2和表3可以看出，沙特轻质、中质、重质
原油中的直馏石脑油馏分中，烷烃占比为73%〜
75%，环烷烃占比为14%〜15%，芳烃占比为
18石油炼制与化工2021年第52卷
9%〜12%，其中正构烷烃占比为31%〜42%，异构烷烃占比为31%〜44%。不同组成的石脑油馏分应该送至不同的生产装置进行深加工；用关键组分来控制组成分布，调配生产烯烃和芳烃的原料组成更为精准。
2烯烃原料优化
千万吨级炼化一体化企业可用于烯烃生产的原料主要来自常减压蒸馏（轻烃回收）、催化重整、延迟焦化、催化裂化、加氢裂化以及芳烃联合等生产装置。在烯烃的生产过程中，不同的原料组成对应不同的烯烃收率。表4列出了不同组分作原料时烯烃的收率1。
表4不同组分作原料时典型烯烃的收率%
原料名称乙烯丙烯丁二烯三烯°丙烷45.7116.68 3.0365.42正丁烷40.8317.04 3.1561.02液化气34.9615.77 3.2854.01
C5轻烃33.1315.80 3.9452.87石脑油32.4315.98 4.9153.32柴油26.2116.43 5.1547.79尾油31.6716.55 6.0854.30 1）乙烯、丙烯和丁二烯的总称。
从表4可以看出，原料越轻对烯烃的生产越有利，正构烷烃含量越高越有利于烯烃的生产，石脑油作原料时的乙烯收率高于柴油和尾油。
有研究表明：对于石脑油，在相同的裂解条件下，正构烷烃含量越高，裂解产物中气相产品收率越高；正构烷烃作原料时的气相产品收率比异构烷烃作原料时高13百分点；以正构烃为主的石脑油作原料时的乙烯收率比混合石脑油为原料时增加14百分点，三烯总收率增加12百分点「2］。
由表1可知，2856kt/a石脑油用于烯烃产品的生产，占烯烃生产原料的64%；其中轻石脑油占比55%，重石脑油占比45%，这些石脑油加上部分富乙烯气、富乙烷气、丙烷、液化气等原料可满足1650kt/a乙烯产品对原料的需求。
因此，综合考虑烯烃的生产，将石脑油进行正构、异构烃分离，特别是将轻石脑油进行正构、异构烃分离，正构轻石脑油送至乙烯装置作原料将更有利于乙烯收率的提高。
3连续重整装置原料优化
在以芳烃和烯烃为主要产品的炼化一体化企业，均配套建设连续重整装置用于生产芳烃和高辛烷值汽油调合组分。对这类连续重整装置，其主要原料通常来自轻、重石脑油分馏塔，该塔塔顶产品为轻石脑油，可送至烯烃装置作原料；塔底产品为重石脑油，可送至连续重整装置作原料。
表5列出了某炼油厂不同轻、重石脑油切割点对应的连续重整装置进料组成。工况1是将含C6烷烃的C6+馏分作为重整装置原料；工况2是将C6烷烃切割至轻石脑油中，C6环烷烃及G+馏分作为重整装置原料；工况3是将G+馏分作为重整装置原料。在相同的反应空速、氢油比下，不同工况对应的重整反应产物的变化见表6。
表5某厂不同工况下连续重整装置的进料组成w,%
工况1工况2工况3
碳数-------------------------------------------------------------------------------------------------------------烷烃环烷烃芳烃烷烃环烷烃芳烃烷烃环烷烃芳烃
C50.19
C611.03 2.510.390.63 2.760.370.18
C711.809.35 1.7313.2210.37 2.0013.5810.79 2.07 C813.2210.65 3.1614.8211.81 3.6515.3712.29 3.79 C913.22 6.75 3.4214.817.48 3.9515.367.79 4.11 C10+9.94 1.31 1.3311.15 1.46 1.5311.57 1.52 1.59合计59.4030.5710.0354.6333.8811.5055.8832.5711.56
第5期张方方，等.提高石脑油综合利用效率的措施及优化方案19
表6不同工况下的重整反应温度和产物产率
项目工况1工况2工况3反应温度/C533522520
氢气产率，%381401402
C5+液体产率，％857990179045
芳烃产率
苯457243039
甲苯179017931830
C8芳烃236426332727
C9+芳烃258529533065
合计719676227661
由表5可以看出，通过轻、重石脑油分馏塔可以提高轻石脑油终馏点，在重整进料量不变的情况下，G+组分含量增加。
由表6可以看出，工况1的重整产物中苯产率为4.57%，甲苯、C s芳烃C芳烃可作为PX原料，其产率之和为67.39%；工况2的重整产物中苯产率为2.43%，甲苯、C s芳烃、C9+芳烃的产率之和为73.79%；工况3的重整产物中苯产率仅为0.39%，甲苯、C8芳烃、C9+芳烃的产率之和为76.22%。因此，原料族组成不同，重整反应产物中各组分的分布有显著的差异。随着重整进料中关键组分的变化，重整产物中的苯、甲苯、C s芳烃、C9+芳烃的产率变化明显。
3种工况可适用于不同的市场需求。当成品汽油需求增加时，企业可以考虑增产汽油组分，增加重整装置的进料量，满足生产芳烃和高辛烷值汽油调合组分的需求。将C6烷烃送至重整装置是可行的，也是目前很多企业采用的方案。当乙烯、丙烯等产品需求增加时，企业可以考虑增加烯烃装置的原料量，满足多产乙烯、丙烯等产品的需求。将初馏点〜C6烷烃送至烯烃装置作原料是可行的；C6环烷烃及G+馏分送至重整装置作原料，在扩大烯烃原料生产的同时，芳烃原料的生产得到了优化。当苯产品价格回落或市场需求减少时，企业可以考虑C6环烷烃不作重整原料，而将G+馏分送至重整装置作原料。这样，重整装置的苯产量将会明显减少。C6环烷烃本身的辛烷值较高，可直接作汽油调合组分。G+馏分作重整原料，也有利于最大限度地发挥重整装置的作用，最大化生产芳烃原料。在芳烃市场价格高时，将重整原料调整至G+馏分，通过重整装置生产的甲苯、混合C8芳烃、C9+芳烃的产量显著增加。以一套原油加工量2Mt/a的连续重整装置为例，工况3将比工况1多生产93kt/a的芳烃产品，其中苯少生产84kt/a，而甲苯、混合C8芳烃、C9+芳烃则多生产177kta。
综合以上分析，建议企业在工程方案决策时适当考虑连续重整装置对原料变化的适应性，对提高企业应对市场需求变化的能力有利。
4轻、重石脑油的分馏
石脑油根据馏程分为轻石脑油和重石脑油。重石脑油作为连续重整装置的进料，一般控制初馏点在60C以上。考虑到甲基环戊烷和环己烷在重整反应过程中生成苯，而正戊烷、异戊烷和环戊烷在重整过程中不能转化为芳烃，因此，典型的重整原料中一般包括C6烷烃和环烷烃，不包括C5烷烃和环烷烃。表7列出了重整原料中C5〜C6烃的沸点及其调合RON。正己烷和2-甲基戊烷的沸点分别是6&7C和60.3C，正戊烷、异戊烷和环戊烷的沸点分别是36.1,27.8, 49.3C，因此，重整原料的最低初馏点通常为60C⑶。
表7Cs〜C6烃的沸点及调合RON
项目
沸点/
C
调合
RON
项目
沸点/
C
调合
RON 烷烃环烷烃
正戊烷36162环戊烷493141异戊烷278100甲基环戊烷718107正己烷68719环己烷807110 2-甲基戊烷60382芳烃
3-甲基戊烷633苯80198 2,2-二甲基丁烷49789
2,-二甲基丁烷580
在催化重整反应中，烷烃脱氢环化的反应速率较低。在重整反应条件下C6烷烃脱氢环化只能完成0〜5%心,C8,C9烷烃则分别可以达到25%〜45%,30%〜50%,55%〜65%。由于C6烷烃发生裂化的反应比
脱氢环化容易，而且在装置运行末期，随着反应温度的升高,C6烷烃更容易发生裂化反应，因此C6烷烃不是理想
20石油炼制与化工2021年第52卷
的重整原料。调整轻、重石脑油馏程的分割点，将C6烷烃从重整原料中切除，对重整装置的原料优化、提高液体产品收率和节能都是有利的卩5］。
工况1考虑C6烷烃送至连续重整装置即重整原料以C6+馏分为主时，重整进料馏程范围为60-180C。工况2不考虑C6烷烃送至连续重整装置即重整原料以C6环烷烃及G+馏分为主时，重整进料的馏程范围为70〜180C。工况3不考虑C6环烷烃送至连续重整装置即重整原料以G+馏分为主时，重整进料的馏程范围为80-180C。
工况1中以初馏点〜C5馏分为主的轻石脑油和工况2中以初馏点〜C6烷烃为主的轻石脑油，可以送至烯烃装置作原料或送至轻石脑油深加工装置。工况3以初馏点〜C6馏分为主的轻石脑油中，包含了C6环烷烃及少量苯等组分。考虑到C6环烷烃、苯的辛烷值较高，可以通过轻石脑油分馏塔将初馏点〜C6烷烃与C6环烷烃、苯等组分分开，初馏点〜C6烷烃送至烯烃装置作原料或送至轻石脑油深加工装置，C6环烷烃及少量苯用于调合汽油。
综合考虑轻、重石脑油的分馏方案，用关键组分来控制分离精度，代替传统的馏程控制，将不同族组成的石脑油馏分送至不同的生产装置进行深加工，更有利于炼化一体化原油加工方案的优化。适当考虑轻、重石脑油分馏塔对原料切割要求的适应性，对炼化一体化原油加工方案应对市场需求的变化有利。
5轻石脑油组分的综合利用
在传统的炼化一体化加工方案中，经过加氢精制后的轻石脑油在汽油池辛烷值富余的情况下可以直接作汽油调合组分，也可以直接送至烯烃生产装置作原料。随着轻石脑油异构化技术及轻石脑油正构、异构烷烃分离技术的日趋成熟，加氢精制后的轻石脑油以C5〜C6烷烃为主，可以送至轻石脑油异构化装置作原料，生产辛烷值较高的汽油调合组分；也可以送至正构、异构烷烃分离装置，正构烷烃产品送至烯烃生产装置作原料，异构烷烃产品作汽油调合组分。不同来源的轻石脑油典型组成见表8。
表8不同来源的轻石脑油组成w,%项目
直馏轻
石脑油
加氢裂化
轻石脑油
重整
抽余油
重整
戊烷油
水0.030.03
丙烷0.01
异丁烷0.490.060.02
正丁烷0.620.670.270.94
异丁烯0.010.03
异戊烷17.4641.51 3.0558.20
正戊烷24.9411.83 2.7030.19
正戊烯0.318.90
环戊烷 1.940.01
2,2-二甲基丁烷 1.24 1.11 2,3-二甲基丁烷 2.590.06
2-甲基戊烷13.0243.0925.950.36
3-甲基戊烷8.670.06
正己烷21.07 1.2410.820.02
己烯 2.890.05
甲基环戊烷 5.00 1.060.40
环己烷 1.510.08
苯 1.370.070.180.05
C7+0.5753.24
合计100100100100从表8可以看出，直馏轻石脑油正构烷烃的含量高于异构烷烃的含量，在加氢裂化轻石脑油、重整抽余油、重整戊烷油中都含有相当多的正构C5、C6烷烃及低辛烷值组分。正己烷、正戊烷、2-甲基戊烷的RON分别为19,62,82，这些馏分直接作汽油调合组分时将降低汽油池的辛烷值。
上述轻石脑油的加工，可以采用轻石脑油异构化技术，将油品RON从70〜80提高至80〜90；也可以送至轻石脑油正构、异构烷烃分离装置，正构C5、C6烷烃产品送至烯烃生产装置作为原料，剩余的异构烷烃产品作为汽油调合组分。某炼油厂700kta轻石脑油加工装置采用轻石脑油异构化技术，将油品RON从75提高至88，用作汽油调合组分的异构化稳定汽油收率约为95%，工程费用约3亿元；采用轻石脑油正构、异构烷烃分离技术, 95%以上的正构C5、C6烷烃产品送至烯烃生产装置作原料，剩余的异构烷烃产品RON约85，作汽油调合组分，工程费用约2.3亿元。
与轻石脑油异构化技术相比，轻石脑油正构、
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