利用現有柴油加氫裝置生產重整原料的探索與工業實踐

孫 學 鋒

(中國石化天津分公司，天津 300270)

2020年，中國汽油表觀消費量為116.90 Mt，較2011年增長40.13 Mt，增幅52.26%；中國柴油表觀消費量為141.22 Mt，較2011年減少25.95 Mt，降幅15%。柴油表觀消費量自2015年起逐年降低，近年來柴汽比逐年下降。2021年6月，中國柴汽比已降低至0.88左右，柴油產品的銷售問題嚴重制約著煉油廠的可持續高效發展，傳統燃料型煉油廠經濟效益損失慘重。而相對于成品油市場增長緩慢，中國國內芳烴市場需求增長迅速。2020年，中國催化重整原料需求量近100 Mt，而混合芳烴全年進口總量為6.46 Mt，芳烴市場仍存在較大缺口。隨著中國煉油能力和實際加工量逐年增加，必然需要將過剩的柴油餾分轉化為催化重整原料和蒸汽裂解制乙烯原料，在實現壓減柴油產量的同時，生產部分市場需求旺盛的化工原料，實現企業煉化一體化發展。

1 技術思路

近些年來，柴油加氫轉化技術得到了深入研究與廣泛應用[1-7]。但在技術應用時，大部分需要對新建柴油加氫裂化裝置或者對現有裝置進行大幅度改造。針對現有柴油加氫裝置柴油產品十六烷值提升幅度小、重整原料收率低的問題，本方案提出在不需要對柴油加氫裝置進行改造的前提下，在柴油加氫精制反應器底部裝填部分加氫裂化催化劑，不僅能夠生產部分重整原料，而且可以提高直餾柴油原料油中催化裂化柴油的摻煉比例以及柴油產品十六烷值。技術思路如圖1所示。

圖1 利用柴油加氫裝置生產重整原料技術思路

該方案根據不同的柴油原料，優選適宜的催化劑級配體系以及控制適宜的工藝操作條件，構建加氫精制-飽和開環-補充精制反應區，不僅可以實現多環芳烴的靶向開環富集在石腦油(小于165 ℃餾分)中作為重整原料，而且能夠有效降低鏈烷烴的二次裂解，使得鏈烷烴在未轉化柴油中高效富集，從而生產高質量國Ⅵ柴油調合組分。該方案可根據柴油原料組成的不同靈活調整，從而將過剩的柴油產品轉化為高附加值的化工原料，滿足煉油廠產品結構調整的需求，以提高經濟效益。

2 中型試驗

試驗原料為某企業典型直餾柴油(60%)與催化裂化柴油(40%)的混合柴油，其主要性質見表1。使用中型試驗裝置，選取常規工業加氫精制催化劑以及不同類型的加氫裂化催化劑，分別裝填于精制與裂化反應器，開展系列試驗。中型試驗裝置的簡易工藝流程如圖2所示。

表1 混合柴油原料油性質

圖2 中型試驗裝置工藝流程

2.1 加氫精制催化劑的篩選

以混合柴油為原料，考察催化劑活性金屬類型對加氫精制反應的影響。在反應壓力為6.8 MPa、氫油體積比為500、體積空速為1.5 h-1、相同加氫精制反應溫度下，不同類型加氫精制催化劑活性對比結果如表2所示。由表2可知，在相同反應條件下，Ni-Mo型加氫精制催化劑的加氫脫硫、脫氮以及芳烴飽和性能最好。柴油加氫裝置在生產重整原料時，為了提高石腦油餾分的芳烴含量，原料油中往往摻煉部分催化裂化柴油。而柴油加氫裝置反應壓力相對較低，為了使下部的加氫裂化催化劑在較低的溫度下實現對多環芳烴的開環裂解反應，以達到生產高芳烴潛含量(芳潛)石腦油以及高十六烷值柴油的目的，需要級配使用高加氫活性的加氫精制催化劑。因此，Ni-Mo型加氫精制催化劑更適宜作為混合柴油加氫生產重整原料技術的精制催化劑。

表2 不同類型加氫精制催化劑活性對比

2.2 加氫裂化催化劑的篩選

以篩選出能夠最大限度提高柴油十六烷值的加氫裂化催化劑為目標，分別對比了輕油型加氫裂化催化劑、靈活型加氫裂化催化劑以及高中油型加氫裂化催化劑，在一定反應條件下對某企業混合柴油的加氫改質反應效果。

以混合柴油為原料，在反應壓力為6.8 MPa、精制段(R1)體積空速為1.2 h-1、裂化段(R2)體積空速為4.0 h-1、氫油體積比為500的條件下，考察不同催化劑體系的加氫反應特點，結果如表3所示，石腦油產品的主要性質如圖3所示，柴油產品的主要性質如圖4所示。由表3可見：在單獨加氫精制催化劑體系下，石腦油收率小于3%，重整原料增幅有限，而且柴油十六烷指數最低；當精制催化劑級配部分加氫裂化催化劑后，石腦油收率顯著增加，可達7.5%以上。由圖4可見：在不同裂化催化劑體系下，石腦油中芳烴含量及芳潛由高到低的順序為輕油型加氫裂化催化劑(46.52%)>靈活型加氫裂化催化劑(45.83%)>中油型加氫裂化催化劑(44.28%)；柴油產品的十六烷指數由高到低的順序為中油型加氫裂化催化劑(57.5)>靈活型加氫裂化催化劑(56.6)>輕油型加氫裂化催化劑(55.92)。在精制催化劑體系下，石腦油芳潛以及芳烴含量最低，主要原因是柴油加氫精制所產的石腦油基本以硫化物(二硫化物、硫醚、硫醇等)脫硫斷鍵產生的小分子鏈烷烴為主。在精制催化劑體系下，若要達到較高的石腦油收率，需要非常高的反應溫度，柴油加氫裝置自身條件是不具備的。因此，對于柴油加氫裝置多產重整原料技術而言，選用輕油型加氫裂化催化劑，所產石腦油餾分芳烴含量以及芳潛最高。而當柴油加氫裝置為了增加催化裂化柴油摻煉比例并且需要保證較高的柴油產品十六烷值時，則適宜采用高中油型加氫裂化催化劑。

表3 不同催化劑體系的試驗結果

圖3 不同催化劑體系下石腦油產品的主要性質■—鏈烷烴； ■—環烷烴； ■—芳烴； ■—芳潛

圖4 不同催化劑體系下柴油產品的主要性質■—鏈烷烴； ■—環烷烴； ■—芳烴； ■—十六烷指數

2.3 工藝條件考察

在反應壓力為7.8 MPa、精制段體積空速為1.2 h-1、裂化段體積空速為4.0 h-1、精制反應溫度為365 ℃、氫油體積比為600的條件下，以混合柴油為原料，考察轉化率(裂化反應溫度)對柴油加氫裂化產品分布以及性質的影響。試驗條件以及產品分布見表4，石腦油與柴油產品的主要性質見圖5和圖6。由表4可見，當裂化反應溫度由360 ℃提高至375 ℃時，石腦油收率由4.96%增加至20.65%，(石腦油+柴油)收率由99.02%降至97.42%，化學氫耗(w)由1.12%升高至1.99%。

表4 溫度對混合柴油加氫裂化反應的影響

圖5 不同反應溫度下石腦油產品的主要性質●—鏈烷烴； ▲—環烷烴； ◆—芳烴； ■—芳潛

圖6 不同反應溫度下柴油產品的主要性質●—鏈烷烴； ▲—環烷烴； ◆—芳烴； ■—十六烷指數

由圖5可知，隨著轉化率的提高，石腦油中芳烴含量以及芳潛逐漸降低，芳潛由48%左右降低至42%左右。因此，采用柴油原料加氫裂化技術可以將柴油轉化為重整原料，但需要控制適宜的轉化率，否則將影響石腦油芳潛。由圖6可知，柴油的鏈烷烴含量隨著轉化率的提高逐漸增加，產品十六烷值由56提高至58。

3 工業應用

利用某煉油廠現有2.6 Mt/a柴油加氫裝置，在加氫反應器級配裝填部分加氫裂化催化劑，以混合柴油為原料，在高壓分離器壓力為6.8 MPa、總體積空速為0.89 h-1、氫油體積比為425的工藝條件下，該裝置加氫石腦油收率由改造前的6.47%提升至10.47%，石腦油芳潛由44.5%增加到47.9%，實現多產高芳潛重整原料的結構調整目標。裝置加工催化裂化柴油原料比例由11.5%提高至25.5%，柴油產品十六烷值由采用此技術前的50.0提高至52.2。

該煉油廠在采用該技術方案后，全廠柴汽比有所降低，催化裂化柴油處理能力增強，產品結構調整靈活度增加，經濟效益顯著提高。

4 結 論

(1)在相同反應條件下，Ni-Mo型加氫精制催化劑的加氫脫硫、脫氮以及芳烴飽和性能最好，更適宜作為柴油加氫裂化生產重整原料的催化劑。

(2)對于柴油加氫裝置多產重整原料而言，選用輕油型加氫裂化催化劑，所產石腦油餾分芳烴含量以及芳潛最高。而當柴油加氫裝置為了增加催化裂化柴油摻煉比例并且需要保證較高的柴油產品十六烷值時，則適宜采用高中油型加氫裂化催化劑。

(3)某煉油廠利用現有2.6 Mt/a柴油加氫裝置，采用在加氫反應器級配裝填部分加氫裂化催化劑的改造措施后，加氫石腦油收率由改造前的6.47%提升至10.47%，石腦油芳潛由44.5%增加到47.9%，柴油產品十六烷值由50.0提高至52.2，裝置加工催化裂化柴油原料比例由11.5%提高至25.5%，實現了多產高芳潛重整原料的調整目標。