常一線油管式固定床選擇性液相加氫生產噴氣燃料的研究

崔小琴，楊清貧，郭朝暉，屈葉青

(1.青海大學化工學院，西寧 810016；2.湖南長嶺石化科技開發有限公司)

噴氣燃料精制的主要目的是選擇性脫除噴氣燃料原料中的硫醇硫、酸性物和氮化物，解決噴氣燃料腐蝕及安定性問題[1]，主要工藝有非臨氫精制和臨氫精制。非臨氫精制主要包括堿洗工藝、催化氧化工藝和吸附工藝等，該工藝存在原料要求高、過程復雜、能耗高、廢渣量大，環保隱患嚴重等問題[2-3]；相比而言，隨著國家環保法規日趨嚴格以及煉油廠固體廢物處理難度升級，雖然加氫精制工藝需要消耗一定量氫氣、投資較高，但是該工藝以綠色環保為主要特色，成為煉油廠噴氣燃料精制的主要手段[4-5]。中國石油青海油田格爾木煉油廠(格爾木煉油廠)為青藏高原唯一一座煉油廠，產品主要供應西藏及格爾木周邊地區，目前還沒有噴氣燃料生產裝置和噴氣燃料產品。因此，考慮如果能利用現有原料直接生產噴氣燃料產品，不僅可以緩解西藏地區噴氣燃料供應緊張的局面，而且還能帶來長期的社會經濟效益。本研究以格爾木煉油廠常一線油為原料，進行了管式固定床選擇性液相加氫(FITS)生產噴氣燃料產品的試驗研究，主要考察反應壓力、反應溫度、空速、氫油比等條件對FITS加氫生產噴氣燃料質量的影響，并通過長時間運行試驗，監測催化劑活性、脫硫率、脫硫醇率、脫酸率的變化，分析該工藝實現長周期運轉的可行性。

1 實 驗

1.1 試驗原料與催化劑

格爾木煉油廠常一線油的性質如表1所示。試驗采用由中國石化石油化工科學研究院研制的牌號為RSS-2的噴氣燃料加氫催化劑。催化劑RSS-2的主要性質見表2。

1.2 試驗流程

噴氣燃料FITS加氫工藝是中國石化和湖南長嶺石化科技開發有限公司聯合開發的新一代噴氣燃料加氫工藝，試驗裝置流程如圖1所示。催化劑裝填100 mL，氫氣在氣液混合器中被分散成微納米級氣泡后與原料泵打入的噴氣燃料原料充分混合，再自下而上進入加氫反應器，加氫后生成油經高壓分離器、低壓分離器后進行氣液分離。

圖1 FITS加氫試驗裝置流程1—氫氣； 2—氫氣流量計； 3—原料罐； 4—原料泵；5—氣液混合器； 6—管式反應器； 7—高壓分離器； 8—低壓分離器

2 結果與討論

2.1 工藝條件考察

2.1.1反應壓力的影響在反應溫度為260 ℃、體積空速為8.0 h-1、氫油體積比為10 的條件下，考察反應壓力由2.0 MPa升高至4.0 MPa時對噴氣燃料FITS加氫效果的影響，結果如表3所示。

2.1.2反應溫度的影響在反應壓力為3.0 MPa、體積空速為8.0 h-1、氫油體積比為10的條件下，考察反應溫度由240 ℃升高至320 ℃時對噴氣燃料FITS加氫效果的影響，結果如表4所示。

2.1.3空速的影響在反應壓力為3.0 MPa、反應溫度為280 ℃、氫油體積比為10的條件下，考察體積空速由4.0 h-1升高至12.0 h-1時對噴氣燃料FITS加氫效果的影響，結果如表5所示。

2.1.4氫油比的影響在反應壓力為3.0 MPa、反應溫度為280 ℃、體積空速為8.0 h-1的條件下，考察氫油體積比由10升高至50時對噴氣燃料FITS加氫效果的影響，結果如表6所示。

由表3～表6可以看出：反應壓力、反應溫度和氫油比均與加氫反應效果呈正相關性，其中氫油比對加氫反應的影響較為緩和，在反應壓力3.0 MPa、反應溫度280 ℃、體積空速8.0 h-1和氫油體積比10的條件下就能滿足化學氫耗的要求，脫硫率達87%、脫硫醇率達85%、脫酸率達78%，這主要是由于FITS工藝具有良好的氣液混合效果和高效的反應效率；另一方面，體積空速低于8 h-1時加氫脫硫率和脫硫醇率均可達到85%以上，但是當體積空速大于8 h-1時，隨著空速的進一步增加，脫硫率、脫硫醇率和脫酸率下降較快，這說明FITS工藝適合較大空速進料，但體積空速不宜大于8 h-1。

2.2 常一線原料的FITS加氫試驗

在反應壓力為3.0 MPa、反應溫度為280 ℃、體積空速為8.0 h-1以及氫油體積比為10的優化工藝條件下，進行格爾木煉油廠常一線原料的FITS加氫試驗，以生產滿足標準GB 6537—2006的噴氣燃料產品，試驗結果如表7所示。由表7可以看出，此時產品各項指標均滿足標準GB 6537—2006的要求，說明以格爾木煉油廠常一線為原料，采用催化劑RSS-2，可以由FITS工藝生產出合格的3號噴氣燃料產品。

在此基礎上，進一步提高反應苛刻度，在反應壓力4.0 MPa、反應溫度300 ℃、體積空速8.0 h-1和氫油體積比40的條件下，進行生產低硫噴氣燃料的試驗，結果如表8所示。由表8可以看出：在試驗條件下，可以生產出硫質量分數小于10 μgg的噴氣燃料餾分，可以作為清潔柴油調合組分與柴油一起出廠。

2.3 穩定性試驗

在反應壓力為3.0 MPa、反應溫度為280 ℃、體積空速為8.0 h-1和氫油體積比為10的條件下，進行了1 000 h的格爾木煉油廠常一線原料的FITS加氫試驗，結果如表9所示。由表9可以看出：經過1 000 h的連續運轉，催化劑的活性保持平穩，未見下降趨勢，其中噴氣燃料原料的脫硫率基本穩定在87%左右、脫硫醇率基本穩定在85%左右、脫酸率基本穩定在80%左右，這表明噴氣燃料FITS加氫工藝能夠實現長周期運轉的要求。

3 工業裝置設計

根據試驗結果及格爾木煉油廠實際原油加工情況，設計了一套150 kta噴氣燃料FITS加氫工業裝置，裝置作為加氫模塊鑲嵌在現有常減壓蒸餾裝置中，以常壓渣油為裝置熱源，并利用現有常減壓蒸餾裝置的公用工程。相比常規滴流床加氫裝置，減少了加熱爐、循環氫壓縮機、反應流出物空氣冷卻器等設備，投資及能耗大幅降低。通過設計核算，該裝置在建設投資、加工能耗、占地面積等方面均低于同等規模滴流床加氫裝置，具有良好的工業化前景，具體對比如表10所示。

4 結 論

(1)以格爾木煉油廠常一線油為原料，采用FITS加氫技術能夠在較為緩和的條件下(反應壓力3.0 MPa、反應溫度280 ℃、體積空速8.0 h-1、氫油體積比10)，生產出滿足國家標準GB 6537—2006的軍用和民用噴氣燃料產品；進一步提高反應苛刻度，在反應壓力4.0 MPa、反應溫度300 ℃、體積空速8.0 h-1、氫油體積比40的條件下可以生產出硫質量分數小于10 μgg的低硫清潔噴氣燃料產品；經過1 000 h的穩定性試驗，催化劑的活性保持平穩，表明FITS工藝能滿足裝置的長周期運轉要求。

(2)格爾木煉油廠利用現有原料，以試驗數據為基礎，設計了一套150 kta噴氣燃料FITS加氫工業裝置，核算結果表明：FITS裝置在投資、占地和加工能耗等方面均低于現有同等規模滴流床加氫裝置，具有良好的工業化前景。