柴油加氫處理工藝研究進展

夏裴文 王強 張鵬軍

摘 ?????要：隨著環(huán)保法案的日益嚴格，對柴油質量的要求也在逐步提高。因此，開發(fā)一種高效環(huán)保的柴油加氫處理工藝顯得尤為關鍵。利用柴油加氫處理技術使劣質柴油餾分得到全面改善，達到低硫、高十六烷值的柴油產品標準。論述了國內外常用的柴油加氫處理技術，及對每種工藝的原理進行詳細闡述，相應地列舉了在工業(yè)中的應用，并就今后的發(fā)展方向作了說明。

關 ?鍵 ?詞：柴油;加氫處理;催化劑;脫硫

中圖分類號：TE 624 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）03-0579-04

Abstract： With the increasingly stringent environmental protection， the demand for diesel quality is gradually increasing. Therefore， it is very important to develop an efficient and environmentally friendly diesel hydrotreating process. These technologies are used to improve the fraction of low-grade diesel oil to meet the standard of low sulfur and high sixteen alkane diesel products. In this paper， common diesel hydrotreating technologies at home and abroad were discussed， and the principle of each process was expounded. Then their application was listed， and the future development direction was analyzed.

Key words： Diesel; Hydrotreating; Catalyst; Desulfurization

隨著石油資源的不斷開采利用，原油儲存量正逐年減少，伴隨儲存量減少的同時石油劣質化現(xiàn)象也在逐年加劇。重金屬含量、硫含量、氮含量所占比重加大，原料的加工難度又達到了一個新的高度，并且原料利用率、產品收率相應降低;加之為了降低汽車尾氣排放所帶來的污染，改善空氣質量，國家環(huán)保法規(guī)的要求越來越嚴格。從2011年起對柴油產品質量實施國Ⅲ標準到2015年1月1日全面執(zhí)行國Ⅳ柴油標準，以及目前實施的國Ⅴ標準都說明了國家對柴油產品質量的要求之高[1-3]。相信以后還會有更加嚴格的標準，因此設法提高柴油產品的質量是我們亟待考慮的問題，而采用適宜的柴油加氫處理工藝是解決這一問題的關鍵。

1國內加氫處理工藝

加氫處理過程即在催化劑和氫氣存在的條件下，將油品中所含的硫、氮、氧等非烴類化合物雜質除去，在不改變或很小改變原料油分子結構骨架，來改善油品質量的加氫反應過程[4]。通過加氫處理技術可有效提高石油產品的質量，改善油品品質，也是目前其他方法所無法比擬的，因此被各大煉油企業(yè)所使用[5，6]。

目前我國對劣質柴油進行的處理，大多側重從柴油的加氫處理工藝方面進行突破，對柴油產品的脫硫、脫氮及提高十六烷值取得了顯著效果。這樣的工藝有柴油中壓加氫改質技術（MHUG）;經過改造升級的MHUG-Ⅱ工藝;以及劣質柴油深度加氫處理技術（RICH）;最大限度提高柴油十六烷值的MCI新技術等對提高柴油產品質量做出了突出的貢獻。

1.1 ?柴油中壓加氫改質技術（MHUG）

中國石油化工研究院（RIPP）研究開發(fā)的MHUG技術，是由兩種催化劑單段串聯(lián)一次通過的中壓加氫改質流程[7，8]。在6.0～10 MPa條件下用來處理劣質催化裂化柴油與直餾輕蠟油的混合油，改善油品質量。由MHUG工藝改質后的柴油產品其硫含量低于10 μg/g，十六烷值提升12～20個單位，柴油的顏色和安定性得以改善，密度也大幅度降低，同時可獲得催化重整原料和優(yōu)質的乙烯原料。

大慶石化總廠利用MHUG技術對大慶蠟油催化裂化柴油與直餾柴油的混合油以及摻雜渣油的催化裂化柴油與直餾柴油的混合油為原料進行中壓加氫改質[9，10]。建立了12萬t/a工業(yè)加氫裝置，并以RG-1作為保護劑、RN-1為加氫精制催化劑、RT-5為加氫裂化催化劑，采用兩劑串聯(lián)一次性通過的流程。經開工多次標定，可知該工藝對兩種原料油都有很好的處理能力，能夠得到低凝柴油和制備乙烯所需的原料以及高芳烴潛含量的重石腦油，解決了重質油和劣質柴油原料的低利用率的問題。

為了進一步提高柴油產品的質量，RIPP經過研究對MHUG工藝加以改進開發(fā)了MHUG-Ⅱ工藝。與MHUG不同的是MHUG-Ⅱ工藝設置了兩個原料油進料系統(tǒng)和三個反應系統(tǒng)。即將不同性質的柴油原料油通過不同的進料系統(tǒng)分開進料，進入不同反應區(qū)。這樣能夠保證含有高十六烷值的原料油不因加工而降低，有助于生產高十六烷值的柴油產品又可以降低硫含量。另一方面，為了提高循環(huán)氫的利用率，MHUG-Ⅱ工藝根據(jù)柴油加氫改質和加氫精制技術特點相應地調整不同氫油比[11，12]。在相同的生產能力下，相比其他加氫改質工藝能夠大幅度降低設備和操作投入。

中國石化海南煉油化工有限公司為了滿足國家對柴油質量的要求，采用MHUG-Ⅱ工藝，將柴油加氫精制裝置進行改造[13，14]。在不同的反應系統(tǒng)中裝入不同的催化劑，即在改質反應器中裝入RN-32V精制劑、RIC-2催化劑，在精制反應器中裝入RS-2000精制劑，以催化裂化柴油和直餾柴油為原料油進行加工生產。最終所得柴油產品滿足了裝置改造的目的。

1.2 ?劣質柴油深度加氫處理技術（RICH）

劣質柴油深度加氫處理技術（RICH）也是由RIPP研究開發(fā)，旨在提高劣質柴油的十六烷值，大幅度降低柴油產品中硫和氮的含量，同時使柴油密度相應地降低[15]。該工藝與傳統(tǒng)的加氫精制具有相同的工藝流程，但與傳統(tǒng)的加氫精制不同的是該工藝使用一種既有加氫精制特性又有開環(huán)裂化功能的新型催化劑，使稠環(huán)芳烴開環(huán)但不使鏈斷開，提高異構化性能，滿足具有高十六烷值柴油組分的特性。

中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司為了適應環(huán)保法對柴油產品的要求，將100萬t/a的柴油加氫裝置按照RICH工藝進行整改，來處理催化裂化柴油或者催化裂化柴油—直餾柴油混合油[16]。采用RIC-1、RG-10C和RN-10B催化劑組合方案，催化柴油進料量為75 t/h進行標定。由標定結果可知該技術能夠得到高十六烷值、低硫氮含量的柴油產品的收率為94%，同時得到芳烴潛含量較高的石腦油產品。且該技術改造相對比較簡單，適合大多數(shù)加氫精制裝置。

1.3 ?提高柴油十六烷值的MCI技術

由影響柴油十六烷值因素可知，在柴油組分中正構烷烴的十六烷值最高，單環(huán)環(huán)烷烴或單環(huán)芳香烴居中，稠環(huán)芳烴和稠環(huán)環(huán)烷烴的十六烷值最低[17]。而劣質柴油餾分中不僅硫、氮含量高，還含有大量的稠環(huán)芳烴。通過傳統(tǒng)的加氫精制工藝雖能有效的脫除劣質柴油中的大部分硫、氮以及膠質等雜質，但是不能將萘系烴轉化為單環(huán)烴，從而導致產品的十六烷值不能達到合格指標。

為了提高柴油的十六烷值，撫順石化研究院（FRIPP）研究開發(fā)了MCI新技術，用于處理催化裂化柴油及一些具有高含量芳烴柴油等劣質柴油餾分[18-21]。該工藝介于中壓加氫精制和中壓加氫裂化之間，使萘系烴先加氫飽和生成四氫萘，然后再進行開環(huán)而不使鏈斷開，生成大量支鏈烴，顯著提高柴油的十六烷值。此外，該工藝的催化劑中使用分子篩組分和一種新型硅鋁催化材料，在發(fā)揮加氫脫硫、加氫脫氮作用的同時抑制斷鏈裂解的進行。這樣能夠增加柴油產品中直鏈烴的含量，降低芳烴含量，進而提高十六烷值，增加產品收率。通過MCI工藝處理的原料油一般情況下，所得柴油產品的十六烷值提高十個單位以上，收率高達95%以上。

該技術已在工業(yè)應用中得到驗證，達到了預期的效果[22]。大連石化公司新建的80萬t/a柴油加氫裝置利用MCI技術[23]，在反應壓力為6.3 MPa，反應溫度275 ℃，空速0.7 h-1，氫油比1 000的條件下開車成功。既滿足脫硫、脫氮的要求，又大大提高柴油的十六烷值，解決了柴油出廠的難題。

2國外加氫處理技術

由于原料油性質的不同，國外對劣質柴油餾分的處理則更加注重對硫和氮的脫除，以滿足嚴格的環(huán)保要求。最常用的加氫處理工藝為韓國SK公司開發(fā)的加氫脫硫預處理技術以及Process Dynamics設計的IsoTherming加氫處理技術。

2.1 ?SK加氫脫硫（HDS）預處理技術

SK公司通過對含硫化合物的研究，發(fā)現(xiàn)含氮化合物（NCC）對于加氫脫硫過程具有一定的阻礙作用[24，25]。在加氫精制過程中NCC與耐熔硫化物相互爭奪加氫精制催化劑的活性位，而NCC的吸附性通常高于耐熔硫化物，導致耐熔硫化物失去吸附活性位的機會不能通過加氫處理得到轉化。另一方面，由于脫氮反應沒有脫硫反應進行的快，NCC長時間占據(jù)活性位使含硫化合物難以得到轉化。

基于以上的研究，SK公司研發(fā)了SK加氫脫硫預處理工藝，用于生產10 μg/g超低硫含量柴油[26-28]。該工藝采用一種獨特的吸附過程，將原料中的NCC結合幾種極性化合物一塊吸附在專有吸附劑上面，最后在液相脫附過程中從吸附劑上被脫除。隨著大部分的NCC和一些極性化合物從原料中的脫除，深度脫硫效率顯著提高。SK加氫脫硫預處理工藝有多個吸附器，兩個用于吸附劑恢復的汽提塔，一些關聯(lián)泵和油氣系統(tǒng)組成。在脫硫工藝之前對中間餾出進料進行預處理，然后再在吸附劑容器中進行汽提，去除少量吸附劑。然后將預處理的進料送到下游加氫脫硫裝置進行脫硫。

該技術最大的優(yōu)點在于作為現(xiàn)有加氫精制裝置的一個補充單元，對現(xiàn)有裝置不需要或最小程度的改裝，大量節(jié)省了改裝費用。相對于傳統(tǒng)的加氫精制裝置，SK加氫精制預處理技術能夠在低溫低壓下生產超低硫含硫、低多環(huán)芳烴含硫的柴油產品，同時能夠改善柴油產品的顏色及存儲穩(wěn)定性。且能夠減少加氫精制過程中氫氣的消耗量，降低生產成本。

2.2 ?IsoTherming加氫處理技術

由過程動力學公司設計開發(fā)的IsoTherming加氫處理技術，使用新的加氫脫硫反應系統(tǒng)，大大降低在生產工藝過程中硫的排放，用來生產超低硫含量柴油[29-31]。該工藝的基本原理是將新鮮原料與先前一部分循環(huán)加氫精制液在預處理器中混合并經加氫飽和。反應所需要的所有氫氣和原料及循環(huán)液通過分配器一起進入催化劑床層進行反應。其中被處理過的流體循環(huán)物流不僅能夠攜帶大量氫氣進入反應器，提供反應所需氫氣，實現(xiàn)氫氣循環(huán)，極大地降低裝置的能耗，而且還有助于吸收反應熱量，有效的控制反應熱，使反應器在接近等溫的模式下運行。由于氫氣以液相溶解氫形式進入反應器進行反應，總體反應通過本征反應速率控制，與氫氣的傳質速率無關。

相比傳統(tǒng)的加氫處理工藝，IsoTherming加氫處理技術的另一個特點是在生產超低硫含量柴油的同時，氫氣的消耗量更少，催化劑的用量更低且實際操作壽命延長[32]。生產超低硫柴油應用中，在預處理的位置安裝IsoTherming單元裝置，消耗總體用氫量的70%～90%將能夠除去90%～98%的硫，同時催化劑的使用量僅為總用量的15%～30%。然后將中間產物送入加氫脫硫反應器，該反應器生產最終的超低硫產品，達到低于10 μg/g的水平。

3 ?結束語

隨著人們環(huán)保意識的增強，對柴油產品的要求也逐步的提高，生產低硫高十六烷值的清潔柴油產品成為柴油加工處理的關鍵。柴油加氫處理技術仍是生產清潔柴油產品的主流，另外應當在已有技術的基礎上繼續(xù)研究開發(fā)出更理想的加氫處理工藝以及高效的加氫處理催化劑，使之即達到保護環(huán)境又能夠高效利用和節(jié)約能源資源的目的。

目前，對于生產超低硫柴油產品最大的挑戰(zhàn)是如何更好的脫除二苯并噻吩和4，6-二甲基二苯并噻吩等稠環(huán)含硫化合物，以及阻止含氮化合物對加氫脫硫的抑制作用，達到從開工到結束零硫排放標準。因此，可以從以下幾方面入手：

（1）從國內外柴油加氫處理工藝的情況看，就煉油裝置方面來說，想要達到高效、環(huán)保的技術水平必須選擇合適的工藝技術路線及裝置，研發(fā)更加理想的工藝過程或對現(xiàn)有裝置進一步改進，滿足生產低硫、高十六烷值的柴油產品。

（2）開發(fā)更高活性的加氫催化劑。因此需要加大對催化劑載體及活性組分的研究，使其擁有良好的選擇性和壽命。

（3）加強加氫處理工藝與高效加氫催化劑的結合使用，使他們產生更好的耦合作用。

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