FCC 汽油加氫生產超低硫車用汽油裝置的設計與工業應用

夏少青, 王國旗, 劉瑞萍, 劉曉步

（中國石油工程建設公司華東設計分公司， 山東 青島 266071）

國內某石化公司新建1.0 Mt/a催化裂化汽油（以下簡稱FCC 汽油）加氫裝置以FCC 汽油為原料，采用固定床加氫脫硫技術，生產低硫、超低硫汽油作為全廠汽油調合組分。為適應原料性質以及產品要求的變化，裝置按近期和遠期兩種工況設計，近期工況（工況1）原料硫含量300 μg/g，產品硫含量≤50 μg/g，滿足國Ⅳ車用汽油排放標準要求；遠期工況（工況2）原料硫含量300 μg/g，產品硫含量≤10 μg/g，滿足國Ⅴ車用汽油排放標準要求。

裝置于 2011 年一次開車成功，生產出合格產品，產品性能指標達到設計值。

1 裝置組成和流程

裝置主要由選擇性加氫、分餾、重汽油加氫脫硫、穩定四個單元組成。工藝流程示意見圖1。

全餾分FCC 汽油首先進入選擇性加氫單元，該單元的主要作用有：

（1）將原料中的二烯烴轉化為單烯烴，從而減少加氫脫硫反應系統結焦、延長加氫脫硫催化劑壽命。

（2）將原料中的硫醇和輕的硫化物轉化為重的硫化物，使輕汽油中的硫和硫醇含量滿足汽油調合組分的要求。

（3）非活性單烯烴異構為活性單烯烴，使汽油辛烷值略有提高。

圖1 裝置流程示意圖Fig.1 Flow Diagram of the unit

經過選擇性加氫后的汽油進入分餾塔進行輕、重汽油分離。輕汽油中的硫和硫醇含量均滿足汽油調合組分的要求，重汽油送到加氫脫硫單元。在加氫脫硫單元，重汽油經過加氫進行脫硫、脫氮等反應，精制后的重汽油進入穩定塔以脫除反應生成的H2S、NH3和輕烴，之后與輕汽油混合作為精制產品出裝置。

2 工藝技術特點及催化劑

（1）以三套催化裂化裝置的全餾分汽油為原料，生產滿足國Ⅳ、國Ⅴ兩種車用汽油排放標準的產品，作為全廠汽油調合組分。

（2）采用低壓固定床加氫技術，通過催化劑的選擇性和工藝條件的優化實現催化汽油選擇性加氫精制，最大程度地降低催化汽油中烯烴的飽和，減少因烯烴飽和造成的汽油辛烷值損失。

（3）裝置對原料性質和產品要求的變化具有較為寬泛的適應性。通過調整工藝操作參數和輕重汽油切割比例可以實現不同時期產品質量的要求。具體為，裝置近期按生產硫含量≤50μg/g 的國Ⅳ標準汽油產品操作，當未來需要生產硫含量≤10μg/g 的國Ⅴ標準汽油時，可通過調整分餾塔輕、重汽油切割比例，從而改變重汽油加氫脫硫單元的進料量，并適當改變重汽油加氫脫硫單元的操作參數，裝置無需進行改造即可實現從國Ⅳ到國Ⅴ產品質量的升級。

（4）選擇性加氫單元采用 Ni-Mo+Al2O3催化劑，加氫脫硫單元采用Co-Mo+ Al2O3催化劑。

3 工程設計特點

（1）裝置設計考慮不同時期原料性質和產品要求的變化，按兩種工況設計，使裝置操作具有靈活性。兩種工況下產品要求的主要區別為：近期工況（工況1）產品硫含量≤50μg/g；遠期工況（工況2）產品硫含量≤10μg/g。裝置無需進行改造即可實現從國Ⅳ到國Ⅴ產品質量的升級。

（2）原料油過濾：為了防止反應器因進料中的固體顆粒堵塞導致床層壓降過大而造成的非正常停工，在裝置內設置原料油過濾器，濾除大于 10微米的固體顆粒和膠質。

（3）原料油保護：由于原料油與空氣接觸會生成聚合物和膠質，為有效防止原料在換熱設備和反應器床層中結焦，裝置內原料油緩沖罐采用氫氣進行氣封。

（4）空冷器前注水：加氫過程中生成的H2S、NH3和HCl，在一定溫度下會生成NH4Cl 和NH4HS結晶，沉積在低溫換熱器和空冷器管束中，腐蝕設備并引起系統壓降增大。因此在反應產物進入空冷器前注入水洗水來溶解銨鹽。

（5）設置循環氫脫硫化氫設施：由于反應生成的H2S 對反應具有抑制作用，同時為防止H2S 隨循環氫帶入反應器中與烯烴反應重新生成硫醇，裝置設循環氫脫硫化氫設施，用MDEA 溶液脫除循環氫中的H2S，滿足循環氫中H2S 含量的要求。

（6）設置干法預硫化設施：催化劑初次裝填為硫化態。經第1 個運轉周期再生后為氧化態，第2 個運轉周期開工需要進行催化劑預硫化。因此，裝置設置了催化劑干法預硫化設施，以滿足催化劑預硫化的要求。

（7）設催化劑熱氫汽提設施：為解決因各種原因造成的催化劑臨時性失活、結焦，工藝流程中設置了熱氫汽提設施，使催化劑恢復活性。

（8）催化劑采用器外再生：催化劑第一個連續運轉周期為4 年，總使用壽命為7 年。經第一個連續運轉周期后可再生1 次。催化劑的再生采用器外再生。

（9）設置緊急泄壓系統：為防止反應系統超溫超壓，選擇性加氫和加氫脫硫單元分別設置了緊急泄壓系統，使系統壓力在15 min 內降到0.7 MPa（g）。

4 裝置運行及標定

裝置開工運行穩定后對兩種設計工況分別進行了性能標定。標定數據與設計數據對比情況如下。

4.1 原料

FCC 汽油原料性質對比見表1。

表1 FCC 汽油原料性質Table 1 Analysis data of feed

其中，標定原料中的烯烴含量分別為(vol) 39.76%和41%，比設計值(vol)35.3%高，對產品辛烷值損失考核有影響，同時實際總硫含量比設計值 300μ g/g 略低。兩種因素綜合考慮，烯烴含量偏高對產品辛烷值損失考核影響較大，會造成產品辛烷值損失偏高。其余原料性質均接近設計值。

4.2 產品

主要產品質量指標對比見表2。由表2 可以看出，汽油產品中總硫、硫醇含量均達到或低于設計值，辛烷值損失（ΔRON 和ΔMON）在設計允許范圍內，說明總硫、硫醇脫除效果較好，烯烴飽和反應較少，催化劑具有較好的脫硫活性和選擇性。另外，在原料性質分析中已經提到，原料中烯烴含量偏高會直接影響產品的辛烷值損失，造成辛烷值損失偏高。

表2 汽油產品主要質量指標Table 2 Main specification of gasoline product

4.3 主要操作參數

主要工藝操作參數對比見表 3。其中選擇性加氫反應器入口溫度比設計值低，原因是裝置運轉初期催化劑活性高，反應器入口溫度低于設計值即可滿足反應要求。加氫脫硫反應器入口壓力比設計值低，說明裝置運轉初期反應系統壓降較低。分餾塔輕汽油抽出比例比設計值高，原因是原料中總硫含量比設計值低，提高輕汽油抽出量、降低加氫脫硫重汽油進料量可以滿足產品中硫含量的要求。

表3 主要操作參數Table 3 Main operating parameter

4.4 物料平衡

物料平衡對比見表 4、表 5。兩種工況下汽油產品收率均達到或高于設計值。新氫消耗均低于設計值，原因是新氫組成中氫氣純度略高于設計值，且原料中的硫含量略低于設計值。

表4 物料平衡（工況1）Table 4 Material balance（case 1）

表5 物料平衡（工況2）Table 5 Material balance（case 2）

4.5 能耗

裝置能耗設計值為22.56 kg 標準油/t 原料，標定值工況1 為19.47 kg 標準油/t 原料，工況2 為22.49 kg 標準油/t 原料，低于設計值。

通過以上標定數據與設計數據的對比可以看出，兩種工況下，裝置處理能力、產品主要質量指標、產品收率以及能耗均達到設計要求。

5 操作建議

（1）分餾塔輕、重汽油切割

分餾塔輕、重汽油切割比例是影響裝置產品質量和經濟性的重要因素。設計中，分餾塔輕、重汽油切割比例考慮了較為寬泛的操作彈性，實際生產中，可根據原料性質和產品要求的變化并結合設備能力情況及時調整輕、重汽油切割比例。當原料中硫含量偏低或對產品硫含量的要求放寬時，應適當加大輕汽油抽出量，減少重汽油加氫脫硫單元的進料量，可有效降低汽油產品的辛烷值損失，避免因產品質量過剩造成經濟性降低，確保裝置經濟效益最大化。

（2）反應注水

設計原料中未提供催化汽油中的氮含量，反應注水設計采用間斷注水。裝置開工后，分析發現催化汽油中的氮含量與其它同類裝置相比偏高。建議生產中根據原料中氮含量的變化適當調整注水周期和注水量。

6 結 論

（1）采用先進的工藝技術生產硫含量≤50μ g/g 和硫含量≤10μg/g 的催化汽油，產品質量指標可滿足國Ⅳ、國Ⅴ車用汽油排放標準的要求。

（2）裝置設計考慮近期和遠期兩種工況，對原料性質和產品要求的變化具有較好的適應性。

（3）兩種工況下，裝置脫硫效果和辛烷值損失達到設計指標，處于行業領先水平，說明所采用的催化劑具有良好的活性和選擇性。

（4）裝置處理能力、產品收率、能耗均達到設計要求，說明工藝流程先進合理，工程設計滿足生產需要。