RS-2100催化劑在柴油加氫裝置上的工業應用

王哲，張樂

（中國石化石油化工科學研究院，北京100083）

我國環保要求日趨嚴格，柴油產品質量升級步伐加快，國Ⅴ柴油質量標準已經于2017年實施[1]，要求柴油產品硫質量分數小于10μ g/g。同時原油重質化、劣質化程度加劇，而國內外油品市場對優質車用柴油的需求仍有一定增長。因此，在劣質原料條件下長周期穩定生產超低硫清潔柴油已經成為各個煉廠必須面對的嚴峻問題。

中國石化揚子石油化工有限公司（簡稱揚子石化）370萬噸/年汽柴油加氫（5300#）裝置是由100萬噸/年中壓加氫裂化裝置改造而來，即將原來的兩臺串聯反應器改為并聯，共用一套氫氣系統和高、低壓分離器、分餾系統，以直餾煤油、直餾柴油、焦化汽油、焦化柴油和催化柴油為原料，生產滿足國Ⅴ標準的柴油產品，作為全廠柴油產品調和組分。

為滿足環保要求，實現柴油產品質量升級，揚子石化經過技術比選，決定在5300#裝置Ⅱ系列反應器上采用中國石化石油化工科學研究院（簡稱石科院）開發的柴油超深度脫硫催化劑RS-2100進行生產。自2015年9月投產以來，裝置運行平穩，截至2017年6月底已累計運行21個月。

1 裝置簡介

5300#柴油加氫精制裝置由反應部分（包括壓縮機、循環氫脫硫）、分餾、循環氫脫硫及公用工程等部分組成。

裝置設計為器內濕法硫化流程。催化劑再生設施設計為器外再生。

反應部分采用國內成熟的爐前混氫技術，反應器進料混氫后分兩路進反應加熱爐，具有操作方便、流程簡化、流速快、停留時間短、有利于傳熱等特點。

分餾部分采用雙塔汽提，先由脫硫化氫汽提塔脫除硫化氫及粗液化氣，然后再在產品分餾塔中分離出石腦油、柴油。在分餾系統設脫硫化氫汽提塔，脫除反應系統來油中的硫化氫，分餾塔設塔底重沸爐，減少精制柴油的含水量，提高產品質量。

新氫壓縮機采用HydroCom無級氣量調節系統，以降低電機驅動電流。

2 RS-2100 催化劑

2.1 催化劑相對脫硫活性

RS-2100催化劑是石科院基于優化后的反應分子與活性相最優匹配技術平臺，通過載體性質、浸漬溶液以及制備方法之間的匹配和考察，結合活性金屬原子比的優化，開發的具有高活性柴油超深度加氫脫硫催化劑[2]。以RS-2000催化劑為基準劑的評價結果見表1。從表1看出，對于催化柴油比例20%～50%的混合原料，在生產硫含量小于10μ g/g超清潔柴油的前提下，RS-2100催化劑的相對脫硫活性比RS-2000催化劑提高5%，比國外參比劑D提高了11%。

表1 催化劑脫硫活性評價

此外，與RS-2000相比RS-2100催化劑的活性穩定性提高了10%以上。為煉油企業面對即將到來的產品質量升級挑戰，提供了有力的技術支持。

2.2 催化劑的堆密度

對比了RS-2100催化劑和同類催化劑的堆密度，比較結果見表2。

表2 RS-2100催化劑與同類催化劑的堆密度比較

由表2可見，RS-2100催化劑堆密度比RS-2000催化劑降低了15%，比國外參比劑D降低了35%以上，這意味著在工業裝置中，相同反應器體積采用RS-2100催化劑可以減少催化劑的初始裝填重量，在單價相同的條件下可以減少催化劑費用。

3 RS-2100 催化劑的工業應用

3.1 裝置運行情況

該裝置原料包括上游裝置直供的直餾柴油、焦化汽柴油和催化柴油。從正式生產開始，運行期間總進料量及組成變化見圖1。正常生產期間，裝置平均負荷約為80%，處理量一直維持在100 t/h左右，最低值為75.4 t/h，最高值為129.1 t/h。其中，直餾柴油在新鮮原料中的比例平均值約為44%，焦化汽油約為25%，焦化柴油約為15%，催化柴油約為16%。由原料構成可知，該裝置運轉期間二次加工原料油比例基本超過了50%，原料性質較差。

圖1 裝置運行期間進料量及組成變化

裝置正常生產期間，反應體積空速為1.1～1.9 h-1，平均值為1.5 h-1。可見，裝置一直在高空速條件下加工劣質原料。

運行過程中，裝置反應器入口溫度和催化劑床層加權平均溫度的變化見圖2。正常生產期間，反應器入口溫度在291～337℃變化，催化劑床層加權平均溫度在349～387℃變化。根據催化劑床層加權平均溫度的變化趨勢，在21個月的運行期間內RS-2100催化劑的失活速率為0.022 7℃/d，即接近0.7℃/月。加權平均反應溫度由各測溫點所測得的溫度值進行加權平均計算得到。計算時，假定床層溫升按直線分布，以各測溫點所能代表的催化劑體積作為各測溫點的權重因子。

圖2 裝置運行期間處理量和反應溫度的變化

為了計算RS-2100催化劑在裝置長期生產國Ⅴ柴油的失活速率，統計了從2015年9月到2016年5月共8.5個月的數據。在此期間，該裝置主要生產國Ⅴ標準柴油產品（90%的時間生產國Ⅴ柴油，其余時間生產國Ⅳ柴油）。反應器加權平均反應溫度的變化見圖3。由反應溫度上升斜率可知，RS-2100長期生產國Ⅴ柴油期間的失活速率為0.023 9℃/d，即0.717℃/月，低于國外催化劑生產硫含量10μg/g超低硫柴油產品時，失活速率大于1℃/月的水平[3-4]。由此可見，RS-2100具有較低的失活速率，活性穩定性好，可以保證煉油企業在劣質原料條件下長期穩定生產硫質量分數小于10μ g/g的國Ⅴ柴油產品。

圖3 裝置運行初期生產國Ⅴ柴油的反應溫度及處理量

3.2 工業裝置生產標定情況

2016年4月下旬，對裝置進行了生產國Ⅴ柴油的考核標定。標定期間的主要操作參數見表3，標定期間的原料產品性質見表4。

工業標定結果表明：采用RS-2100催化劑可以在氫分壓為7.5 MPa左右，平均反應溫度365℃左右、體積空速1.5～1.8h-1的條件下，加工二次加工汽柴油（焦化汽柴油＋催化柴油）比例大于50%的混合原料，生產硫含量小于10μ g/g的柴油產品。

表3 標定期間的主要操作參數

表4 標定期間的原料產品性質（平均值）

4 結論

1）RS-2100催化劑在裝置上的應用結果表明，RS-2100催化劑適用于加工摻混二次加工汽柴油的混合原料，生產硫含量滿足國Ⅴ標準的超低硫柴油產品。

2）與國內外參比催化劑相比，RS-2100催化劑活性提高，堆密度降低。

3）工業標定結果表明，RS-2100催化劑具有較好的加氫活性，以直餾柴油、焦化汽柴油和催化柴油為原料，可以滿足裝置生產需要，生產國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油。

4）采用RS-2100催化劑在長期穩定生產國Ⅴ柴油期間的失活速率小于1℃/月。這表明RS-2100催化劑具有優異的活性穩定性，可以保證柴油加氫裝置長周期穩定生產硫質量分數小于10μ g/g的國Ⅴ標準車用柴油。