加氫裂化裝置摻煉催化柴油技術工業應用實踐

王玉東，谷國棟

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362000)

隨著社會日益發展的需要和原油的日益劣質化、重質化，以及環境的污染，國家對干凈、清潔的能源燃料越來越重視，而蠟油加氫裂化技術是原油深度加工生產清潔燃料的重要方式，所以在未來加氫裂化技術將會越來越普遍和推廣。催化柴油性質較差，主要表現為硫氮以及雜質含量高、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。所以加氫裂化摻煉催化柴油技術既可以為裝置在未來適應原料多樣化提供理論借鑒，也可以為順應市場趨勢降低煉廠柴汽比和生產清潔燃料提供一個方向。

1 裝置概況

本廠260萬噸/年蠟油加氫裂化裝置采用美國UOP公司的Unicraking兩段加氫裂化工藝技術，為了適應全廠生產的靈活性，本裝置設計為全循環和60%轉化率兩種工況。裝置由中國石化工程建設公司(SEI)項目總承包。設計加工來自科威特的減壓蠟油，經過加氫脫硫、加氫脫氮、加氫裂化等反應，生產優質的輕、重石腦油、航煤和柴油產品，加氫尾油作為催化裂化裝置原料。本裝置加工量為260萬t/a，年開工時數為8400小時(即滿負荷生產350天)，催化劑運轉周期為3年。

圖1 裝置反應部分流程

2 催化劑分布及原料性質

2.1 催化劑分布

本裝置一段反應器共六個床層，其中第一床層到第四床層為加氫精制床層，催化劑型號分別為CT-30、KF-542、KG-5、HYT-8109、HYT-8119、KF-848(再生)、HYT-6219，第五床層和第六床層為加氫裂化床層，催化劑型號為HC-115LT(再生)，反應器底部后精制劑型號為KF-851(再生)。

2.2 原料性質及特點

本裝置自開工正常運轉一段時間后，為了維持全廠物料平衡和實現效益最大化，開始在原料油中摻入催化柴油，并逐步增加至60 t/h。如表1所示為在總進料量330 t/h不變的情況下，原料中未摻入以及摻入20 t/h、40 t/h及60 t/h數量催化柴油組成的濾后原料油的主要性質參數。在整個摻煉觀察期間，裝置正常運行，各產品質量合格。

表1 原料油性質分析對比表

通過表1原料油性質分析對比表可以看出隨著催化柴油摻煉比例的提高，混合原料油的密度逐漸增大，氮含量、硫含量所占比例都有相應的升高，這與催化柴油高硫、高氮性質特點相吻合，但由于本裝置氮含量設計要求不大于867 mg/kg，所以為保證本裝置催化劑失活速率在正常范圍內，建議在裝置運行前期，當混合原料油中氮含量大于867mg/kg時，操作人員應密切關注原料油性質及反應器床層溫度變化。隨摻煉比例的增加，初餾點溫度呈現下降趨勢和350℃餾出量所占體積分數逐漸增大的情況來看，催柴中含有一定比例的小分子輕組分；根據混合原料終餾點溫度的逐漸上升和500℃餾出量所占體積分數下降的情況，得出催化柴油中同時含有大量的單環和多環芳烴，使得混合后原料油的相對密度變大。

3 工業應用情況

3.1 主要工藝參數對比分析

如表2為在總進料量330 t/h不變的情況下，摻煉不同量的催化柴油對應的反應器各床層主要的工藝參數以及氫氣消耗情況的對比。

表2 反應器各床層主要工藝參數

表2(續)

精制床層分析：由表2可以看出,摻煉20 t/h、40 t/h和60 t/h不同數量的催化柴油后,精制床層的各床層入口溫度及床層溫升產生明顯變化，第一床層在溫升幾乎相同的情況下，摻煉60 t/h催柴的入口溫度比未摻煉時候入口溫度低了15.7 ℃，主要原因是通過人為降低入口溫度來抵消催柴反應釋放的熱能，但要注意的是為了確保裝置安全，加熱爐出入口必須保持合理的溫差。根據第二、三床層各種工況下保持入口溫度接近于相同時，隨著摻煉比例的增加，床層的溫升卻呈現出上漲趨勢。主要原因是由于，催化柴油中硫、氮含量高同時催化柴油烯烴和芳烴組分所占比重相對較大，飽和烴類和氫碳摩爾比含量偏低，在催化劑表面發生反應，放出大量的熱能，導致溫升上升[1]。

裂化床層分析：由表2可以看出，隨著摻煉催柴數量的增加，裂化床層溫升ΔT也呈現上漲趨勢，反應的耗氫量也相對有所增加，這是由于催柴中含有的大量不飽和烯烴在酸性中心上形成正碳離子，其后通過加氫形成異構烷烴，并釋放出大量的反應熱造成的。

隨著摻入量的增大，裝置的耗氫量也隨之增加，主要是由于催柴中較高的不飽和烴類在反應器內發生加氫反應，消耗了大量的新氫。

3.2 摻煉不同數量催化柴油對產品分布的影響

表3 產品的分布

通過表3產品的分布及收率變化對比分析，隨著摻煉催化柴油比例的增加，產品中的柴油、煤油外送量相對應都有所增加；尾油、石腦油以及液化氣外送量對應減少。主要原因是催化柴油本身就含有較多的煤柴油組分，經過加氫反應后使得產品航煤和柴油抽出量增加，尾油減少主要是由因為混合原料中的蠟油組分減少造成的。由于催化柴油在加氫裂化精制和裂化床層的反應熱都比較大，為控制床層溫升、防止催化劑床層出現超溫，人為降低了裂化床層的反應溫度，使得反應裂化深度有所降低，造成了石腦油以及液化氣產量的減少。

3.3 摻煉不同數量催化柴油對產品性質的影響

表4 柴油產品

表5 尾油產品分析

通過表4柴油產品分析得知產品柴油的十六烷值在未摻煉催化柴油時為57.3，摻煉60 t/h時為52.8，相對應降低4.5個單位，說明摻煉催柴對產品柴油的十六烷值影響較大，但根據0#國Ⅴ柴油十六烷值不小于51的標準，本裝置摻煉60 t/h催化柴油所產的成品柴油仍能夠達到國Ⅴ標準。催化柴油十六烷值一般在20～40之間，說明加氫裂化摻煉催化柴油技術可以大幅度改善柴油產品性質。摻煉催化柴油后產品柴油十六烷值降低的主要原因是加氫裂化裝置催化劑在正常操作的過程中，多環芳烴加氫飽和為一個環相對較容易，但完全加氫飽和進一步提高十六烷值則受到單環芳烴加氫的限制[2]。

根據表4和表5可以看出，產品柴油中的硫含量和尾油中的硫、氮含量都隨著摻煉催化柴油比例的增加而上升，主要是因為催柴中的大量不飽和烴類在加氫精制床層中釋放出大量的熱，這本身有助于脫硫脫氮反應的進行，但為了防止精制床層超溫，只能通過人為降低反應器各床層溫度來減少反應產生的熱能，從而使得整個精制床層溫度下降，導致產品柴油、尾油的脫硫脫氮率下降[3]。

4 摻煉不同數量催化柴油存在的問題與建議

(1)催化柴油中大量的硫氮以及不飽和烴類，在加氫裂化催化劑的作用下，能夠發生脫硫脫氮和加氫飽和反應，并釋放出大量的熱能，所以加氫裂化裝置在引催化柴油時，要提前降低反應器入口溫度和各床層溫度，防止反應器發生超溫、飛溫等情況；一旦出現超溫、飛溫情況，應迅速將催化柴油全部切出，然后根據實際情況降低反應爐負荷或者開大高壓換熱器的副線，來抑制溫度的繼續上升。

(2)本裝置在第一周期后期催化柴油摻煉量最高時為75 t/h(占總進料量的22.7%)，與現在最高摻煉60 t/h(占總進料的18.2%)對比可以看出，摻煉催化柴油量的多少主要取決于反應床層溫度和溫升的變化。適量催柴可以改善原料的性質，但過量催柴又使催化劑易結焦，減短催化劑壽命，所以一定要在實踐中探索，尋找到最適合本裝置催柴摻煉量，從而獲得最大的經濟效益。

5 結論

(1)加氫裂化裝置運行前期摻煉催化柴油量占總進料量的18.2%時，裝置運行平穩，各產品質量合格，提高了產品柴油和煤油的收率，同時柴油十六烷值在降低4.5個單位后仍能達到國Ⅴ標準，基本達到了改善催化劣質柴油性能的要求。

(2)加氫裂化裝置摻煉催化柴油能產生大量的反應熱，需要降低反應器入口溫度和增大各床層冷氫量才能抵消。所以在以后的工作中，如何均衡加氫裂化催化劑失活速率與反應器床層溫度之間的聯系，既可以最大程度的飽和芳烴及不飽和烴類，又能脫除硫、氮及雜質是加氫裂化摻煉催化柴油技術經驗總結的關鍵。