柴油加氫精制裝置降凝方案比較

孟祥雷，吳文濤，何 鋒，鐘海軍

（1.中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司油化廠，遼寧遼陽(yáng)111003；2.中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司煉油廠，遼寧遼陽(yáng)111003；3.中國(guó)石油石油化工研究院，北京02206）

某石化公司為滿足柴油質(zhì)量升級(jí)的需要，于2007年投產(chǎn)1套120×104t/a柴油加氫精制裝置，原料為俄羅斯原油的直餾柴油［1-2］。裝置采用生產(chǎn)國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)柴油的PHF-102超低硫催化劑，是中國(guó)石油開發(fā)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PHF-102超低硫催化劑的首次國(guó)內(nèi)工業(yè)化應(yīng)用。

柴油深度和超深度加氫脫硫在反應(yīng)機(jī)理上與常規(guī)的加氫脫硫有著很大的差異［3］。當(dāng)進(jìn)行深度脫硫時(shí)，面臨的是柴油餾分中結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜且有位阻效應(yīng)的硫化物（如4，6-二甲基二苯并噻吩及2，4，6-三甲基二苯并噻吩類），所以脫除有空間位阻效應(yīng)的硫化物時(shí)脫硫難度更大，對(duì)催化劑和裝置操作條件要求更為苛刻。

在初冬和春季，北方市場(chǎng)需求大量低凝柴油（-10#、-20#和-35#等），由于加氫裂化裝置柴油的產(chǎn)量小，調(diào)和生產(chǎn)低凝柴油不具有規(guī)模優(yōu)勢(shì)。而120×104t/a加氫精制裝置原設(shè)計(jì)生產(chǎn)0#柴油，無(wú)法以普通低凝柴油作為原料，脫硫后產(chǎn)出相同牌號(hào)的國(guó)Ⅴ柴油，存在產(chǎn)品精制后硫含量合格但凝點(diǎn)較高，產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)但凝點(diǎn)高的現(xiàn)象。因此，如何利用現(xiàn)有裝置增產(chǎn)低凝柴油以提高經(jīng)濟(jì)效益成為攻關(guān)的難點(diǎn)。

通過科技攻關(guān)，成功生產(chǎn)出普通0#、國(guó)Ⅴ0#、低凝-10#和-35#柴油，極大的提高了經(jīng)濟(jì)效益。文中主要對(duì)PHF-102催化劑在120×104t/a柴油加氫裝置上生產(chǎn)清潔柴油的4種方案進(jìn)行比較，并優(yōu)化了運(yùn)行參數(shù)。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

原料經(jīng)過濾后進(jìn)入原料油緩沖罐，再由反應(yīng)進(jìn)料泵升壓至9.1 MPa后，先與氫氣混合進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物與混氫原料油換熱器殼程，然后進(jìn)入反應(yīng)進(jìn)料加熱爐加熱至所需溫度（310～340℃），自上而下流經(jīng)加氫精制反應(yīng)器。在反應(yīng)器中，原料油和氫氣在催化劑作用下，進(jìn)行加氫脫硫、脫氮、烯烴飽和等精制反應(yīng)。從加氫精制反應(yīng)器出來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱降溫至130℃后，再進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物空冷器冷卻至50℃左右進(jìn)入高壓分離器和低壓分離器中進(jìn)行油、水、氣3相分離。自高壓分離器頂部出來(lái)的高分氣除少部分作為含氫氣體排出裝置外（根據(jù)反應(yīng)部分的生產(chǎn)操作情況而定），大部分進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)入口緩沖罐。高壓分離器底部水相為含硫、含銨污水，至低壓分離器，經(jīng)過低壓分離器然后至含硫污水總管出裝置。

油相為加氫后的生成油，經(jīng)調(diào)節(jié)閥降壓后至低壓分離器。從高壓分離器出來(lái)的液體減壓后進(jìn)到低壓分離器中繼續(xù)進(jìn)行油、水、氣3相閃蒸分離。低壓氣體至裝置含硫氣總管，水相即含硫污水經(jīng)減壓后，送至污水汽提裝置處理［4］。

低分油送至分餾部分進(jìn)行柴油和石腦油分離。由連續(xù)重整裝置提供或制氫提供來(lái)的氫氣，作為本裝置的新氫，新氫進(jìn)入新氫緩沖罐經(jīng)新氫壓縮機(jī)升壓至9.1 MPa。同時(shí)高壓分離器頂氣體大部分進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)入口緩沖罐緩沖、脫液后進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)升壓至9.1 MPa后，與新氫壓縮機(jī)所排新氫混合，混合后再與原料混合，一并與反應(yīng)產(chǎn)物換熱。裝置原則流程見圖1。

圖1 裝置原則流程

2 4種方案探索實(shí)踐

2.1 催化劑簡(jiǎn)介

反應(yīng)器共裝入3種催化劑：PHF-102、PHF-102P-2和PHF-102P-3。

其中PHF-102P-2和PHF-102P-3為保護(hù)劑，PHF-102為主催化劑。催化劑采用全床層密相裝填，PHF-102裝填密度900 kg/m3。催化劑裝填情況見表1。

表1 催化劑裝填表

2.2 4種方案比較

4種方案的原料組成、運(yùn)行參數(shù)和產(chǎn)品性質(zhì)比較分別見表2～4。

表2 4種原料性質(zhì)比較

表3 4種方案主要工藝參數(shù)

表4 4種方案柴油產(chǎn)品性質(zhì)分析

2.3 運(yùn)行情況分析

（1）普通柴油要求硫含量控制在350μg/g以內(nèi)，而國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的超低硫柴油要求硫小于10μg/g。由表3和表4可見，同比條件下生產(chǎn)國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品操作條件更為苛刻，即生產(chǎn)普通柴油反應(yīng)器入口溫度比國(guó)Ⅴ柴油低約5～10℃左右。所以，可以根據(jù)目的產(chǎn)品的不同，及時(shí)調(diào)整操作參數(shù)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，要求產(chǎn)品質(zhì)量不過剩，又能節(jié)省能耗和氫耗。

（2）由表3、4可見，通過調(diào)整操作工藝參數(shù)和原料組成，成功實(shí)現(xiàn)了普通0#、國(guó)Ⅴ0#、低凝-10#和-35#柴油的生產(chǎn)方案靈活變換。

由表3可見，-10#和-35#柴油95%點(diǎn)比0#柴油分別低約20℃和50℃左右，按照硫的一般分布規(guī)律測(cè)算［5］，-10#和-35#柴油中總硫含量和難脫除硫含量均低于0#柴油，所以由表4可見，生產(chǎn)-10#柴油和-35#柴油時(shí)反應(yīng)器入口溫度同比降低約5℃和15℃左右。

（3）由表3和表4可見，由于-10#和-35#柴油50%和95%點(diǎn)比0#柴油低，所以，同樣操作條件下分餾塔底溫度同比約降低15℃和25℃左右。

（4）與普通柴油相比，國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的超低硫柴油指標(biāo)更加嚴(yán)格且指標(biāo)的相互制約性增強(qiáng)，除對(duì)硫含量要求嚴(yán)格以外，還對(duì)十六烷值提出更高要求，另外，又增加了對(duì)密度、潤(rùn)滑性和多環(huán)芳烴的要求。特別是生產(chǎn)低凝柴油時(shí)，既要保證硫合格，也要保證凝點(diǎn)和閃點(diǎn)合格，所以在操作中相互制約因素增加，提高了操作的難度。

（5）由表3和表4可見，在未設(shè)置循環(huán)氫脫硫設(shè)施情況下，系統(tǒng)中硫化氫濃度較高，抑制了催化劑加氫脫硫活性［6］，尤其是在超低硫產(chǎn)品質(zhì)量要求的條件下，但2種工況下脫硫率均達(dá)到99.5%以上，十六烷值提高幅度約3個(gè)單位，而且柴油產(chǎn)品的多環(huán)芳烴含量等性質(zhì)也得到一定程度的改善，產(chǎn)品滿足國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的超低硫柴油要求。

（6）受系統(tǒng)氯化銨鹽堵塞影響，裝置負(fù)荷無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)值［7］。

3 經(jīng)濟(jì)效益核算

120×104t/a柴油加氫精制裝置共生產(chǎn)京Ⅴ0#柴油62 370 t/a，其中京Ⅴ-10#柴油21 000 t，-35#柴油120 948 t。生產(chǎn)幾種柴油產(chǎn)品能耗和氫耗基本相差不大，其效益情況如下：

京Ⅴ0#柴油與普通0#柴油差價(jià)約254元/t，增加效益62 370 t×254元/t＝1 584.2×104元；

京Ⅴ-10#柴油與京Ⅴ0#柴差價(jià)約307元/t，增加效益21 000 t×307元/t＝644.7×104元；

-35#柴油與普通0#柴油差價(jià)約900元/t，增加效益120 948 t×900元/t＝1.088×108元。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過調(diào)整操作工藝參數(shù)和原料組成，某石化公司120×104t/a加氫精制裝置成功地實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)普通0#、國(guó)Ⅴ0#、低凝-10#和-35#柴油的生產(chǎn)方案靈活變換，無(wú)需改造就實(shí)現(xiàn)了1套裝置生產(chǎn)各標(biāo)準(zhǔn)和牌號(hào)柴油，并探索優(yōu)化了各種方案下的運(yùn)行參數(shù)，裝置可以根據(jù)市場(chǎng)需求，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)方案，提高經(jīng)濟(jì)效益。