加工環烷基原料油的120萬t/a加氫改質裝置生產國VI柴油長周期運行

李曉濤 張利

摘 要：根據中海瀝青股份有限公司含酸重質油綜合利用與產品質量升級項目中總流程安排，新建了一套120萬t/a加氫改質裝置，該裝置從2016年4月開始首次使用殼牌公司的DN-3551精制催化劑和Z-3723MC改質催化劑。催化劑第一周期設計壽命為3年，目前已經平穩運行了4年，生產出國VI標準的柴油。本文主要對裝置加工環烷基重質原料油時生產國VI柴油過程中的運行經驗進行總結，尤其要持續關注催化劑性能，優化裝置操作，改善原料過濾器使用效果等，保證裝置能夠長周期穩定運行。

關鍵詞：加氫改質裝置;環烷基重質原料;殼牌催化劑;生產國VI柴油

1 前言

中國海洋石油總公司中海瀝青股份有限公司120萬t/a加氫改質裝置以含酸環烷基原油的直餾柴油、焦化汽油及焦化柴油的混合油為加工主原料，生產滿足國VI排放標準的清潔柴油，同時副產石腦油。

加氫反應部分采用單段串聯工藝，設置加氫精制和加氫改質兩個反應器，催化劑采用DN-3551TL 1.3mm及Z- 3723MC ATX 1.6mm主催化劑，脫硅劑MaxTrap[Si]TL2.5mm以及保護劑OptiTrap[MacroRing]HC8.0mm和OptiTrap[Ring]HC4.8mm。加氫反應部分采用國內成熟的爐前混氫方案，采用熱高分流程，分餾部分采用汽提+分餾流程，汽提塔采用蒸汽汽提，分餾塔采用重沸爐供熱。

120萬t/a加氫改質裝置于2016年4月12日一次投產成功，目前裝置已經平穩運行了4年，精制主催化劑、保護劑及改質催化劑沒有進行更換或者再生，現已進入第二周期運行。通過裝置這四年來的運行看，兩個反應器各床層催化劑的使用效果較好，能滿足兩種生產工況的需要。采取措施保證催化劑持續穩定運行，是裝置長周期穩定運行的關鍵因素，而采取多種措施延長反沖洗過濾器周期并保持穩定，是裝置長周期穩定運行的重要保證。

2 裝置加工原料性質分析

中海瀝青股份有限公司目前以加工綏中36-1、秦皇島32-6等含酸環烷基原油為主，環烷基原油生產出來的直餾柴油及焦化柴油密度大，硫含量較低，而氮含量較高，安定性差。為提高經濟效益，自2017年開始，上游焦化裝置除加工環烷基原油的焦化原料外，開始摻煉外采燃料油，摻煉比例從初期的10%逐漸增加到60%，其中焦化柴油95%餾程已接近上限365℃，由于焦化汽油收率變低，造成原料中的焦汽摻煉比例從初期的20%降低到16%。

自2018年下半年開始，焦化柴油、焦化汽油的摻煉比例總體呈現下降趨勢，而環烷基直餾柴油的加工比例逐漸增加，由于環烷基直餾柴油的密度大（高達0.91g/cm3左右），并且混合原料油的總氮含量較高（超過800ppm），造成生產國VI柴油的難度增大，反應溫度遠高于設計操作溫度，且呈逐步增加的趨勢。

3 催化劑選擇

精制反應器有三個床層，裝填DN-3551主催化劑及保護催化劑，改質反應器有三個床層，其中第一、第二床層裝填Z-3723MC主催化劑，第三床層上部裝置Z-3723MC主催化劑，下部裝填DN-3551主催化劑。精制催化劑用于脫硫、脫氮及烯烴、芳烴飽和，改質催化劑主要用于進一步降低密度、提高十六烷值。

4 反應器床層溫度控制方案

4.1 精制反應器床層溫度控制方案

在合理控制好反應進料爐出口溫度的前提下，在大部分工況下，精制反應器各床層冷氫閥全部關閉，充分發揮精制反應器各床層催化劑的使用效能，保證R101出口溫度控制在375～383℃。利用R101三個床層的總溫升，在反應器各床層深度發生脫硫、脫氮、脫氧等反應的同時，保證精制段流出油的氮含量控制在8～15ppm，滿足改質催化劑要求精制段流出油的氮含量<15ppm的要求，減少催化劑有機氮中毒導致失活的風險。當原料中芳烴含量（如摻煉糠醛抽出油1#）較高等原因造成精制反應器溫升較大時，第三床層入口溫度設定值適當降低，急冷氫調節閥會有一定開度，滿足R101出口溫度≤385℃條件即可，防止R101總溫升較高。

4.2 改質反應器床層溫度控制方案

改質反應器三個床層入口溫度大部分工況下采取等溫控制方案。改質催化劑主要作用是降低精柴密度，提高十六烷值，在滿足國VI柴油產品質量的前提下，適當降低改質反應器各床層入口溫度，以便抑制混合料裂解，提高液體收率，較少氫氣消耗。因原料油密度較大等原因造成國VI柴油的密度等指標較高時，可適當提高第一、第二床層入口溫度，提高反應深度。而第三床層下部由于有精制劑的存在，溫升較大，第三床層入口溫度設定值要比第一、第二床層入口溫度低1～2℃。運行四年來，R102出口溫度控制在≤385℃，防止R102總溫升較高。

5 操作條件

裝置經過4年的運行，催化劑使用得出主要結論如下：

①受原料油性質及催化劑性能損耗的影響，生產國VI柴油時，為完成脫硫（≤10ppm）、脫氮（≤5ppm）的質量目標，反應進料爐出口溫度比開工初期已提高了14℃，平均每月約提高0.40℃，催化劑床層入口溫度升高速率在正常范圍內;

②隨著原料性質的變化，精制反應器床層總溫升目前在53～62℃左右，精制催化劑活性雖有降低，仍在正常狀態。

③結合國VI柴油密度、十六烷指數等指標來看，隨著反應深度的增加，改質催化劑的活性在逐漸釋放，降密度效果較好，且還有一定的提溫空間。

④裝置運行三年多時間，精制反應器出入口壓差約在0.16MPa，改質反應器出入口壓差約在0.12MPa，說明各床層催化劑積碳、結垢不明顯。

6 產品性質

加氫改質裝置主要產品性質見表3。由表3可見，加工密度超高的環烷基直餾柴油和焦化汽柴油，通過改質裝置產品柴油密度可降低至843kg/cm3，硫含量降低至1ppm，十六烷指數達到了47.7，柴油質量改善非常明顯。

7 總結

①在加工環烷基重質原料油為主的情況下，殼牌公司的催化劑性能較好，柴油密度大幅度降低，十六烷值大幅度提升，硫含量低至1ppm，能生產滿足國VI柴油各項指標要求的國VI柴油;

②持續關注催化劑性能，采取措施保證催化劑長周期穩定運行，是裝置長周期穩定運行的關鍵因素。中海瀝青股份有限公司120萬t/a加氫改質裝置安全平穩運行4年多，2019年裝置綜合能耗為15.52kg標油/t，比設計綜合能耗16.29kg標油/t降低了4.7%，裝置經濟效益較明顯。

參考文獻：

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[2]呂小利，劉佳佳.加氫改質裝置深度加氫處理生產國Ⅴ柴油影響因素分析[J].中外能源，2016（07）.

作者簡介：

李曉濤（1974- ），男，山東省惠民縣人，漢族，學士，工程師，研究方向：煉油工藝