FCC 汽油加氫生產(chǎn)超低硫車用汽油裝置的設(shè)計與工業(yè)應(yīng)用

夏少青, 王國旗, 劉瑞萍, 劉曉步

（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司， 山東 青島 266071）

國內(nèi)某石化公司新建1.0 Mt/a催化裂化汽油（以下簡稱FCC 汽油）加氫裝置以FCC 汽油為原料，采用固定床加氫脫硫技術(shù)，生產(chǎn)低硫、超低硫汽油作為全廠汽油調(diào)合組分。為適應(yīng)原料性質(zhì)以及產(chǎn)品要求的變化，裝置按近期和遠(yuǎn)期兩種工況設(shè)計，近期工況（工況1）原料硫含量300 μg/g，產(chǎn)品硫含量≤50 μg/g，滿足國Ⅳ車用汽油排放標(biāo)準(zhǔn)要求；遠(yuǎn)期工況（工況2）原料硫含量300 μg/g，產(chǎn)品硫含量≤10 μg/g，滿足國Ⅴ車用汽油排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

裝置于 2011 年一次開車成功，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，產(chǎn)品性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計值。

1 裝置組成和流程

裝置主要由選擇性加氫、分餾、重汽油加氫脫硫、穩(wěn)定四個單元組成。工藝流程示意見圖1。

全餾分FCC 汽油首先進(jìn)入選擇性加氫單元，該單元的主要作用有：

（1）將原料中的二烯烴轉(zhuǎn)化為單烯烴，從而減少加氫脫硫反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)焦、延長加氫脫硫催化劑壽命。

（2）將原料中的硫醇和輕的硫化物轉(zhuǎn)化為重的硫化物，使輕汽油中的硫和硫醇含量滿足汽油調(diào)合組分的要求。

（3）非活性單烯烴異構(gòu)為活性單烯烴，使汽油辛烷值略有提高。

圖1 裝置流程示意圖Fig.1 Flow Diagram of the unit

經(jīng)過選擇性加氫后的汽油進(jìn)入分餾塔進(jìn)行輕、重汽油分離。輕汽油中的硫和硫醇含量均滿足汽油調(diào)合組分的要求，重汽油送到加氫脫硫單元。在加氫脫硫單元，重汽油經(jīng)過加氫進(jìn)行脫硫、脫氮等反應(yīng)，精制后的重汽油進(jìn)入穩(wěn)定塔以脫除反應(yīng)生成的H2S、NH3和輕烴，之后與輕汽油混合作為精制產(chǎn)品出裝置。

2 工藝技術(shù)特點及催化劑

（1）以三套催化裂化裝置的全餾分汽油為原料，生產(chǎn)滿足國Ⅳ、國Ⅴ兩種車用汽油排放標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，作為全廠汽油調(diào)合組分。

（2）采用低壓固定床加氫技術(shù)，通過催化劑的選擇性和工藝條件的優(yōu)化實現(xiàn)催化汽油選擇性加氫精制，最大程度地降低催化汽油中烯烴的飽和，減少因烯烴飽和造成的汽油辛烷值損失。

（3）裝置對原料性質(zhì)和產(chǎn)品要求的變化具有較為寬泛的適應(yīng)性。通過調(diào)整工藝操作參數(shù)和輕重汽油切割比例可以實現(xiàn)不同時期產(chǎn)品質(zhì)量的要求。具體為，裝置近期按生產(chǎn)硫含量≤50μg/g 的國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)汽油產(chǎn)品操作，當(dāng)未來需要生產(chǎn)硫含量≤10μg/g 的國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)汽油時，可通過調(diào)整分餾塔輕、重汽油切割比例，從而改變重汽油加氫脫硫單元的進(jìn)料量，并適當(dāng)改變重汽油加氫脫硫單元的操作參數(shù)，裝置無需進(jìn)行改造即可實現(xiàn)從國Ⅳ到國Ⅴ產(chǎn)品質(zhì)量的升級。

（4）選擇性加氫單元采用 Ni-Mo+Al2O3催化劑，加氫脫硫單元采用Co-Mo+ Al2O3催化劑。

3 工程設(shè)計特點

（1）裝置設(shè)計考慮不同時期原料性質(zhì)和產(chǎn)品要求的變化，按兩種工況設(shè)計，使裝置操作具有靈活性。兩種工況下產(chǎn)品要求的主要區(qū)別為：近期工況（工況1）產(chǎn)品硫含量≤50μg/g；遠(yuǎn)期工況（工況2）產(chǎn)品硫含量≤10μg/g。裝置無需進(jìn)行改造即可實現(xiàn)從國Ⅳ到國Ⅴ產(chǎn)品質(zhì)量的升級。

（2）原料油過濾：為了防止反應(yīng)器因進(jìn)料中的固體顆粒堵塞導(dǎo)致床層壓降過大而造成的非正常停工，在裝置內(nèi)設(shè)置原料油過濾器，濾除大于 10微米的固體顆粒和膠質(zhì)。

（3）原料油保護(hù)：由于原料油與空氣接觸會生成聚合物和膠質(zhì)，為有效防止原料在換熱設(shè)備和反應(yīng)器床層中結(jié)焦，裝置內(nèi)原料油緩沖罐采用氫氣進(jìn)行氣封。

（4）空冷器前注水：加氫過程中生成的H2S、NH3和HCl，在一定溫度下會生成NH4Cl 和NH4HS結(jié)晶，沉積在低溫?fù)Q熱器和空冷器管束中，腐蝕設(shè)備并引起系統(tǒng)壓降增大。因此在反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入空冷器前注入水洗水來溶解銨鹽。

（5）設(shè)置循環(huán)氫脫硫化氫設(shè)施：由于反應(yīng)生成的H2S 對反應(yīng)具有抑制作用，同時為防止H2S 隨循環(huán)氫帶入反應(yīng)器中與烯烴反應(yīng)重新生成硫醇，裝置設(shè)循環(huán)氫脫硫化氫設(shè)施，用MDEA 溶液脫除循環(huán)氫中的H2S，滿足循環(huán)氫中H2S 含量的要求。

（6）設(shè)置干法預(yù)硫化設(shè)施：催化劑初次裝填為硫化態(tài)。經(jīng)第1 個運轉(zhuǎn)周期再生后為氧化態(tài)，第2 個運轉(zhuǎn)周期開工需要進(jìn)行催化劑預(yù)硫化。因此，裝置設(shè)置了催化劑干法預(yù)硫化設(shè)施，以滿足催化劑預(yù)硫化的要求。

（7）設(shè)催化劑熱氫汽提設(shè)施：為解決因各種原因造成的催化劑臨時性失活、結(jié)焦，工藝流程中設(shè)置了熱氫汽提設(shè)施，使催化劑恢復(fù)活性。

（8）催化劑采用器外再生：催化劑第一個連續(xù)運轉(zhuǎn)周期為4 年，總使用壽命為7 年。經(jīng)第一個連續(xù)運轉(zhuǎn)周期后可再生1 次。催化劑的再生采用器外再生。

（9）設(shè)置緊急泄壓系統(tǒng)：為防止反應(yīng)系統(tǒng)超溫超壓，選擇性加氫和加氫脫硫單元分別設(shè)置了緊急泄壓系統(tǒng)，使系統(tǒng)壓力在15 min 內(nèi)降到0.7 MPa（g）。

4 裝置運行及標(biāo)定

裝置開工運行穩(wěn)定后對兩種設(shè)計工況分別進(jìn)行了性能標(biāo)定。標(biāo)定數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)對比情況如下。

4.1 原料

FCC 汽油原料性質(zhì)對比見表1。

表1 FCC 汽油原料性質(zhì)Table 1 Analysis data of feed

其中，標(biāo)定原料中的烯烴含量分別為(vol) 39.76%和41%，比設(shè)計值(vol)35.3%高，對產(chǎn)品辛烷值損失考核有影響，同時實際總硫含量比設(shè)計值 300μ g/g 略低。兩種因素綜合考慮，烯烴含量偏高對產(chǎn)品辛烷值損失考核影響較大，會造成產(chǎn)品辛烷值損失偏高。其余原料性質(zhì)均接近設(shè)計值。

4.2 產(chǎn)品

主要產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)對比見表2。由表2 可以看出，汽油產(chǎn)品中總硫、硫醇含量均達(dá)到或低于設(shè)計值，辛烷值損失（ΔRON 和ΔMON）在設(shè)計允許范圍內(nèi)，說明總硫、硫醇脫除效果較好，烯烴飽和反應(yīng)較少，催化劑具有較好的脫硫活性和選擇性。另外，在原料性質(zhì)分析中已經(jīng)提到，原料中烯烴含量偏高會直接影響產(chǎn)品的辛烷值損失，造成辛烷值損失偏高。

表2 汽油產(chǎn)品主要質(zhì)量指標(biāo)Table 2 Main specification of gasoline product

4.3 主要操作參數(shù)

主要工藝操作參數(shù)對比見表 3。其中選擇性加氫反應(yīng)器入口溫度比設(shè)計值低，原因是裝置運轉(zhuǎn)初期催化劑活性高，反應(yīng)器入口溫度低于設(shè)計值即可滿足反應(yīng)要求。加氫脫硫反應(yīng)器入口壓力比設(shè)計值低，說明裝置運轉(zhuǎn)初期反應(yīng)系統(tǒng)壓降較低。分餾塔輕汽油抽出比例比設(shè)計值高，原因是原料中總硫含量比設(shè)計值低，提高輕汽油抽出量、降低加氫脫硫重汽油進(jìn)料量可以滿足產(chǎn)品中硫含量的要求。

表3 主要操作參數(shù)Table 3 Main operating parameter

4.4 物料平衡

物料平衡對比見表 4、表 5。兩種工況下汽油產(chǎn)品收率均達(dá)到或高于設(shè)計值。新氫消耗均低于設(shè)計值，原因是新氫組成中氫氣純度略高于設(shè)計值，且原料中的硫含量略低于設(shè)計值。

表4 物料平衡（工況1）Table 4 Material balance（case 1）

表5 物料平衡（工況2）Table 5 Material balance（case 2）

4.5 能耗

裝置能耗設(shè)計值為22.56 kg 標(biāo)準(zhǔn)油/t 原料，標(biāo)定值工況1 為19.47 kg 標(biāo)準(zhǔn)油/t 原料，工況2 為22.49 kg 標(biāo)準(zhǔn)油/t 原料，低于設(shè)計值。

通過以上標(biāo)定數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)的對比可以看出，兩種工況下，裝置處理能力、產(chǎn)品主要質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品收率以及能耗均達(dá)到設(shè)計要求。

5 操作建議

（1）分餾塔輕、重汽油切割

分餾塔輕、重汽油切割比例是影響裝置產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟性的重要因素。設(shè)計中，分餾塔輕、重汽油切割比例考慮了較為寬泛的操作彈性，實際生產(chǎn)中，可根據(jù)原料性質(zhì)和產(chǎn)品要求的變化并結(jié)合設(shè)備能力情況及時調(diào)整輕、重汽油切割比例。當(dāng)原料中硫含量偏低或?qū)Ξa(chǎn)品硫含量的要求放寬時，應(yīng)適當(dāng)加大輕汽油抽出量，減少重汽油加氫脫硫單元的進(jìn)料量，可有效降低汽油產(chǎn)品的辛烷值損失，避免因產(chǎn)品質(zhì)量過剩造成經(jīng)濟性降低，確保裝置經(jīng)濟效益最大化。

（2）反應(yīng)注水

設(shè)計原料中未提供催化汽油中的氮含量，反應(yīng)注水設(shè)計采用間斷注水。裝置開工后，分析發(fā)現(xiàn)催化汽油中的氮含量與其它同類裝置相比偏高。建議生產(chǎn)中根據(jù)原料中氮含量的變化適當(dāng)調(diào)整注水周期和注水量。

6 結(jié) 論

（1）采用先進(jìn)的工藝技術(shù)生產(chǎn)硫含量≤50μ g/g 和硫含量≤10μg/g 的催化汽油，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)可滿足國Ⅳ、國Ⅴ車用汽油排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）裝置設(shè)計考慮近期和遠(yuǎn)期兩種工況，對原料性質(zhì)和產(chǎn)品要求的變化具有較好的適應(yīng)性。

（3）兩種工況下，裝置脫硫效果和辛烷值損失達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，處于行業(yè)領(lǐng)先水平，說明所采用的催化劑具有良好的活性和選擇性。

（4）裝置處理能力、產(chǎn)品收率、能耗均達(dá)到設(shè)計要求，說明工藝流程先進(jìn)合理，工程設(shè)計滿足生產(chǎn)需要。