多產化工原料型加氫裂化催化劑的工業應用

李順新　劉昶　郭俊輝　郝文月　王鳳來

摘????? 要：介紹了中國石化大連石油化工研究院（FRIPP）開發的多產化工原料型FC-46加氫裂化催化劑在0.9 Mt/a加氫裂化裝置上的應用情況，并對運行數據進行了分析。工業應用結果表明：FC-46催化劑具有較高的活性和目的產品選擇性，在加工較為劣質的原料油和較低壓力下，可以多產芳烴潛含量較高的重石腦油和BMCI值較低的尾油，為煉化企業催化重整裝置和蒸汽裂解制乙烯裝置提供優質進料，實現多產化工原料的目標。

關? 鍵? 詞：加氫裂化;催化劑;產品選擇性;化工原料

中圖分類號：TQ 624.9??? ???文獻標識碼： A?? ????文章編號： 1671-0460（2020）06-1225-04

Industrial Application of Hydrocracking Catalyst for High Yield Chemical Raw Material Production

LI Shun-xin¹， ?LIU Chang²， GUO Jun-hui²， HAO Wen-yue²， WANG Feng-lai²

（1. Sinopec Catalyst Co.， Ltd.， Beijing 100029， China;

2. Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals， Dalian Liaoning 116045， China）

Abstract： FC-46 catalyst for high yield chemical raw material production developed by FRIPP has been commercialized in 0.9 Mt/a hydrocracking unit. The results of industrial application show that FC-46 catalyst has high activity and product selectivity. Under the condition of poor-quality feedstock and low pressure， it can be used to produce high yield heavy naphtha with high aromaticity and unconverted oil with low BMCI value， which can meet the demand of catalytic reforming and steam cracking feedstock for ethylene production， and achieve the goal of producing more chemical raw materials.

Key words： Hydrocracking; Catalyst; Product selectivity; Chemical raw material

近年來，我國經濟發展迅速，市場對于基礎化工原料如三烯（乙烯、丙烯和丁二烯）和三苯（苯、甲苯和二甲苯）等的需求急劇增加。據報道，2019年全國乙烯當量消費延續高增長態勢，增速達到了6.4%。傳統的常減壓蒸餾已經無法滿足現階段化工原料的供給平衡，市場的需求帶動化工原料產能的迅速擴張，國內的化工輕油如石腦油等的生產原料缺口不斷增大^[1]。專家預測，今年我國對于催化重整和蒸汽裂解原料油的需求量為87 Mt，而當前國內產能僅為61 Mt，存在26 Mt的缺口。

加氫裂化技術對加工原料具有較強的適應性，實際生產中可操作的空間大，產品方案靈活，目的產品選擇性高，生產過程環保，已經成為現代石油化工行業最重要的加工工藝之一。加氫裂化裝置所生產的重石腦油硫和氮含量低，芳烴潛含量較高， 是非常優質的催化重整裝置進料;加氫裂化反應中原料油所含的大部分多環芳烴會發生開環轉化反應，生成的鏈狀烷烴富集在尾油產品中，其BMCI值一般在15以下，可以作為理想的蒸汽裂解制乙烯原料。針對目前傳統的煉化企業面臨向化工型企業轉型發展的形勢，加氫裂化技術將扮演越來越關鍵的角色^[2-5]。

經歷幾代人的不斷努力，中國石化大連石油化工研究院（簡稱FRIPP）開發出一系列性能不同的加氫裂化催化劑，滿足不同時期煉化企業的生產要求，為我國加氫裂化領域的發展做出了重要的貢獻^[6-7]。近年來，為了滿足煉化企業對于高芳潛重石腦油和低BMCI值加氫裂化尾油的急切需求，FRIPP開發出多產化工原料型加氫裂化催化劑，編號為FC-46^[8-10]。

1 ?FC-46加氫裂化催化劑介紹

1.1? 開發路線

為了實現多產化工原料的目標，加氫裂化催化劑需要同時具備較高的裂化活性和加氫活性，同時對于原料油中的多環環狀烴具有高效的開環轉化能力。基于上述思路，通過一系列適宜的改性方法，制備出具有高酸度和酸量且孔道開放的分子篩，有利于裂化反應過程中油分子的吸附脫附和擴散，提高了裂化活性，同時有效改善了催化劑對環狀烴的選擇性開環性能。制備過程中，活性金屬組分在催化劑載體上均勻分散，所制備催化劑的加氫活性和裂化活性匹配更加合理，金屬的有效硫化度大幅度提升，在提高催化劑的加氫性能的同時，進一步提高了催化劑的選擇性，從而有效改善產品質量。

1.2? 物化性質

FC-46催化劑以鎳和鎢作為活性金屬組分，以特制改性的分子篩作為裂化組分，采用UDRM新技術制備而成，在深度轉化原料油分子的同時，可以有效改善產品質量，生產優質的高芳潛重石腦油和低BMCI值尾油等化工原料。表1給出了FC-46的物理化學性質。

圖1給出了FC-46催化劑和同類型參比催化劑的孔徑分布。從圖中可以看出，FC-46催化劑的孔徑分布主要在30～100 ?，孔分布較為集中，平均孔尺寸在70 ?左右，而參比催化劑的孔分布較為分散，范圍為20～150 ?，平均孔尺寸為50 ?。這表明，與參比催化劑相比，FC-46催化劑的有效孔尺寸增大，孔結構更為合理暢通，可以促進反應物的吸附和傳遞以及產物的脫附和擴散，從而有效提高了目標產物的選擇性，改產加氫裂化產品質量。

2? FC-46催化劑的工業應用

2.1? 工業裝置情況

某煉油廠現有一套0.9 Mt·a^-1的加氫裂化裝置，工藝流程為一段串聯一次通過，加工原料油為減壓蠟油與焦化蠟油的混合油，主要生產加氫裂化尾油，為乙烯裝置提供優質進料，同時兼產輕石腦油、重石腦油和柴油產品。該裝置本周期采用FRIPP開發的多產化工原料型催化劑FC-46之后，加氫裂化尾油的BMCI值進一步降低，生產出優質尾油，兼產重整原料和低凝清潔柴油組分，實現了裝置在低能耗、低氫耗條件下運行的目的。

2.2? 催化劑的硫化

由于催化劑在硫化態下才具有催化活性，而所裝填催化劑為氧化態，因此在使用之前需要對催化劑進行硫化。本周期催化劑的硫化采用化學毒性小的二甲基二硫（DMDS）作為硫化劑，硫化方案為干法硫化。DMDS可以在氫氣作用下發生如下反應：

C₂H₆S₂+3H₂=2H₂S+2CH₄。

FC-46加氫裂化催化劑的金屬活性組分為NiO和 WO₃，在硫化過程中與硫化劑氫解生成的H₂S發生反應，具體過程如下：

3NiO + 2H₂S + H₂ = Ni₃S₂ + 3H₂O，

WO₃ + 2H₂S + H₂=WS₂ + 3H₂O。

當反應系統具備條件后，精制反應器入口溫度提升至185 ℃，啟動主流泵，向反應系統注硫，硫化過程中升溫曲線見圖2。注硫穩定后，以3 ℃·h^-1的升溫速率提升反應器入口溫度至230 ℃，恒溫8 h，期間為了防止溫度過高導致催化劑活性金屬被氫氣還原，在硫化氫穿透反應器前，入口溫度控制在220 ℃左右。230 ℃恒溫階段，循環氫中硫化氫的體積分數為0.2%～1%。恒溫結束后，以4 ℃·h^-1的升溫速率提升入口溫度至290 ℃，隨后以6 ℃·h^-1的升溫速率向370 ℃升溫，期間調節注硫量的大小，控制循環氫中硫化氫的體積分數維持在0.5%以上。精制反應器入口溫度升至370 ℃后，恒溫8 h，恒溫期間，循環氫中硫化氫的體積分數為1.2%～2.5%。恒溫結束后，以25 ℃·h^-1的降溫速率將入口溫度降至180 ℃，硫化過程結束，歷時約70 h。

2.3? 催化劑鈍化和切換原料

為了穩定硫化后新鮮催化劑的初活性，一般需要注氨對催化劑進行鈍化操作。在本次開工過程中，注氨鈍化和切換原料油操作同步進行。催化劑硫化結束，將精制反應器入口溫度降至180 ℃，啟動進油泵，向系統中引入開工油。開工油采用一次通過流程，當開工油進入催化劑床層后，油在催化劑上產生吸附熱，導致反應器產生了幾十度的溫度波動。開工油穿透反應器后，啟動注氨泵向反應系統注氨鈍化，期間保持精制反應器和裂化反應器入口溫度為230 ℃，恒溫等待氨穿透。注氨9 h后，檢測到高分水中氨的質量分數為2 000 μg·g^-1，液氨穿透催化劑床層，開始升溫，同時降低注氨量。

待反應器入口溫度提升適當溫度時，開始切換30%的新鮮進料，緩慢升溫調整，維持此工況3 h。隨后逐步提高新鮮進料量至100%，并緩慢升溫調整，停止注氨。兩天后主要產品合格，裝置開車成功。

2.4? 裝置標定

2.4.1 ?原料油性質

為了考核催化劑的活性和選擇性等各項性能指標和反應系統運轉情況，以便為裝置長周期滿負荷平穩運行提供參考依據，在經過兩個月的生產運行后，對裝置進行標定，表2 列出了標定期間原料油的性質。由表2可知，裝置加工原料油密度為?? 0.877 7 g·cm^-3，大于設定值要求，加工難度會有所增加。

2.4.2 ?工藝條件

標定期間的主要工藝條件見表3。由于標定期間氫氣不足，裝置進料量降低，負荷為81%，在入口氫分壓略低于預期值的條件下，為滿足精制油氮質量分數≯15 μg·g^-1的指標要求，精制反應器平均反應溫度較設計值降低了5 ℃，總溫升降低了3.1 ℃，表明精制催化劑活性較高，可以滿足裝置長周期運轉。裂化反應器平均反應溫度較設計值降低3 ℃，總溫升與設計值相當，有利于裂化劑較好地發揮性能。

2.4.3 ?產品分布

在上述操作工況下，標定期間的主要產品分布如圖3所示。從圖中可以看出，加氫裂化尾油收率為55.7%，略低于設計收率62.5%，表明反應轉化率有所提高。在該轉化率下，輕石腦油的收率為3.2%，低于設計值4.1%，表明FC-46催化劑的選擇性較好。重石腦油收率為20.0%，高于設計值，可以為催化重整裝置提供更多的進料。柴油收率與設計值相當，均為15%左右。值得注意的是，重石腦油和尾油的總收率為75.7%，與設計值75.4%基本相當，滿足催化劑多產化工原料的生產需求。

由表4可知，輕石腦油的硫和氮質量分數較低，鏈烷烴質量分數較高，為77.04%，可以作為優質的蒸汽裂解制乙烯原料。重石腦油中硫質量分數為0.4 μg·g^-1，氮質量分數為0.3 μg·g^-1，均滿足≯0.5 μg·g^-1的指標要求，芳烴潛質量分數為54.1%，可作為優質的催化重整進料。柴油的硫和氮質量分數同樣較低，凝點在-30 ℃以下，十六烷值為42.7，是優質的低凝柴油調和組分。從尾油性質中可以看出，盡管所加工原料油性質比設計值要差，但采用FC-46催化劑之后，多環環狀烴開環和芳烴加氫飽和能力提高，對尾油的性質改善較為明顯，其BMCI值為10，較上一個運轉周期降低了2個單位，是理想的蒸汽裂解制乙烯原料。

3? 結 論

FRIPP開發的FC-46加氫裂化催化劑具有催化性能良好，加氫裂化活性適宜，氣體產量少，液體產品收率和選擇性高，產品質量優等特點。催化劑的工業應用結果表明，在加工較為劣質原料油和較低壓力下，可以在多產催化重整原料的高芳潛重石腦油和作為蒸汽裂解制乙烯原料的低BMCI值加氫裂化尾油的同時，兼產一部分優質低凝清潔柴油組分，能夠很好滿足煉化企業加氫裂化裝置多產化工原料的實際生產需要。

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