費托合成油加氫裂化催化劑末期存在的問題及解決措施

張維 馮勇強

摘要：煤炭間接液化是煤炭高效清潔利用、優化能源結構、保證國家能源戰略安全的重要途徑，其產品費托合成油具有無硫、無氮、芳烴含量低、鏈烷烴含量高的特點，是生產高端化工品的重要原料。加氫裂化是費托合成油的主要加工手段，與傳統石油煉制相比，煤炭間接液化大型工業化應用在國內發展時間較短，適用于費托合成油的加氫裂化催化劑種類較少，在實際應用中，加氫裂化反應催化劑在末期活性和選擇性受到損害，導致原料轉化率低、產物中輕組分增多、柴油凝點高等問題。本文結合400萬噸/年煤制油項目加氫裂化裝置運行中存在的問題進行分析，并提出相應解決措施。

關鍵詞：煤炭間接液化;加氫裂化;催化劑;柴油凝點

1??前言

石油是保障國家經濟命脈，關系國計民生的重要資源。我國能源結構的特點是富煤、缺油、少氣。近年來我國原油進口量增長迅速，石油進口依存度已經超過55%。為保證能源安全，實現經濟可持續性發展，煤炭高效清潔利用顯得尤為重要。煤炭液化途徑有兩種，一種是以殼牌公司為代表的直接液化技術，一種是以南非沙索爾公司為代表的間接液化技術。近年來，隨著中科合成油公司、兗礦集團公司漿態床費托合成技術的開發，國能集團寧煤公司400萬噸/年煤制油項目建成投產，標志著國內煤炭間接液化技術達到世界先進水平。煤炭間接液化的中間產品具有無硫、無氮、芳烴含量低、鏈烷烴含量高等特點，通常需進行二次加工。在石油二次加工技術中，加氫裂化技術具有對原料油適應性強、生產操作和產品方案選擇靈活、目標產品選擇性高、液體產品收率高、產品質量好等優點，是重油輕質化和清潔化最有效的加工手段之一。費托合成油加氫裂化單元主要以加氫精制尾油、重柴油為原料，通過加氫裂化技術，轉化為優質中間餾分油（噴氣燃料和柴油）、石腦油、潤滑油基礎油、乙烯等原料。與傳統石油煉制加氫裂化原料相比，費托合成油加氫裂化原料具有鏈烷烴含量高（>90%）、環烷烴和芳烴含量低的特點，其加氫裂化反應主要以鏈烷烴的斷裂及異構化為主。煤炭間接液化大型工業化應用在國內發展時間較短，適用于費托合成油加氫裂化催化劑種類較少，目前，國內費托合成油加氫裂化催化劑主要由中石化大連化工研究院、中石化石油化工科學研究院等單位研發。

2??加氫裂化裝置工藝技術特點

400萬噸/年煤炭間接項目加氫裂化單元采用單段全循環加氫裂化技術，催化劑為中石化大連化工研究院研發的FZC系列加氫裂化催化劑。該加氫裂化工藝以費托合成油加氫精制尾油、重柴油為原料，經加氫裂化、異構降凝生產柴油、穩定石腦油、LPG，工藝技術特點見表2.1。

3??加氫裂化裝置末期運行分析

3.1??運行中存在的問題

該加氫裂化催化劑設計使用壽命為3年，實際運行周期已超過3年，期間催化劑未進行更換或撇頭。加氫裂化反應催化劑在末期活性和選擇性受到損害，導致原料轉化率低、產物中輕組分增多、干氣量大，尾油循環量大、柴油凝點高、反應器床層溫升難以控制等問題，造成裝置能耗高，運行經濟效益差。

3.2??原因分析

（1）加氫裂化單元原料進料量和組分波動大。加氫裂化原料餾程300℃～800℃，餾程范圍大。同時因上游間歇性采出精制蠟，加氫裂化單元進料量波動大，升降負荷頻繁;

（2）催化劑失硫，破壞催化劑原有裂化功能與加氫功能的匹配平衡，催化劑裂化功能相對加強，導致催化劑選擇性下降;

（3）加氫裝置進料中鐵含量超標（5～6ppm），在裂化催化劑表面吸附，堵塞孔道，造成催化劑活性下降;

（4）催化劑床層因裝填不均勻、飛溫，出現“溝流”、“偏流”、“貼壁”、“短路”等現象，造成局部床層出現熱點。

3.3??解決措施

（1）該加氫裂化單元配備2臺裂化反應器，各反應器運行時間、運行狀況存在差異。裂化反應器1運行周期長，催化劑活性低，運行過程中反應器曾出現飛溫情況，催化劑床層有熱點。裂化反應器2運行周期短，催化劑活性高。通過降低裂化反應器1原料精制尾油/循環油比例，提高裂化反應器2原料精制尾油/循環油比例，讓組分較重的精制尾油在活性較高的裂化反應器2中反應，提高裂化反應深度，降低柴油凝點。通過調整，從表3.1中可以看出，加氫裂化單元總體柴油收率增加，凝點降低。

（2）在加氫精制單元進料前增加保安過濾系統，采用吸附劑吸附，降低加氫精制進料蠟油中的鐵雜質，避免鐵雜質通過精制尾油進入裂化反應器。

（3）催化劑裝填階段嚴格把控裝填質量，確保催化劑裝填均勻，催化劑床層同一水平面的各個溫度測點在同一水平面，防止因測量誤差產生徑向溫差。

（4）嚴格執行工藝操作規程，保證加氫裂化單元進料量穩定，防止催化劑床層“超溫、飛溫”現象發生。

4??新一代費托合成油加氫裂化催化劑開發展望

費托合成油具有無硫、無氮、芳烴含量低、鏈烷烴含量高的特點，未來將以生產航空煤油、白油、潤滑油基礎油等高附加值化工品為主要方向。多元化的產品結構要求配套的加氫裂化催化劑具有活性高、選擇性好，結構穩定等特點，在生產過程中，要求加氫裂化催化劑能承受原料性質變化和進料量波動的影響。接下來，是否可通過改善催化劑載體孔結構、表面酸性分布和調整載體與金屬之間的作用力，增加易于活化的二類活性中心數目，以此來提高催化劑的活性，擴大原料適應性、催化劑穩定性。同時，充分剖析分子篩對加氫裂化催化劑反應性能的影響，在分子篩合成和改性方面投入大量工作，成功開發出新一代高性能加氫裂化催化劑。

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（作者單位：國能集團寧夏煤業煤制油分公司）