柴油加氫裝置應用MHUG技術(shù)優(yōu)化運行分析

林銘彬

（1.廈門大學化學化工學院，福建廈門 361005；2.福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州 362000）

近年來，國家在安全、環(huán)保領(lǐng)域的法律法規(guī)要求日趨嚴格，煉油化工企業(yè)的安全、環(huán)保標準也日益提高，成品油質(zhì)量升級作為踐行綠色發(fā)展的重要舉措，升級步伐加快[1]。同時，煉油產(chǎn)能在近年來集中釋放，一方面帶來產(chǎn)業(yè)升級，另一方面帶來產(chǎn)能過剩。在市場競爭環(huán)境下，成品油的產(chǎn)能過剩情況逐漸凸顯，尤其是柴油消費出現(xiàn)表觀需求負增長。降低柴油硫含量、提高十六烷值，提高柴油質(zhì)量，改善柴油裂解料品質(zhì)是柴油生產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)。

福建聯(lián)合石化公司柴油加氫裝置進行產(chǎn)品質(zhì)量升級面臨的問題是產(chǎn)品十六烷值偏低，設(shè)計負荷下產(chǎn)品硫含量無產(chǎn)品質(zhì)量標準，因此有必要對柴油加氫裝置進行質(zhì)量升級改造。柴油加氫裝置設(shè)計原料是直餾柴油（94 wt.%）和催化柴油（6 wt.%）混合原料，其中催化柴油存在稠環(huán)芳烴含量高，十六烷值低的特點，性質(zhì)價差。同時，福建聯(lián)合石化在成品油銷售方面面臨嚴峻的銷售約束，為最大化發(fā)揮煉化一體化優(yōu)勢，綜合考慮，決定采用中國石化石油化工科學研究所（以下簡稱石科院）開發(fā)的柴油中壓改質(zhì)（MHUG）技術(shù)對裝置進行改造，使得產(chǎn)品在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，提高柴油產(chǎn)品的十六烷值，降低多環(huán)芳烴含量，降低柴油裂解原料的BMCI 值，改善裂解原料性質(zhì)。本文主要介紹裝置升級改造方案，并對改造后的運行情況、產(chǎn)品性質(zhì)進行分析。

1 國VI 質(zhì)量升級改造方案

1.1 裝置概況

柴油加氫裝置于2009 年建成投產(chǎn)，原設(shè)計規(guī)模為280×104t/a，設(shè)計產(chǎn)品滿足國III 柴油標準，2018 年進行產(chǎn)品質(zhì)量升級改造，新增1 臺反應器，根據(jù)全廠結(jié)構(gòu)性優(yōu)化需要，新增反應采用石科院的MHUG 進行，采用一反裝填精制劑RS-2100，二反裝填改質(zhì)劑RHC-131的裝填方式，實現(xiàn)生產(chǎn)滿足國VI 標準的柴油產(chǎn)品，并改善柴油裂解原料性質(zhì)，改造后裝置生產(chǎn)規(guī)模為220×104t/a。

1.2 MHUG 技術(shù)介紹

MHUG 技術(shù)是由石科院開發(fā)，以催化柴油（LCO）、焦化柴油（LCGO）、直餾柴油（SRGO）、減壓輕餾分油（LVGO）或它們的混合油為原料，采用兩劑單段串聯(lián)一次通過或部分循環(huán)流程，在中壓下可生產(chǎn)低硫低芳烴柴油產(chǎn)品、高鏈烷烴含量的乙烯裂解料，同時副產(chǎn)高芳潛的石腦油，在條件適宜的情況下還可兼產(chǎn)部分航煤產(chǎn)品。加氫改質(zhì)MHUG 技術(shù)具有流程簡單、投資和操作費用相對較低以及操作靈活性高等特點。MHUG 技術(shù)通過選擇性開環(huán)加氫[3-5]，打破芳烴加氫飽和的熱力學平衡，達到降低多環(huán)芳烴含量，提高十六烷值，根據(jù)福建聯(lián)合石化的總流程需要，柴油加氫裝置在實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量升級的同時，改善柴油裂解性質(zhì)。柴油加氫原料中較難處理的組分是催化柴油，催化柴油中的多環(huán)芳烴改質(zhì)過程的反應原理（見圖1）[2]。在MHUG 工藝下，加氫精制段主要發(fā)生步驟（1）反應，加氫改質(zhì)段主要發(fā)生步驟（3）、（4）反應。同時隨著步驟（3）、（4）的開環(huán)反應，提高反應按（1）（3）（4）方向進行。實際運行中，可以通過控制改質(zhì)段的溫度，調(diào)整柴油收率、柴油十六烷值和柴油BMCI 值之間的平衡。

1.3 裝置工藝流程

催化柴油在裝置邊界外經(jīng)單獨的原料過濾器過濾后，與柴油加氫裝置原料直餾柴油混合后，與循環(huán)氫混合后和反應流出物換熱，經(jīng)原料加熱爐加熱到反應溫度后，依次進入加氫精制反應器（R01001）、加氫改質(zhì)反應器（R01002）。其中加氫精制反應器為利舊反應器，改質(zhì)反應器為新增反應器。

反應流出物與原料換熱后進入高低壓分離器，低壓反應器底部液相經(jīng)換熱后進入分餾塔。經(jīng)分餾塔切割后，產(chǎn)出石腦油產(chǎn)品和柴油產(chǎn)品。柴油加氫裝置工藝流程簡圖（見圖2）[4]。

2 裝置運行數(shù)據(jù)及分析

2018 年裝置完成檢修投入生產(chǎn)后，裝置基本處于滿負荷運行，運行數(shù)據(jù)具體如下。

2.1 原料性質(zhì)

柴油加氫裝置原料主要是直餾柴油和催化柴油，其中催化柴油的干點控制≯340 ℃，比例控制不大于總進料的6 wt.%。裝置設(shè)計原料和實際運行原料對比（見表1）。從表1 中可以看到，原料在設(shè)計指標范圍內(nèi)。

表1 柴油加氫裝置設(shè)計與實際運行原料性質(zhì)

圖1 柴油加氫改質(zhì)（MHUG）技術(shù)反應原理

圖2 柴油加氫裝置工藝流程簡圖

表1 柴油加氫裝置設(shè)計與實際運行原料性質(zhì)（續(xù)表）

從表1 中可以看出，實際運行的原料與設(shè)計原料基本相當，部分指標略優(yōu)設(shè)計原料：（1）十六烷值指數(shù)高于設(shè)計原料約3 個單位；（2）多環(huán)芳烴含量低于設(shè)計原料約1.5 個單位。

2.2 操作參數(shù)

柴油加氫裝置于2019 年12 月完成檢修改造，投入正常運行。開工初期受柴油產(chǎn)品出廠限制，負荷較低。2019 年2 月之后，負荷提高至滿負荷運行。裝置實際運行中，裝置運行典型工況為250 t/h 進料量，產(chǎn)品部分作為成品柴油，部分作為乙烯裂解原料。設(shè)計與實際運行主要操作參數(shù)對比（見表2）。

由表2 可知：（1）實際運行參數(shù)與設(shè)計參數(shù)基本一致；（2）精制反應器的溫升略低于設(shè)計參數(shù)，主要是運行期間催化柴油占原料比重低于設(shè)計；（3）改質(zhì)反應器的溫升略高于設(shè)計參數(shù)，主要是柴油作為乙烯裂解原料，對BMCI 值提出了一定的要求，通過提高改質(zhì)反應器溫度，促進環(huán)烷烴的選擇性開環(huán)反應，從而降低柴油的BMCI 值，提高裂解性質(zhì)；（4）因二反溫升較設(shè)計值高，因此二反床層冷氫量大于設(shè)計值，總體氫耗較設(shè)計值高。

表2 設(shè)計與實際運行主要操作參數(shù)對比

2.3 產(chǎn)品柴油性質(zhì)

裝置改造后柴油產(chǎn)品性質(zhì)設(shè)計值與實際運行柴油產(chǎn)品性質(zhì)對比（見表3）。

由表3 可知：實際運行中產(chǎn)品指標基本實現(xiàn)了設(shè)計指標，部分指標優(yōu)于設(shè)計指標：（1）柴油十六烷值比設(shè)計高約1 個單位；（2）柴油裂解原料BMCI 值比設(shè)計低約1.5 個單位。

表3 柴油產(chǎn)品設(shè)計值與實際運行對比

2.4 產(chǎn)品裂解性質(zhì)

為驗證柴油加氫裝置應用MHUG 技術(shù)后對柴油裂解性質(zhì)的改善作用，對柴油裂解原料進行裂解性能評價實驗，以0.22 s 為停留時間作為實驗條件，COT 由780 ℃升高至820 ℃，對比改造前后的乙烯和丙烯最高收率情況（見表4）。

表4 柴油裂解性質(zhì)改質(zhì)前后對比

從表4 可以看出：反應條件一致的情況下，改造后柴油裂解性質(zhì)得到明顯改善，乙烯和丙烯收率分別提高1.5 wt.%和1 wt.%。

表5 物料平衡設(shè)計值與實際運行數(shù)據(jù)對比（wt.%）

2.5 裝置產(chǎn)品分布

裝置改造的物料平衡設(shè)計值與實際運行的數(shù)據(jù)對比（見表5）。

從表5 中可以看出：（1）實際運行中化學耗氫量略高于設(shè)計值；（2）石腦油收率略高于設(shè)計值。主要目的是為改善柴油裂解性質(zhì)，提高改質(zhì)反應的深度，促進選擇性開環(huán)反應[6]。

3 問題及措施

（1）柴油加氫裝置在大檢修后投入運行初期產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，2019 年4 月發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品硫含量出現(xiàn)波動，對反應流出物/原料油換熱器采樣分析，確定高壓換熱器存在內(nèi)漏問題，2019 年5 月進行換熱器檢修，修復投用后，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

（2）柴油加氫裝置分餾塔頂?shù)氖X油收率原設(shè)計8 wt.%，塔頂石腦油的抽出量20.8 t/h。受限于石腦油系統(tǒng)，裝置目前無法實現(xiàn)石腦油工況下25 wt.%的石腦油收率和BMCI 值低于15 的產(chǎn)品柴油。針對石腦油系統(tǒng)約束，應根據(jù)煉廠總流程優(yōu)化方向，擇機改造。

4 結(jié)論

福建聯(lián)合石化公司柴油加氫裝置通過應用MHUG技術(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，該裝置在實際滿負荷運行下，設(shè)備運行穩(wěn)定，各項指標達到了設(shè)計值，柴油產(chǎn)品質(zhì)量滿足國VI 標準。柴油產(chǎn)品十六烷值達到63.5，較原料提高了9.5 個單位，較改造前產(chǎn)品提高了3.5 個單位并結(jié)構(gòu)性地解決了催化柴油后路問題。柴油改質(zhì)裂解原料BMCI 值降低到18.5，較改造前降低了8 個單位，同時通過裂解模擬評價，目標產(chǎn)品乙烯和丙烯收率分別達到23 wt.%和14 wt.%，較改造前分別提高了1.5 wt.%和1 wt.%。柴油加氫裝置應用MHUG 技術(shù)基本實現(xiàn)了預期結(jié)果，取得了較好的應用表現(xiàn)。