加氫裂化裝置處理催化柴油工業實踐

管家偉

（中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司，浙江寧波 315207）

催化裂化反應過程的主要產物有干氣、液化氣、汽油、柴油等，其中催化裂化裝置柴油（LCO）的突出特點是富含芳烴，包括單環、雙環、三環芳烴，芳烴的質量分數大多在60%以上，而且十六烷值非常低，大多在30以下，發動機點火性能差，屬于劣質柴油餾分。催化裂化柴油在煉油廠產品結構中主要用作車用柴油調和組分，比例較高，有些達到30%[1-2]。為催化柴油找到一條經濟合理的利用途徑，全面提高柴油的產品質量，成為煉油企業亟需解決的問題[3]。

2021 年開始，為適應煉油行業油品結構調整的趨勢，降低企業柴汽比，提高企業市場競爭力，某煉化企業應用中國石化（大連）石油化工研究院有限公司（簡稱FRIPP）開發的催化柴油選擇性加氫轉化技術（FD2G），通過少量改造，將原加工150×104t/a 蠟油的加氫裂化裝置改造為加工100×104t/a 催化柴油的加氫轉化裝置（簡稱2#加氫裂化裝置），將芳烴含量較高的催化柴油定向轉化為辛烷值高的汽油調和組分，未轉化油的硫含量＜10.00 mg/kg，可直接作為清潔柴油產品，十六烷值較原料催化柴油增加10 個單位以上，取得了良好的效果[4]。

1 裝置簡介及催化劑情況

1.1 裝置簡介

2# 加氫裂化裝置原設計規模為150×104t/a，于2007 年3 月21 日開工正常，并投入生產運行，該裝置由中國石化洛陽石化工程公司設計，以伊朗減壓蠟油為原料，采用單段串聯、一次通過流程，產品包括脫硫低分氣、脫硫燃料氣、脫硫液化氣、酸性氣、輕石腦油、重石腦油、航煤、柴油，同時副產40×104t/a 加氫裂化尾油做優質乙烯原料。

2021 年11 月開始，2#加氫裂化裝置通過降低裝置加工負荷，增加部分冷換設備的跨線，增加部分泵的最小流量線，盲板隔離多余塔系，調整或更換部分流量計等少量動改。由蠟油加氫裂化裝置改造為100×104t/a催化柴油加氫轉化裝置。該裝置由中國石化廣州工程有限公司設計，采用FRIPP 開發的FD2G 技術，以催化柴油和歧化重芳烴的混合油為原料，采用一段串聯工藝流程，部分循環操作模式，產品包括民用液化氣、輕重石腦油、辛烷值較高的汽油調和組分、清潔柴油等。2#加氫裂化裝置由反應單元、分餾單元、脫硫單元、溶劑處理單元、公用工程單元組成。其中反應單元包括催化劑硫化、鈍化設施、原料過濾及污油回收設施、加氫進料泵、補充氫壓縮機、循環氫壓縮機、反應加熱爐、反應器、反應餾出物換熱器、高壓空冷、高/低壓油氣水分離器以及循環氫脫硫設施；分餾單元包括脫除硫化氫的主汽提塔、汽柴油產品分餾塔（包括汽油側線汽提塔部分）、穩定塔；脫硫單元包括液化氣脫硫塔、干氣脫硫塔以及低分氣脫硫塔[5]；溶劑處理單元包括胺液再生塔、胺液過濾、胺液緩沖罐等；公用工程單元包括裝置所使用的3.5 MPa 蒸汽、1.0 MPa 蒸汽、新鮮水、軟化水、循環水、蒸汽凝結水、氮氣、凈化風、輕污油、火炬系統、含硫污水以及含油污水提升設施，裝置流程簡圖見圖1。

圖1 2#加氫裂化裝置工藝流程簡圖

1.2 催化劑情況

2#加氫裂化裝置改造為催化柴油加氫轉化裝置后，裝填FRIPP 開發的保護劑、加氫精制劑、FD2G 專用加氫轉化催化劑及后精制催化劑，反應器床層空余空間裝填堆積密度低、強度高、雜質含量低的專用支撐劑。催化劑主要裝填數據見表1。

表1 催化劑裝填數據

2 裝置原料及產品性質

2.1 裝置原料性質

2#加氫裂化裝置原料性質見表2，由表2 可以看出，催化柴油密度為928.40 kg/m3，95%餾出溫度為341.00 ℃，硫含量為0.54 mg/kg，氮含量為810.0 mg/kg，芳烴含量為87.70%，十六烷值＜30，催化柴油原料性質整體具有氮含量較高、芳烴含量高、十六烷值低、密度大的特點。為改善原料性質、帶走部分反應熱、降低冷氫流量，將部分分餾塔底精制柴油組分（比例約15%）作為循環油與催化柴油合并作為反應進料，反應進料的芳烴含量、硫含量、氮含量、密度以及餾程均較催化柴油（新鮮進料）要低。

表2 裝置原料性質

2.2 裝置產品性質

根據裝置原料性質：催化柴油中的硫、氮含量高，十六烷值低，必須通過加氫的手段脫除原料油中的硫、氮，提高原料十六烷值，降低密度。對于柴油餾分而言，富含芳烴對十六烷值是不利的，但是對于石腦油餾分而言，富含芳烴的石腦油餾分辛烷值高，可作為汽油調和組分，提高汽油產品的辛烷值，并且芳烴含量高的石腦油餾分也可作為優質的催化重整原料[6]。在深度處理催化柴油時，通過一定深度的加氫反應脫除原料中的硫、氮，使原料中的芳烴部分飽和，然后通過定向加氫轉化反應將原料中的二環、三環芳烴定向裂化為單環芳烴，并通過分餾塔將單環芳烴富集至石腦油、汽油餾分中生產高辛烷值的汽油調和組分。

裝置主要產品性質見表3，從表3 數據可以看出，主要目的產品汽油的密度在826.40～856.60 kg/m3，終餾點控制在205.00 ℃以下，硫含量＜0.50 mg/kg，氮含量＜0.5 mg/kg，研究法辛烷值提高至92.5 以上，直接作為生產高辛烷值汽油的調和組分；輕石腦油產品硫含量＜10.00 mg/kg，氮含量＜1.0 mg/kg，研究法辛烷值在75.0，去罐區調合汽油；重石腦油產品硫含量為4.00 mg/kg，氮含量＜0.5 mg/kg，環烷烴含量在43.94%，做重整原料；精制柴油產品相比原料催化柴油，十六烷值從30以下增加到40，硫含量控制在1.50 mg/kg，氮含量＜0.5 mg/kg，芳烴含量降低至58.50%，一部分作為循環油進行循環回煉改善原料性質，降低反應熱，剩余部分去罐區調合車用柴油。

表3 裝置主要產品性質

3 工藝參數及物料平衡

3.1 裝置工藝參數

精制反應器中催化劑床層的總溫升為77.00 ℃左右，催化劑床層平均溫度在368.00 ℃左右，原料油中的氮可有效脫除，精制油氮含量控制在＜5.0 mg/kg，精制催化劑活性較好，在正常生產的反應初期可通過降低精制反應壓力、溫度來降低加氫精制反應深度，在不影響轉化反應活性的情況下，控制相對較高的精制油氮含量，減少原料中的芳烴飽和，提高分餾產品中的芳烴含量，提升汽油辛烷值。裂化反應器中催化劑床層的總溫升為66.00 ℃左右，催化劑床層平均溫度在391.00 ℃左右，反應轉化率50.31%[7]，反應轉化率較高，且還有一定的提升空間，裂化催化劑性能較優。

3.2 裝置物料平衡

裝置物料平衡數據見表4，從表4 數據可以看出，＜205.00 ℃餾分收率（汽油及以下組分）49.04%，輕油收率（酸性氣～柴油餾分）在93.48%，液體收率（液化氣～柴油餾分）在92.62%，產品分布情況較好。為較大程度上得到目的產品，提高汽油收率，反應深度控制較深，轉化率較高，工業氫的消耗較大，在4.11%。

表4 物料平衡表

4 裝置開工運行問題分析

4.1 裝置能耗情況

裝置改造前后的能耗對比情況見表5，從表5 數據可以看出，裝置改造為100×104t/a 催化柴油加氫轉化裝置后，能耗與原蠟油工況及FD2G 設計工況比大幅上升，原因有以下幾點：（1）改造后分餾塔溫位降低，中段回流停運，塔頂低溫熱水停運，柴油側線汽提塔底溫位降低，無法發生蒸汽；（2）原料變為催化柴油后，反應溫升大，氫耗高，循環氫壓縮機轉速高，新氫壓縮機負荷高，3.5 MPa 蒸汽及電耗均增加較多；（3）改造后裝置處理量由150×104t/a 降至100×104t/a，且裝置運行期間未達到設計負荷，負荷較低導致能耗攤薄減少，計算單耗增加；（4）為降低裝置改造成本，原料泵、反應注水泵、循環氫壓縮機、新氫壓縮機等主要耗能設備均利舊，電耗損失大。

表5 裝置能耗情況

4.2 反應溫度控制

催化柴油是一種富含芳烴的劣質柴油，在加氫轉化反應過程中芳烴加氫飽和、芳烴開環、裂化均為強放熱反應。裝置開工運行以來，發生兩次裂化反應器溫度、溫升波動的情況，總溫升最高達到100.00 ℃。為保證裝置安全平穩運行，工藝操作穩定可控，采取以下措施控制反應溫度平穩：

（1）保持原料穩定：當原料性質、原料加工量及原料與循環油加工比例發生變化時會導致加氫精制、加氫裂化反應器各個床層反應溫度、溫升隨之波動。因此，需要嚴格控制原料，確保裝置平穩運行。催化柴油進裝置量控制在109 t/h 左右，循環油量控制在31 t/h左右，反應總進料量控制在140 t/h 左右，流量波幅控制在5 t 以內。

（2）均勻提升反應壓力：因催化劑活性逐漸降低，同步調整反應壓力進行補償，控制芳烴加氫飽和、裂化、開環深度，正常生產時，反應氫分壓提高0.002 MPa/d。

（3）精制反應器溫度控制：精制反應器床層總溫升控制≯86.00 ℃，原料油性質變化，通過調整原料油溫控跨線、混氫跨線、反應爐出口溫度，保持精制反應器入口溫度、出口溫度穩定，防止精制反應熱帶至裂化反應器導致“飛溫”。

（4）裂化反應器各床層溫升操作：控制裂化反應器各床層溫升在相近范圍，保證各床層裂化反應均勻，避免出現個別床層溫升特別高的現象，降低“飛溫”風險。

（5）控制裂化反應器各床層溫升≯20.00 ℃：適當提高一床層、二床層反應溫升，降低三床層、四床層溫度和溫升，保證各床層溫升控制在20.00 ℃以下。調整裂化反應器溫度時，控制合適的提溫速率，避免床層“飛溫”，密切關注提溫過程中各床層溫升變化情況。當單床層溫升達到或超過20.00 ℃時，立即停止升溫，并增大各床層冷氫量，將溫升控制在可控范圍內。

4.3 精制柴油帶水

開工后精制柴油含水量過高，無法分離，分析原因是分餾塔蒸汽汽提導致含水量過高，但是停蒸汽汽提后柴油閃點又不合格，因此，決定改用氮氣汽提，但分餾塔壓控開度明顯增大。

5 結論

加氫裂化裝置可以通過少量改造，應用中國石化（大連）石油化工研究院有限公司開發的催化柴油選擇性加氫轉化技術（FD2G），劣質的催化柴油原料，可以產出氮含量＜0.5 mg/kg，硫含量＜0.50 mg/kg，并且研究法辛烷值高達92.5 以上的高辛烷值清潔汽油調和組分以及硫含量＜10.00 mg/kg，十六烷值較原料增加10個單位的清潔柴油調和組分。但也因改造量小，與新工藝匹配適應性不強，存在裝置能耗高，反應溫度控制不穩等運行問題。