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聚合反应装置

聚合反应装置的作用是轻烃反应，生成一种汽油混合物料，聚合反应装置通常称为催化聚合，有些类似于烷基取代装置，因为两者均使用轻烯烃来生产汽油混合原料，进料通常是来自天然气装置的丙烯和/或者丁烯，称之为聚合汽油的产品送往汽油混合装置。

焦化装置

焦化装置的作用是将减压渣油(VTB)加工成焦炭，并将其一部分裂解为各种较轻的碳氢化合物。焦化装置所产生的碳氢化合物包括裂解气体、焦化装置轻油、焦化装置蒸馏液和气油，气体送往天然气装置，轻油送往轻油加氢处理装置，之后重焦化装置轻油通常送往重整装置以及精馏装置精馏加氢处理、或者送往加氢裂化装置。

加氢裂化装置

加氢裂化装置的作用是将进料裂解升级为高附加值的产品，加氢裂化装置的进料通常是轻质循环油(LCO)和焦化装置蒸馏液、劣质精馏混合原料，将其升级为柴油或者裂解为汽油，较重的碳氢化合物（如AGO和HVGO）也可以作为进料。

第4.2节详细介绍轻油加氢处理的完整内容。

4.2 汽油脱硫的可行性

表明符合10ppm汽油含硫量标准是可行性的案例，可以通过两种方法实现这样案例：

1. 能够证明可行性，由于目前可用的技术可以显著降低汽油含硫量，以下讨论这些现有技术；

2. 加州的炼油厂已经符合10ppm平均含硫量标准要求，某些国家或其他地区目前符合10ppm汽油含硫量上限标准。

下面将介绍这两种情况，但是首先我们将概括一下汽油含硫的来源，以了解如何能够进一步降低含硫量。

4.2.1 汽油含硫的来源

原油本身就含有硫，因此汽油含硫，原油含硫量大约为百分之几的水平（如：lt;500-30,000pppm(0.05-3%，重量百分数)），美国精炼原油的平均含硫量大约是14,000ppm，大部分原油含硫在原油最重的成分或者最重的石油混合物(不在汽油沸腾范围之外)，在将原油精炼成成品(如汽油)过程中，分解或者裂解某些重混合物，将其变成更小的混合物，其中所含硫能够进入汽油中，因此，精炼装置将原油中较重的成分转换为汽油，同时也将硫带入汽油中。

催化裂化装置(FCC)是一种炼油厂生产装置，其生产FCC轻油，是一种含硫量较高的汽油混合原料，FCC轻油的含硫量在数百到几千ppm量级，FCC装置将较大的碳分子裂解为较小的碳分子，那些具有FCC装置的炼油厂所生产25-50%的汽油。由于FCC装置加工较重、含硫量较高的混合物，汽油混合原料含硫量超过95%来自于该装置所产生的各股流。为了符合30ppm的Tier 2汽油含硫量标准，炼油厂降低FCC轻油的含硫量，以下第4.2.2节介绍这一措施的影响。

直馏轻油是一种含硫量中等的汽油混合原料，直馏轻油是原油的一个组成部分，在大气原油塔中蒸馏后直馏轻油处于汽油沸腾范围内，直馏的最重成分会有更多硫，通常在重整装置中脱硫与重整(以改善其辛烷值)，所以它对汽油池的贡献几乎为零^[1]。含有五碳碳氢化合物的一种轻直馏轻油的含硫量为100ppm量级，如果该材料不经过氢化处理并在异构化装置中进行加工，它就会直接混合到汽油中。

另一个精炼装置是焦化装置，其生产含硫量非常高的轻油，这些装置将原油中最重的成分生产为焦炭，在生产焦炭过程中，产生的轻油含硫量大于3,000ppm和许多非常不稳定的烯烃，由于该股流富含烯烃并且不稳定，炼油厂常常加氢处理焦化装置轻油，焦化装置轻油通常分成不同的两股流，六到九个碳原子的碳氢化合物与其余的重轻油送入重整装置进行加氢处理，焦化装置轻油的五碳碳氢化合物成分称为轻焦化装置轻油，其含硫量通常处于几百ppm，轻焦化装置轻油通常与轻直馏油一起氢化处理，如果炼油厂具有异构化装置，将进一步对其进行精炼。

其他汽油混合原料含有少量硫或者不含硫。由异丁烯和丁烯生产的烷基化产物含有少量硫，能够是的最终产品含有少量硫。然而，大多数炼油厂产品含硫量不到15ppm，然而，某些炼油厂将石油烷基化装置加工焦化装置轻油，可能产品含硫量高一些。平均来说，烷基化产物含硫量大约是10ppm，就要非常低含硫量或者不含硫的另一种汽油混合原料是加氢裂化产物，其是加氢裂化装置生产的一种轻油，由于氢化裂解工程除去了硫，其含硫量较低。最终混合到汽油中的乙醇含有很少的硫或者不含硫。然而，碳氢化合物用作变性剂，并且通常天然汽油中混有2%的乙醇，从天然气加工中提炼出C5-C7轻油，含硫量为几ppm到数百ppm，在变性剂混入之后，变性乙醇含硫量在0-10ppm。为了符合目前的管道和加州规范，变性乙醇含硫量必须小于10ppm。

4.2.2 符合目前的Tier 2汽油含硫量标准

重要的是要了解炼油厂采取措施符合30ppm的Tier 2汽油含硫量标准，由于那些资本投资和运营变化，将在决定炼油厂符合更严格汽油含硫量标准所采取的措施中发挥重要作用。

2000年2月10日颁布了Tier 2含硫量标准，该含硫量标准要求炼油厂将其年度平均汽油含硫量降到30ppm，并且每个加仑汽油不得超过80ppm/加仑的标准，含硫量标准的阶段导入期限是2004-2006年，西部炼油厂(GPA)和小型炼油厂的符合性期限推迟到2008年，如果某些小型炼油厂符合公路柴油含硫量法规的期限，其汽油含硫量期限推迟到2010年。截至2011年1月1日，所有炼油厂符合Tier 2的30ppm含硫量标准。

炼油厂先前的平均汽油含硫量水平，是确定炼油厂是否需要进行大量资本投资以符合Tier 2汽油含硫量标准的一个重要因素。我们认为，低汽油含硫量的炼油厂（即：汽油含硫量低于50ppm）开始不可能投入昂贵的资本，由于多种或者一种原因，这些炼油厂含硫量非常低，例如：某些炼油厂可能没有特定的炼油装置（如：FCC装置或者焦化装置），这些装置能够将重沸混合原料转化为汽油。如上所述，这些装置使得汽油中存在更多的硫，但是没有这些装置意味着汽油中含有更少的硫。另外，这些炼油厂可以使用非常低含硫量的原油(甜油)，这样可能得到低含硫量的汽油，或者已经安装了FCC进料加氢处理装置，可以使用更重含硫量更高的原油(含硫原油)，改善其炼油装置的。如上所述，在转换为汽油之前，该装置除去了重气油最重成分中的大部分硫。

在Tier 2之前已经符合低含硫量要求的炼油厂，平均含硫量低于30ppm的炼油厂可能不需要采取任何措施，符合Tier 2标准。另一方面，含硫量在30-50ppm的炼油厂可能仅改变操作即可符合30ppm含硫量标准，从而避免进行资本投资。在Tier 2投资之前，大多数汽油含硫量低于50ppm的炼油厂要么没有FCC装置、或者如果其具有FCC装置，还可能具有FCC进料加氢处理装置。

在Tier 2方案开始之前生产的绝大部分汽油来自于较高含硫量的炼油厂，这些炼油厂要么适应现有加氢处理装置、或者这些炼油厂安装新资本设备，以符合Tier 2汽油含硫量标准。如上所述，汽油中的硫主要来自于FCC装置。因此，汽油脱硫的投资包含FCC装置，最大限度地减少硫，并且使得符合Tier 2的成本最低。安装这些脱硫装置来处理FCC装置油气进料、或者FCC装置所生产的汽油原料，每种方法有优点和缺点。

4.2.2.1 使用FCC进料预加氢处理以符合Tier 2

某些炼油厂安装FCC进料加氢处理装置(也称为预处理装置)，以符合Tier 2汽油含硫量标准，FCC预处理装置处理减压瓦斯油、重焦化装置气油，在某些情况下，使用加氢处理装置或者轻度加氢裂化装置处理FCC装置的环境条件其他进料，这些装置的额定工作条件是高压和温度，以处理进料中的大量污染物。除了硫，FCC预处理装置还减少氮和某些金属（如：钒和镍），这些非硫污染物对FCC催化剂具有不利影响，因此加入该装置可以改善装置的功能，同时，由于FCC预处理装置中氢化处理与进料中的氢发生反应，这样增大FCC装置的产量，增大生产高利润产品（如：汽油和轻烯烃）³。尽管FCC预处理装置提供了收益补偿，抵消了添加这种类型脱硫装置的资本成本，但是成本仍然很高，许多炼油厂安装这类装置是非常困难的。对于中等到大型炼油厂(即：150,000-200,000 BPCD)，资本成本可能超过2.5亿美元，由于涉及到更高温度与压力运行环境，相对于以下介绍的后处理氢化处理，公用事业成本成本昂贵。使用FCC进料预处理还允许炼油厂转向处理更重、更高含硫量的原油，这些原油价格较低，能够抵消FCC预处理装置增加的公用事业成本，只要降低原油成本和更高产品收入的组合证明这样转换是合理的。使用FCC预处理装置的另一个收益是，将部分加氢处理来自FCC装置的部分精馏产品，该精馏混合原料称为轻质循环油，包含炼油厂所产总精馏产品的相对较小部分(大约20%的道路用柴油，源于轻质循环油)，并且类似于FCC轻油，轻质循环油提供了蒸馏液总含硫量中较大部分。因此，FCC预处理装置将还有助于炼油厂符合15ppm公路和非道路柴油燃料标准。

根据脱硫能力，FCC预处理装置具有不同的能力，除去气油进料中的硫，具体取决于装置压力。FCC预处理装置能够细分为高压装置(1400psi)、中压装置(900-1400psi)以及低压装置(lt;900psi)，高压FCC预处理装置通常除掉大约90%的FCC装置气油进料的硫，尽管低压装置和中压装置通常除掉进料含硫量的65-80%⁴，但是我们明白美国起码有五家炼油厂使用高压FCC预处理装置。由于许多炼油厂具有FCC预处理装置，但是不进行预处理，控制这些装置进料对于FCC预处理装置如何很好发挥脱硫装置作用的一个至关重要的绝对性因素，如果进料太重(由于更高的温度终点)，进料中含硫量以及污染物浓度可能会更高，为了保持FCC轻油中具有相同的含硫量，FCC预处理装置将必须在更高温度下运行，这样将造成催化剂更快损失其有效性⁵。

FCC预处理装置通过提高FCC装置的脱硫性能间接改善脱硫效果，在FCC装置将减压瓦斯油裂解成轻油的过程中，大约90%的硫通常裂解源于碳氢化合物，将其转换为FCC轻油(或者FCC轻油仅包含大约进料含硫量的10%)，并以硫化氢的形式去除。在使用FCC预处理装置的情况下，进料中含硫数量，进入FCC轻油的只占大约5%，这意味着在裂解成FCC轻油过程中除掉了FCC进料中大约95%的硫，这是由于预处理装置中具有额外的氢，与进料碳氢化合物反应，在加氢处理之后的进料中有更多的氢分子，FCC裂化反应可以反应进料中含硫的氢，产生更多硫化氢。

为了符合Tier 2要求，目前预处理装置或者安装了高压FCC预处理装置的炼油装置能够符合30ppm含硫量标准，而不需要安装FCC轻油加氢处理装置。具有低压或者中压FCC进料加氢处理装置的炼油厂，尽管具有FCC加氢处理装置，但是通常不能符合30ppm汽油含硫量标准，可能还需要安装FCC后处理装置。

4.2.2.2 使用FCC轻油后氢化处理以符合Tier 2

降低FCC轻油含硫量、符合Tier 2要求的一种更少的资本密集替代方案，是FCC轻油加氢处理(也称为后处理装置)，FCC后处理装置只能处理FCC装置生产的汽油混合原料，该装置比FCC预处理装置要小得多，由于只有大约50-60%的FCC装置进料转变为FCC轻油（一种汽油混合原料），该装置有时更小，因为某些炼油厂选择使用固定床加氢处理装置，仅用于处理较重的、更高含硫量的各股流，将其加氢处理，然后使用另一项更低脱硫成本技术处理更轻的部分。相比FCC预处理装置，FCC后处理装置的工作温度和压力更低，进一步降低与该类型脱硫设备相关的资本和运营成本。此外，由于FCC装置进料具有腐蚀性，FCC预处理装置使用更多昂贵的防腐冶金材料，后处理装置不需要这些⁶。对于一个中等到大型炼油厂，一套常规FCC后处理装置的资本成本大约为7000万美元的量级，大约是一套FCC预处理装置资本成本的三分之一。

该脱硫方法的一个缺点是，辛烷值和/或者汽油产量可能会损失，具体取决于脱硫工艺，由于FCC装置所生产的更高辛烷值烯烃处于饱和状态，辛烷值会损失，大多数烯烃在FCC轻油较轻馏分中，增加烯烃饱和度通常意味着更多消耗氢，有可能由于轻度裂化损失汽油产量，轻度裂化可能将汽油的某些成分分解成更小的馏分，而这些馏分太轻，不能与汽油混合。如果有辛烷损失，可以通过增大重整装置进料或者提高重整装置严重程度、炼油厂的芳香烃生产装置生产更多烷基化产物或者购买高辛烷值汽油混合原料(如重整产品)，能够弥补辛烷损失，高辛烷值汽油混合原料通常在炼油厂之间进行交易，有时FCC预处理装置技术供应商在其设计方案中设计更大的辛烷值能力，下节单一后处理装置技术将讨论这些内容。

相比在实施Tier 2方案之前开发的技术，FCC后处理引起的辛烷损失以及汽油产量减少更小⁸。因为其能够实现更低含硫量，这些工艺可以说是可选的，同时保留了大部分辛烷和汽油产量(它们专为设计用于处理FCC轻油)。由于特殊设计了加氢处理装置及其催化剂，避免烯烃饱和，将辛烷保留下来，这些选择性工艺或者这些工艺的一部分，通常在较不严重条件下运行，导致很少发生裂解，因此，相比常规氢化处理工艺保留了产量，由于降低公用事业要求(比如：压力更低)，使得运营成本更低。例如：由于这些工艺不那么严重，烯烃基本上不饱和，这意味着使用更少的氢，没有烯烃饱和还转化为不发生辛烷损失，否则必须炼油厂开动处理装置弥补辛烷值。这些更新的FCC后处理装置具有更低资本和运营成本，对于炼油厂这是重要的激励措施，相比FCC预处理装置选择这种脱硫方法，因此，炼油厂选择使用最近开发的FCC后处理装置，以符合30ppm的Tier 2汽油含硫量标准。

使用不饱和烯烃的措施保留辛烷值并且限制消耗氢，这具有挑战性。在脱硫过程中，当形成硫化氢时，烯烃含量显

资料编号：[3727]