焦化汽柴油加氫裝置摻煉催化裂化柴油工業試驗

劉孝川，徐長磊，蘇 燦

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

隨著環保要求的日益提高，柴油質量標準不斷提高，低硫、低芳烴、低密度和高十六烷值成為柴油質量升級的趨勢[1]。某石化公司擁有兩套催化裂化裝置(簡稱催化裝置)，加工規模分別為1.5 Mt/a(催化裝置Ⅰ)和4.8 Mt/a(催化裝置Ⅱ)，催化裂化柴油(簡稱催化柴油)產量高、性質差、加工難度大。催化柴油性質差主要表現在硫、氮及雜質含量高、烯烴和芳烴所占比重大、十六烷值低和儲存安定性差等方面[2]。催化柴油的常規處理方式是加氫精制和加氫裂化[3]。該公司之前主要利用現有的蠟油加氫裂化和柴油加氫改質裝置摻煉適當比例的催化柴油，將低十六烷值的劣質柴油轉化為石腦油和清潔柴油，但是利用加氫裂化裝置加工催化柴油的氫耗大、加工費用高。相關研究表明：與柴油加氫精制裝置加工催化柴油相比，利用加氫裂化裝置加工催化柴油的氫耗和加工費用分別高出129 m3/t和47.9元/t[4]。為探尋催化柴油的出路，考察了利用焦化汽柴油加氫裝置加工部分催化柴油的效果。以下主要介紹利用焦化汽柴油加氫裝置在5種不同摻煉比例下加工催化柴油的工業試驗情況。

1 裝置概況

某公司焦化汽柴油加氫裝置的加工量為2.0 Mt/a，設計采用HP系列保護劑(捕硅劑)和中國石化大連石油化工研究院開發的FH-40C輕質餾分油加氫催化劑和工藝技術。反應部分由第一反應器(R101)和第二反應器(R102)串聯使用，R101主要裝填捕硅劑，R102主要裝填加氫精制催化劑[5]。裝置自2009年開工以來，分別于2011年、2014年和2019年進行了3次換劑檢修。2019年換劑檢修期間裝置更換了催化劑，R101裝填捕硅劑HPS-02A和HPS-02B，R102裝填超深度加氫脫硫催化劑FHUDS-8。裝置于2019年4月開車成功，主要原料為焦化汽油和焦化柴油的混合進料，氫氣主要使用連續催化重整裝置的副產氫氣。原料油在R101入口氫分壓為6.4 MPa、入口氫油體積比不小于500、主催化劑反應器體積空速為1.8 h-1及R102平均反應溫度為359～390 ℃的條件下進行加氫精制，精制得到的柴油產品作為國Ⅴ車用柴油調合組分，石腦油產品作為乙烯原料送至下游裝置。目前受上游焦化裝置汽柴油收率偏低影響，焦化汽柴油產量約為200 t/h，焦化汽柴油加氫裝置加工負荷長期維持在80%左右，可充分利用裝置剩余的加工能力摻煉催化柴油。

2 工業試驗

根據計劃，焦化汽柴油加氫裝置在2021年7月進行逐步提高催化柴油摻煉比例的工業試驗。試驗期間采集催化柴油、混合原料油、柴油產品和石腦油產品等樣品分析數據，收集相關工藝操作參數、物料平衡數據，評估催化劑性能是否滿足技術要求。本次試驗以裝置總進料量約245 t/h、焦化汽油與焦化柴油的質量比約3∶7保持穩定作為基礎條件，在此基礎上逐步提高催化柴油的摻煉量，并以摻煉該公司全部催化柴油(約115 t/h)為目標，對裝置進行全面技術標定。

2.1 原料油性質

該公司兩套催化裝置所產催化柴油(分別記作催化柴油Ⅰ和催化柴油Ⅱ)的主要性質如表1所示。由表1可以看出，催化柴油Ⅰ的性質很差，其硫含量、氮含量、芳烴含量和終餾點均遠高于催化柴油Ⅱ。

表1 催化柴油的主要性質

試驗期間先逐步提高催化柴油Ⅱ摻煉量(最大量約90 t/h，占總加工量的質量分數約為35%)，然后再摻煉催化柴油Ⅰ(最大量約25 t/h)。按催化柴油摻煉比例的不同，分6個工況進行工業試驗，6個工況下混合原料油的主要性質如表2所示。

由表2可以看出：隨著催化柴油摻煉比例的提高，混合原料油的密度大幅增加，飽和烴含量大幅降低，芳烴(主要是雙環芳烴)含量大幅增加；隨著催化柴油摻煉比例的提高，混合原料油的硫、氮含量逐漸降低，這主要是由于隨著催化柴油摻煉比提高，焦化柴油的加工量逐漸減少，而催化柴油的硫、氮含量低于裝置原加工的焦化柴油。

表2 混合原料油的主要性質

2.2 主要操作參數

試驗期間反應器的主要操作條件見表3。

表3 反應器的主要操作條件

由表3可以看出：隨著催化柴油摻煉比例的增大，反應器入口氫油比逐漸增大，主要是由于催化柴油加氫時耗氫量大，使裝置的補充氫量大幅增加；R101入口氫分壓、氫油體積比均高于設計值(分別為6.4 MPa和500)，有利于加氫反應；隨著催化柴油摻煉量逐漸增大，R101的入口溫度、出口溫度、平均反應溫度逐漸增大，總溫升逐漸減小，主要是由于催化柴油芳烴含量高，增大其摻入比例時，需要提高反應溫度以加快加氫反應。

由表3還可以看出，隨著催化柴油摻煉比例的增大，R102入口溫度、出口溫度、平均反應溫度均逐漸增大，總溫升也逐漸增大，主要原因是催化柴油芳烴含量高，進行芳烴飽和反應時放熱量較大。隨著催化柴油摻煉比例逐漸提高，為保證柴油產品硫質量分數不大于10 μg/g，R102的平均反應溫度由372 ℃逐漸提升至383 ℃，提溫幅度較大，最高溫度接近催化劑的末期使用溫度(390 ℃)。反應溫度是加氫反應最重要的調節參數，若裝置長時間大比例摻煉催化柴油，使催化劑的可提溫空間變小，將大大縮短催化劑使用壽命，影響裝置長周期運行。

2.3 主要產品質量

2.3.1柴油產品

試驗期間裝置的柴油產品主要性質如表4所示。為與相應標準進行對比，將0號國Ⅴ車用柴油指標[6]和船用燃料油(DMB)的指標[7]列于表5。

表4 柴油產品主要性質

表5 0號國Ⅴ車用柴油和船用燃料油(DMB)的關鍵指標

從表4～表5可以看出：摻煉催化柴油后通過提高反應溫度能夠使柴油產品滿足國Ⅴ車用柴油硫質量分數不大于10 μg/g的指標要求；在未摻煉催化柴油時，柴油產品各項關鍵指標均能滿足0號國Ⅴ車用柴油質量要求；當催化柴油摻煉比例為10.7%時，柴油產品十六烷值已不達標；繼續提高催化柴油摻煉比例至23.3%時，柴油產品的密度、多環芳烴含量超標，此時柴油產品可通過采用添加十六烷值改進劑、同全廠其他加氫裝置生產的高品質柴油進行調合等措施達到國Ⅴ車用柴油質量指標要求；繼續提高催化柴油摻煉比例，柴油產品的十六烷值不達標，密度、多環芳烴含量超標幅度過大，無法作為全廠國Ⅴ車用柴油產品調合組分，但可作為船用燃料油(DMB)的調合組分。

2.3.2石腦油產品

試驗期間裝置的石腦油產品主要性質如表6所示。由表6可以看出，隨著催化柴油摻煉比例的提高，石腦油產品的密度逐漸增大，芳烴含量逐漸增加，硫、氮、烯烴含量均保持在指標范圍內，但飽和烴含量逐漸降低，正構烷烴含量逐漸降低，石腦油作為乙烯原料的性質逐漸變差。

表6 石腦油產品分析數據

2.4 物料平衡

試驗期間裝置的物料平衡數據如表7所示。由表7可以看出：隨著催化柴油摻煉比例的提高，焦化汽柴油加工量逐漸降低，柴油產品的收率逐漸增加，石腦油收率逐漸減少，干氣產率逐漸增加，各主要產品收率的變化主要由原料油組成變化所致；隨著催化柴油摻煉比例的提高，裝置氫耗逐漸增大，這主要是由于催化柴油芳烴含量高，加氫過程中的氫耗要遠大于焦化汽柴油加氫過程。另外，受裝置加工負荷限制需考慮摻煉催化柴油后焦化汽柴油物料平衡問題，當催化柴油摻煉比例(w)不大于20%時，可充分利用焦化汽柴油加氫裝置剩余加工能力進行加工；繼續提高催化柴油摻煉比例則需考慮將部分焦化柴油改至直餾柴油加氫裝置進行加工。

表7 物料平衡數據 w,%

2.5 能 耗

試驗期間裝置的能耗數據如表8所示。由表8可以看出：由于催化柴油芳烴含量高，加氫時反應放熱量大，因而裝置摻煉催化柴油后燃料氣單耗下降明顯；當催化柴油摻煉比例為28.2%時，裝置總能耗相對較低，為630.76 MJ/t；由于該裝置單臺新氫壓縮機負荷約為30 000 m3/h，當原料中摻入催化柴油后，需要增開一臺新氫壓縮機，且隨著催化柴油摻煉比例的增加，補充氫量大幅增加，導致電耗增加。

表8 能耗數據 MJ/t

3 結 論

(1)焦化汽柴油加氫裝置摻煉催化柴油時，隨著催化柴油摻煉比例的提高，柴油產品的密度和多環芳烴含量不斷增大，十六烷值不斷降低。當催化柴油摻煉比例(w)不大于20%時，精制后的柴油產品可通過同全廠其他加氫裝置柴油調合生產國Ⅴ標準車用柴油；若繼續提高催化柴油摻煉比例，則精制后的柴油產品將不能作為國Ⅴ車用柴油調合組分出廠，但可考慮作為船用燃料油調合組分；精制后的石腦油產品可繼續作為乙烯原料，但其性質隨著催化柴油摻煉比例的增大而逐漸變差。

(2)焦化汽柴油加氫裝置大比例摻煉催化柴油后，反應溫度提溫幅度較大，會縮短催化劑使用壽命，因此需選擇合適的催化柴油摻煉比例，保證裝置的長周期運行。另外，可考慮下一個周期重新選擇新的催化劑級配體系滿足裝置大比例加工催化柴油的需求。