加氫裂化工藝條件對直餾柴油高附加值的影響

范思強，王仲義，崔 哲，曹正凱，孫洪江

（中國石化 大連石油化工研究院，遼寧 大連 116401）

隨著國內能源結構的調整，煉化企業燃料產品產能過剩問題日益突出，降低柴汽比已成為各大煉化企業的共識，國內柴油的產能約有60%為直餾柴油，因此如何通過煉油技術升級以實現直餾柴油的高附加值利用、降低柴油產品的產量已成為各大煉廠及研究機構關注的重點領域[1-3］。加氫裂化裝置由于具有產品種類多、產品質量優異、生產方案靈活等優勢，是各大煉化企業降低柴油產量的首選工藝之一[4-6］。同時由于能源市場需求的波動，導致實際生產中常常會面臨進料量的波動或產品需求的變化等實際工況的發生，這也成為各大煉化企業亟須解決的問題。

本工作以直餾柴油為原料采用單次通過加氫裂化流程，考察了反應溫度、體系壓力及體積空速對產物分布、液體產品收率、化學氫耗及主要產品性質的影響，同時探究直餾柴油加氫裂化工藝的靈活性與適應性。

1 實驗部分

1.1 催化劑與實驗裝置

采用中國石化大連石油化工研究院（FRIPP）成熟的加氫精制催化劑與裂化催化劑體系，在200 mL 固定床加氫實驗裝置上進行加氫裂化實驗。加氫裂化裝置由進料系統、反應系統及分離循環系統三部分組成，進料自上而下通過反應系統，并采用氫氣循環流程，氫氣為凈化處理后的電解氫氣，純度大于99.9%。

1.2 原料油性質

原料油為中國石化某煉廠生產的直餾柴油A，主要性質見表1。由表1 可知，直餾柴油密度低、N 含量低，鏈烷烴含量高、芳烴含量低，具有典型的直餾柴油性質。

表1 原料主要性質Table 1 Primary properties of raw materials

1.3 工藝流程

采用200 mL 固定床加氫裂化裝置進行實驗，該流程為典型的單段串聯加氫裂化工藝，精制反應器內裝填加氫精制催化劑，精制油直接進入到裝填了加氫裂化催化劑的裂化反應器內，反應產物經高分、低分進入分餾系統，得到石腦油、航空煤油、尾油等產品。

2 結果與討論

2.1 裂化溫度對直餾柴油加氫裂化工藝的影響

設基準溫度為T ℃，考察了裂化溫度T，（T+5），（T+10），（T+15） ℃對直餾柴油加氫裂化工藝的影響。圖1 為不同裂化溫度下直餾柴油加氫裂化主要產物收率。由圖1 可知，裂化溫度極大地影響了產物的分布情況，這是由于直餾柴油中鏈烷烴含量相對較高，而芳香烴含量比其他加氫裂化原料低，因此受反應溫度的影響較大[7-9］。在裂化溫度為T ℃時進行加氫裂化，各主要產品的收率由小到大順序為：輕石腦油＜重石腦油＜航空煤油＜尾油。隨著裂化溫度的提升，輕石腦油、重石腦油收率增加，尾油產品收率降低，航空煤油產品收率呈先增加后降低的趨勢。在裂化溫度為（T+15） ℃時各主要產品的收率由小到大順序為：尾油＜輕石腦油＜航空煤油＜重石腦油，其中，重石腦油產品分布增加約25 百分點，尾油產品分布降低達35 百分點，航空煤油收率隨裂化溫度升高變化相對較小，維持在30%左右。這說明在FRIPP 研發的催化劑體系下進行直餾柴油加氫裂化，產品靈活性好，可通過調整裂化溫度來調整石腦油與尾油產品的產量[10-11］。

圖1 裂化溫度對加氫裂化產物分布的影響Fig.1 Effect of cracking temperature on distribution of hydrocracking products.

圖2 為不同裂化溫度下直餾柴油加氫裂化的液體產品收率及化學氫耗。

圖2 裂化溫度對液體產品收率與氫耗的影響Fig.2 Effect of cracking temperature on liquid yield and hydrogen consumption.

由圖2 可知，隨著裂化溫度的升高，液體產品收率降低、化學氫耗增加，這是由于在更高的裂化溫度下，直餾柴油的芳烴飽和、開環及斷鏈反應加劇，使得反應消耗更多的氫氣并生產更多的輕組分產品，導致液體產品收率降低、化學氫耗增加[12］。

圖3 為不同裂化溫度下直餾柴油加氫裂化的主要產品性質。

圖3 裂化溫度對產品性質的影響Fig.3 Effect of cracking temperature on product properties.

圖4 體系壓力對產物分布的影響Fig.4 Effect of system pressure on product distribution.

由圖3 可知，隨著裂化溫度的提高重石腦油的芳烴潛含量有所降低，航空煤油的煙點增加，尾油的芳烴指數（BMCI）降低。結合圖1 可知，在煉廠需要大量催化重整單元進料或汽油產品工況下，可在較低裂化溫度下進行直餾柴油加氫裂化，此時的重石腦油芳烴潛含量高。在煉廠以最大量生產乙烯產品為目標時可通過適當提升裂化溫度來提高尾油產品質量，此時尾油的BMCI 低、裂解制乙烯產量高[13-15］。

2.2 體系壓力對直餾柴油加氫裂化工藝的影響

采用單次通過工藝，分別在多產尾油工況（裂化溫度T ℃）和多產石腦油工況（裂化溫度（T+15）℃）下，考察了體系壓力對直餾柴油加氫裂化工藝的影響。圖4 分別為兩種工況下體系壓力對直餾柴油加氫裂化產物分布的影響。由圖4 可知，兩種工況下體系壓力對直餾柴油加氫裂化產物分布的影響較小，隨著體系壓力增加尾油產品收率降低，輕石腦油、重石腦油及航空煤油收率小幅增加。

圖5 為多產尾油工況和多產石腦油工況下體系壓力對直餾柴油加氫裂化液體產品收率與化學氫耗的影響。由圖5 可知，隨著體系壓力增加，液體產品收率降低、化學氫耗增加。

圖6 為多產尾油工況和多產石腦油工況下體系壓力對直餾柴油加氫裂化主要產品性質的影響。由圖6 可知，隨著體系壓力增加，各產品的性質變化不大，其中重石腦油芳烴潛含量、尾油BMCI 有所降低，航空煤油煙點有所增加。

綜上所述，在適應的范圍內壓力對于直餾柴油加氫裂化的影響不大，在較低的體系壓力下直餾柴油加氫裂化具有較高的液體收率、較低的氫耗，經濟效益優異，相應的產品性質略有下降。造成上述現象的原因是直餾柴油的芳烴含量少，氫分壓對于反應的影響隨之也有所降低，溫度對直餾柴油加氫裂化反應的影響較體系壓力更大。

2.3 體積空速對直餾柴油加氫裂化工藝的影響

實際生產中的原料體積空速是企業根據原料供給以及全廠調控確定的，在實際生產中一般不會通過調整體積空速來調整裝置的運行情況。本工作采用單次通過工藝，考察體積空速為2.0，2.5，3.0 h-1時對直餾柴油加氫裂化工藝的影響。

圖5 體系壓力對液體產品收率與氫耗的影響Fig.5 Effect of system pressure on liquid yield and hydrogen consumption.

圖6 體系壓力對主要產品性質的影響Fig.6 Effect of system pressure on product primary properties

圖7 為不同體積空速下直餾柴油加氫裂化達到相同轉化率所需的裂化溫度。

圖7 不同體積空速所需的裂化溫度Fig.7 The cracking temperature required to the same conversion rate at different space velocities.

由圖7 可知，隨著體積空速的增加所需裂化溫度呈增加趨勢，這是因為隨著加工負荷的提高，催化劑需要更高的催化活性才可達到相同轉化率。

圖8 為體積空速對直餾柴油加氫裂化產物分布、液體產品收率及氫耗、加氫裂化產品性質的影響。由圖8 可知，在控制轉化率相同的條件下，體積空速對直餾柴油加氫裂化產物分布、液體產品收率及氫耗的影響均較小，這主要是因為通過溫度補償實現了裂化反應深度不變而導致的。重石腦油、航空煤油及尾油的性質均隨體積空速的增加而有所降低。

另外，在體積空速為3.0 h-1時，重石腦油芳烴潛含量降至52.77（仍為優質的重整原料），航空煤油煙點低至23.2 mm，但此時萘系烴含量為0.3%（w），航空煤油仍符合相關標準，尾油BMCI 升至8.12（為優質的裂解制乙烯原料）。體積空速增加一個單位后裂化溫度只需增加8 ℃即可保持直餾柴油的加氫裂化深度，在產物分布、產品收率及氫耗幾乎不變的情況下生產出合格的重石腦油、航空煤油及尾油等產品。因此，直餾柴油加氫裂化工藝應對原料進料量波動靈活性、可操作性強。

圖8 體積空速對產物分布（a）、液體產品收率與氫耗（b）和主要產品性質（c）的影響Fig.8 Effect of volume space velocities on product distribution(a)，liquid yield and hydrogen consumption(b) and product primary properties(c).

3 結論

1）直餾柴油加氫裂化工藝產品靈活性好，在煉廠需要催化重整單元進料或汽油產品工況下可在較低裂化溫度進行直餾柴油加氫裂化，此時的重石腦油芳烴潛含量高為優質的重整進料；在煉廠以最大量生產乙烯產品為目標時可通過適當提升裂化溫度來提高尾油質量，此時尾油BMCI 低、裂解制乙烯產量高。

2）體系壓力對直餾柴油加氫裂化影響較小，在適應的范圍內降低體系壓力，產品性質有所損失但液體產品收率提高、化學氫耗降低，裝置經濟效益提高。

3）直餾柴油加氫裂化工藝應對原料進料量波動靈活性高、可操作性強，在體積空速提高一個單位的情況下只需將裂化溫度提高8 ℃即可實現溫度補償，在產物分布、產品收率及氫耗幾乎不變的情況下生產出合格的重石腦油、航空煤油及尾油等產品。