FH-40B催化劑在噴氣燃料加氫裝置的工業應用

楊 帆，孫守華

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

FH-40B催化劑在噴氣燃料加氫裝置的工業應用

楊 帆，孫守華

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

國內某石化公司1.4 Mta噴氣燃料加氫裝置采用中國石化撫順石油化工研究院開發的FH-40B催化劑。裝置標定結果表明，采用FH-40B催化劑處理直餾噴氣燃料(總硫質量分數為0.14%)，在反應器入口壓力1.75 MPa、反應器入口溫度265 ℃、氫油體積比100、體積空速2.95 h-1的條件下，產品的硫醇硫質量分數低于3 μgg，煙點為24.5 mm，萘系烴體積分數為0.36%，冰點為-57.2 ℃，催化劑具有優異的脫硫醇硫性能，并能使噴氣燃料產品的煙點稍有提高，所得噴氣燃料產品質量滿足3號噴氣燃料國家標準(GB 6537—2006)的要求。裝置運行結果表明，FH-40B催化劑失活速率為0.021 ℃d，催化劑床層壓力降變化趨勢較平緩，催化劑具有良好的活性和穩定性，有利于工業裝置的長周期運行。

噴氣燃料 加氫 低壓臨氫脫硫醇(RHSS)

為保護環境，各國環保法規日趨嚴格，對清潔燃料產品的質量要求也越來越苛刻。然而，隨著我國高含硫原油加工量的日益增加及二次加工技術的不斷發展，使得直餾及二次加工輕質餾分油中的硫、氮等雜質含量越來越高；同時，部分煉油廠又面臨著老裝置擴能改造及裝置技術更新問題，要求輕質餾分油加氫精制催化劑在更為苛刻的條件下使用。為了提高輕質餾分油加氫精制催化劑的市場競爭力，中國石化撫順石油化工研究院在總結成功開發481-3及FDS-4A[1]催化劑經驗的基礎上，通過制備性能優異的大孔體積、高比表面積改性氧化鋁載體，調節金屬與載體間相互作用及優化催化劑制備方法等改進措施，開發了性能優異的FH-40系列新一代輕質餾分油加氫精制催化劑[2-5]。其中FH-40B催化劑主要用于以脫硫醇硫為目的直餾輕質餾分油加氫裝置，該催化劑已成功應用于國內部分煉油廠[6-8]。為滿足生產清潔3號噴氣燃料的需要，國內某石化公司1.40 Mta噴氣燃料加氫裝置引入FH-40B催化劑，于2014年2月16日一次開車成功，生產出合格產品[9]。為進一步探討FH-40B催化劑的反應性能，以此1.40 Mta噴氣燃料加氫裝置為研究對象，詳細分析FH-40B催化劑的工業標定情況以及裝置長周期運行情況。

1 裝置概況

裝置由中京工程設計軟件技術有限公司承包設計，采用直餾噴氣燃料低壓臨氫脫硫醇(RHSS)技術[10-12]，以12.0 Mta常減壓蒸餾裝置的直餾噴氣燃料為原料，生產3號噴氣燃料產品。裝置由反應、分餾2個部分組成，其工藝流程示意如圖1所示。裝置的工藝流程具有如下特點：①反應部分采用爐前混氫、固定床單段一次通過的低壓臨氫脫硫醇硫工藝；②反應部分選用冷低壓分離器，反應產物與反應進料換熱后，經空氣冷卻器冷卻后再在低壓分離器進行氣液分離；③分餾部分采用帶塔底重沸爐的單塔汽提流程，酸性氣組分在分餾塔塔頂分離出來，塔底得到噴氣燃料產品；④采用雙殼程換熱器，提高換熱器傳熱效率，盡量降低反應器流出物進空氣冷卻器的溫度，提高反應加熱爐入口溫度，減少加熱爐負荷，降低裝置能耗。

2 催化劑的物化性質

FH-40B催化劑以改性氧化鋁為載體，以Co-Mo為活性組分，具有孔體積大、比表面積高、加氫脫硫活性高、選擇性好、機械強度高及裝填堆密度小等特點。FH-40B催化劑的物化性質見表1。

圖1 噴氣燃料加氫裝置流程示意

項 目指 標孔體積∕(mL·g-1)040比表面積∕(m2·g-1)200壓碎強度∕(N·粒-1)30實際裝填密度∕(g·cm-3)070外型齒球型粒度∕mmΦ(25～30)

3 工業標定

為了考察該新建裝置的生產負荷、設計能力以及新設備的性能，裝置于2014年12月24—26日進行了為期48 h的標定。標定期間，由于受到常減壓蒸餾裝置低加工負荷量的影響，直餾噴氣燃料產量不足，噴氣燃料加氫裝置標定負荷為設計負荷的81%。標定期間，各項設備運轉正常，所得到的產品全部合格。

3.1 原料性質

標定原料為直餾噴氣燃料，其主要性質見表2。由表2可以看出，標定期間原料性質優于設計值，尤其是總硫質量分數為0.14%，僅為設計值(0.28%)的一半。

3.2 操作參數

標定期間反應器的主要操作參數見表3，其中反應器入口溫度265 ℃、入口壓力1.75 MPa。由于裝置設計新氫和循環氫共用一臺壓縮機，系統內氫氣全量循環，因此反應器入口氫油體積比不作為主要控制參數，實際操作中，根據反應系統壓力的要求，適量補入新氫。

表2 標定期間原料性質

表3 標定期間反應器的主要操作參數

3.3 產品性質

標定期間噴氣燃料產品的主要性質見表4。由表4可以看出：噴氣燃料產品的賽氏比色為+30號；噴氣燃料產品的硫醇硫質量分數為3 μgg，總酸值為0.002 mg KOHg；噴氣燃料產品的煙點為24.5 mm，而直餾噴氣燃料原料油的煙點為23.0 mm，說明經過加氫精制后產品煙點稍有增加，起到了降低積炭生成傾向的作用；噴氣燃料產品的冰點為-57.2 ℃，產品有較好的低溫性，能夠減少烴結晶和冰晶產生。標定期間，噴氣燃料產品的各項指標均滿足3號噴氣燃料國家標準(GB 6537—2006)的要求。

表4 標定期間產品性質

3.4 反應性能討論

FH-40B催化劑的主要作用是使直餾噴氣燃料中的非烴化合物與氫氣反應，達到脫硫醇硫、脫酸、改善顏色的目的，同時對不飽和烴、萘系烴等進行不同程度的加氫飽和。由表3、表4可以看出，在反應器入口溫度為265 ℃、入口壓力為1.75 MPa、體積空速為2.95 h-1的條件下，噴氣燃料硫醇硫質量分數由100 μgg降低至3 μgg以下，硫醇硫脫除率高達97%，表明FH-40B催化劑具有較優異的脫硫醇硫性能；噴氣燃料芳烴體積分數由17.9%降低至17.0%，表明在緩和的低壓臨氫反應條件下，FH-40B催化劑具有部分芳烴加氫飽和功能。

3.5物料平衡

標定期間裝置的物料平衡數據見表5。由表5可以看出，裝置氫耗僅為0.05%，遠低于設計值(0.14%)，這主要是由于原料硫含量較低，裝置所需加氫反應深度低，有利于降低裝置氫耗。裝置的噴氣燃料產品收率為99.16%，較設計值低0.24百分點，然而輕石腦油收率為0.36%，較設計值高0.33百分點，主要是由于直餾噴氣燃料中輕組分含量偏高，同時直餾噴氣燃料的餾程與設計值偏差較大(見表2)。在工程設計上，裝置不排放尾氫，然而在實際操作中，為控制循環氫中硫化氫的含量，需要間斷性排放尾氫，標定期間的尾氫質量收率為0.04%；酸性氣收率為0.33%，較設計值低0.24百分點，這是因為原料硫質量分數偏低，在保證噴氣燃料產品質量的前提下，降低了加氫精制反應深度，進而減少了裂解反應的發生，使得生成的酸性氣量減少。

表5 標定期間的物料平衡數據

3.6 能 耗

標定期間裝置能耗見表6。由表6可以看出：電消耗為97.39 MJt，較設計值高5.01 MJt，主要是因為標定期間裝置實際加工負荷僅為設計負荷的81%，提高了單位電消耗量；1.0 MPa蒸汽消耗量較設計值偏高，主要是重沸爐頻繁吹灰及原料過濾器的1.0 MPa蒸汽吹掃，增加了1.0 MPa蒸汽消耗；在工程設計上，加熱爐采用燃料氣，重沸爐采用燃料油和燃料氣混用，標定期間燃料氣消耗為166.78 MJt，較設計值高33.44 MJt，這是因為標定期間原料油性質優于設計值，加氫反應深度低，反應器的反應熱少，降低了反應進料經換熱器換熱后的溫度，增加了加熱爐的負荷，燃料氣消耗量增加；燃料油消耗為85.69 MJt，較設計值低53.50 MJt，主要是裝置從節能降耗出發，優化分餾塔操作，標定期間分餾塔塔頂壓力及塔頂溫度均明顯低于設計值，有效地降低了裝置燃料油的消耗量。標定期間裝置總能耗為367.84 MJt，較設計能耗低11.28 MJt，裝置能耗水平達到設計要求。

表6 標定期間能耗 MJt

表6 標定期間能耗 MJt

項 目標定值設計值循環水251334電9739923810MPa蒸汽1421961燃料氣1667813334燃料油856913919凈化風084084氮氣042042合計3678437912

4 穩定性

穩定性是催化劑的一個重要技術指標。為了考察催化劑FH-40B加氫脫除硫醇硫的活性穩定性，統計了自2014年9月1日至2017年3月24日反應器入口溫度和噴氣燃料產品硫醇硫含量隨運行時間的變化，列于圖2；同時，統計了催化劑床層壓力降及裝置加工量隨運行時間的變化，列于圖3。由圖2可以看出，在此期間反應器入口溫度由265 ℃提高至285 ℃，催化劑失活速率為0.021 ℃d，而噴氣燃料產品的硫醇硫含量均在控制指標內，說明FH-40B催化劑具有良好的活性穩定性。從圖2還可以看出，2017年以來反應器入口溫度略有降低，這是由于為落實公司降本增效和節能減排要求，裝置噴氣燃料產品硫含量按照3號噴氣燃料國家標準(GB 6537—2006)給出的硫含量上限值進行控制，在保證噴氣燃料產品硫醇硫含量及硫含量合格的前提下，通過逐漸降低反應器入口溫度來降低反應苛刻度。從圖3可以看出，催化劑床層壓力降隨裝置運行時間的總體變化趨勢較平緩，表明催化劑床層結垢、結焦、催化劑破損等情況不明顯。綜上分析，FH-40B催化劑活性穩定性良好，有利于裝置長周期運行。

圖2 反應器入口溫度和噴氣燃料產品硫醇硫 含量隨運行時間的變化 ▲—反應器入口溫度； ◆—產品硫醇硫質量分數

圖3 催化劑床層壓力降及裝置加工量 隨運行時間的變化 ▲—催化劑床層壓力降； ◆—裝置加工量

5 存在的問題及技改效果

該裝置的循環氫壓縮機為對稱平衡型往復式壓縮機，兩列一級壓縮。自裝置開工以來，尤其是在夏季環境溫度高時，循環氫壓縮機帶液比較嚴重，表現為：①循環氫壓縮機的氣缸內出現異響；②循環氫壓縮機停機后，可從循環壓縮機入口罐內排出油水混合物?？赡艿脑驗椋孩僭谙募经h境溫度高時，循環氫空冷器的冷后溫度高于50 ℃，使得循環氫帶液嚴重；②裝置在正常運行期間，循環氫流量(標準狀態)基本維持設計最大工況的上限操作(約26 000 m3h)。

針對上述原因，裝置在操作調整中按照氫油體積比不低于100的要求，投用循環氫壓縮機返回線，降低氫油比，使循環氫流量(標準狀態)降低至22 000 m3h，控制循環氫空冷器的冷后溫度低于50 ℃；同時低壓分離器和循環氫壓縮機入口罐加強脫液。通過采取上述措施，循環氫壓縮機帶液的現象得到有效控制，保證了裝置安全平穩生產。

6 結 論

(1)國內某石化公司將FH-40B催化劑成功應用于1.40 Mta噴氣燃料加氫裝置。

(2)在標定工況下，硫醇硫脫除率為97%，能夠生產硫醇硫質量分數低于3 μgg的噴氣燃料產品，噴氣燃料產品的煙點與冰點分別為24.5 mm和-57.2 ℃，其各項指標滿足3號噴氣燃料國家標準(GB 6537—2006)的要求。

(3)裝置運行結果表明，FH-40B催化劑具有良好的活性和穩定性，催化劑失活速率為0.021 ℃d，催化劑床層壓力降變化趨勢較平緩，滿足裝置長周期運行需要。

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COMMERCIALAPPLICATIONOFFH-40BCATALYSTFORJETFUELHYDROGENATION

Yang Fan， Sun Shouhua

(SinoChemQuanzhouPetrochemicalCo.Ltd.，Quanzhou，Fujian362103)

FH-40B catalyst developed by SINOPEC Fushun Research Institute of Petroleum and Pe-trochemicals was commercially used in a 1.4 Mta jet fuel hydrogenation unit of a petrochemical refinery.The calibration results showed that the qualified No.3 jet fuel(in compliant with GB 6537—2006)can be produced from the feed with the mass fraction of sulfur of 0.14%.The jet fuel produced is characterized by the mass fraction of mercaptan sulfur of 3 μgg,smoking point of 24.5 mm,freezing point of -57.2 ℃ and the volume fraction of naphthalenes of 0.36%,at reaction conditions of 265 ℃，1.75 MPa，H2oil volume ratio of 100 and LHSV of 2.95 h-1.The commercial results demonstrated that the catalyst FH-40B has a good activity and stability，the catalyst deactivation rate is 0.021 ℃d，the pressure drop of the catalyst bed is smooth，which is favor of long-running for the unit.

jet fuel； hydrogenation； RHSS

2017-04-28；修改稿收到日期2017-05-24。

楊帆，工程師，從事加氫技術與生產管理工作。

楊帆，E-mail：yangfan02@sinochem.com。