劣質柴油加氫改質工藝研究

周艷紅，張學輝，金兆華

（1. 中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001; 2. 中國石油撫順石化公司, 遼寧 撫順 113001）

劣質柴油加氫改質工藝研究

周艷紅1，張學輝1，金兆華2

（1. 中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001; 2. 中國石油撫順石化公司, 遼寧 撫順 113001）

對我國柴油生產的現(xiàn)狀以及柴油的組成進行了分析和討論。在試驗室條件下進行了劣質柴油組分加氫改質試驗，試驗結果證明：劣質柴油組分加氫改質技術為劣質柴油生產清潔燃料提供了可行的技術路線。應用加氫改質工藝技術，可以很好的解決煉油企業(yè)柴油產品質量升級難的問題，具有很好的應用前景。

加氫改質；硫；氮；十六烷值

隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，環(huán)保法規(guī)日益嚴格。油品市場對柴油產品的需求量不斷增加。柴油標準在逐年修訂，《世界燃油規(guī)范》從Ⅱ類標準起對柴油中的硫含量、芳烴含量（包括多環(huán)芳烴含量）、十六烷值、密度和 T95 等指標的要求越來越嚴格。

近年來，原油質量逐漸劣質化，我國進口原油的加工量越來越多，從而進一步影響了柴油的質量提高。柴油質量差主要體現(xiàn)在十六烷值偏低，硫化物、氮化物以及芳烴含量高，同時氧化安定性差。環(huán)保法規(guī)對柴油質量提出了越來越苛刻的質量要求。上述因素導致各煉油企業(yè)面臨柴油質量提高的難題。如何經濟合理的提高劣質柴油的質量，已成為各煉油企業(yè)急需解決的問題，付出合理代價的同時，實現(xiàn)劣質柴油清潔化已成為當務之急。

在氫氣條件下，選擇高活性加氫精制催化劑及中等壓力條件下，可以將柴油中的硫化物、氮化物等雜質脫除到較低的水平，油品的氧化安定性會有一定程度改善。但無法從根本上解決柴油密度大以及十六烷值低的難題，仍然無法直接生產滿足產品質量要求的合格產品。

要從根本上提升柴油質量問題，脫除硫化物和氮化物，降低密度，提高十六烷值等，必須從分子組成上下功夫，降低柴油組分中的芳烴含量、特別是多環(huán)芳烴，是解決柴油密度大、十六烷值低的有效途徑，同時也是生產超低硫的必經之路。改善柴油質量的同時，還要考慮柴油的低溫流動性問題。只有恰到好處的解決上述問題，才能很好的實現(xiàn)劣質柴油清潔化。近年來，柴油產品質量升級加速，各企業(yè)的柴油組成各部相同，以及對柴油需求的地方差異，要真正實現(xiàn)劣質柴油輕質化問題，從技術角度，必須考慮多種技術的組合應用。

大量研究結果表明，現(xiàn)有的加氫精制技術無法實現(xiàn)較大幅度提高劣質柴油十六烷值的主要原因：是因為在加氫精制工況下，無法大幅度改變劣質柴油分子結構，從而無法從根本上改變柴油的品質。另一方面，受到反應熱力學和動力學限制，現(xiàn)有的加氫精制催化劑無法有效降低劣質柴油中芳烴含量，特別是多環(huán)芳烴。在現(xiàn)有的各種柴油中，芳烴含量最高甚至達到 85%以上，普通的催化柴油中，其芳烴含量也會達到 55%～75%，而且，大部分為雙環(huán)芳烴和多環(huán)芳烴，而雙環(huán)芳烴和多環(huán)芳烴恰恰就是影響柴油密度、十六烷值和硫含量的主要因素[1]。多環(huán)芳烴含量越高，柴油產品的密度就越大，十六烷值就越低，而且，噻吩類硫化物是實現(xiàn)深度脫硫的主要障礙。綜合上述因素，在常規(guī)的加氫精制條件下，無法大幅度降低密度，無法大幅度提高十六烷值，所以，常規(guī)精制無法實現(xiàn)劣質柴油改質[2]。

芳烴加氫反應研究結果表明：對于多環(huán)芳烴的加氫催化反應，往往第一個芳環(huán)的反應很容易，而且反應速度很快，隨著環(huán)數(shù)降低，反應速度越來越慢，而且，芳烴在加氫飽和過程中，同時受控熱力學和動力學，因此，常規(guī)加氫精制條件下，往往不是芳烴飽和的最佳工況，所以，芳烴的飽和，以及開環(huán)反應受到限制，無法實現(xiàn)大幅度降低芳烴含量的目的，這也是加氫精制技術加工劣質柴油組分后,十六烷值提高幅度有限的主要原因[3]。

柴油加氫改質[4,5]，通常，是將中壓加氫裂化或緩和加氫裂化技術用于劣質柴油的改質,選擇一種能對柴油中雙環(huán)及多環(huán)芳烴有較高選擇性破壞能力，具有適中加氫活性和裂化活性的加氫催化劑,在氫氣氛圍內，對雙環(huán)及多環(huán)芳烴加氫飽和、加氫裂化反應，生成單環(huán)芳烴、環(huán)烷烴、鏈烷烴，從而達到降低柴油產品中芳烴，特別是多環(huán)芳烴含量，降低柴油產品密度，提高十六烷值[6]。同時，選擇常規(guī)的加氫精制催化劑進行脫硫和脫氮。

1 柴油加氫改質工藝研究

1.1 原料油

表 1 原料油性質Table 1 The main properties of feedstock

試驗原料選擇催化柴油、稠油柴油、輕焦化蠟油以及焦化全餾分四種組分，各組分油品主要性質見表 1和表 2。對焦化全餾分進行實沸點切割，制備出大于 250 ℃之后的焦化重柴油餾分后，再與催化柴油、稠油柴油、焦化蠟油按比例混合后作為加氫改質工藝試驗的原料油（試驗原料的混合比例為焦化重柴油∶催化柴油∶稠油柴油∶焦化蠟油=100∶32∶16∶7%(m)）。焦化全餾分實沸點切割結果及各組分性質見表3。

表 2 原料油質譜組成Table 2 Composition of raw oil mass spectrometry %

從表 1和表 2的原料性質可以看出，選擇的柴油原料中，催化柴油和稠油柴油的十六烷值指數(shù)較低，與合格柴油產品的十六烷值指數(shù)相差較遠，而焦化蠟油和焦化全餾分雖然十六烷值指數(shù)較高，但氮含量較高，催化柴油和焦化輕蠟油的芳烴含量較高，可以看出，每種原料都有需要解決的的問題，而且，需要解決的問題各部相同，如果僅僅依靠常規(guī)的加氫精制工藝來加工，無法從根本上解決問題，必須同時考慮多種工藝技術的組合應用，從分子結構上對原料油的組成進行改變，實現(xiàn)降低混合原料的密度，提高十六烷值，同時將硫化物和氮化物含量降低到滿足產品質量要求水平，從而實現(xiàn)劣質原料的清潔化。

表 3 焦化全餾分切割結果及各組分主要性質Table 3 Charking full distillate cutting results and main properties of the components

表 3為焦化柴油切割后輕重組分的收率及性質。試驗共選擇了兩種原料油，以焦化全餾分油按比例配置了混合原料 1，＞250 ℃焦化重柴油按比例配制了混合原料 2。兩種混合原料油的性質見表 4和表5，兩種混合原料的配制比例如下：

混合原料 1：焦化全餾分∶催化柴油∶稠油柴油∶焦化蠟油＝100∶32∶16∶7

混合原料 2：焦化重柴油（＞250 ℃）∶催化柴油∶稠油柴油∶焦化蠟油＝100∶32∶16∶7

表 4 試驗原料油性質Table4 Properties of mixed crude oil

表 5 原料油質譜組成Table 5 Composition of raw oil mass spectrometry %

由表 3-表 5 中數(shù)據(jù)可以看出，切去了焦化全餾分中＜250 ℃輕組分后，與焦化全餾分相比較，焦化重柴油餾分（＞250 ℃）的密度、硫、氮含量有所增加，十六烷值有較大幅度的增加，由焦化全餾分的 25.0 增加到焦化重柴油的 40.5。相應的使用兩種不同組分配制的兩種混合原料性質也有所差異，混合油2的密度、硫、氮含量與混合油1比較有所增加，十六烷值增加了 10個單位，說明切除原料中的輕組分對原料十六烷值的增加貢獻較大。

1.2 試驗裝置

本次加氫處理試驗是在撫順石油化工研究院引進的加氫裂化試驗裝置上進行的。該裝置配有性能優(yōu)越的機泵設備，精密的計量儀表和先進的計算機控制系統(tǒng)。工藝流程為原料油一次通過，氫氣循環(huán)使用，并配有循環(huán)氫水洗、堿洗系統(tǒng)和汽提設備。裝置原則工藝流程圖如圖1所示。

圖 1 新引進加氫裂化試驗裝置原則流程圖Fig.1 Flow chart of newly built hydrocracking pilot unit

1.3 催化劑

根據(jù)原料組成的特點，本次試驗所選用催化劑體系中，精制反應器裝填 FZC 系列保護劑和 FF-36加氫預處理催化劑，裂化反應器裝填 FC-32 加氫裂化催化劑和 FF-36 加氫后處理催化劑。

1.4 加氫改質工藝試驗

表 6 主要工藝條件及產品分布Table 6 Hydrotreating process conditions and product distribution

表6中的試驗結果可以看出，選擇合適的催化劑體系，在不同的工藝條件下，產品分布差別較大，可以從另一方面說明，可以根據(jù)生產目的的不同，通過工藝條件選擇，來實現(xiàn)最佳的生產目的。從化學氫耗情況可以看出，化學氫耗大，說明改質反應劇烈，從而影響柴油組分的收率，反之，氫耗低，柴油組分收率高。試驗結果表明，根據(jù)生產目的和控制指標的不同，可以通過反應深度來控制柴油及其它組分的收率。

從表7可以看出：輕石腦油質量隨著加氫深度加深而優(yōu)質化，特別是對芳烴含量影響明顯。

表 7 ＜65 ℃輕石腦油主要性質Table 7 <65 ℃The main properties of light naphtha

從表8可以看出：加氫石腦油可以作為催化重整裝置預加氫進料的調和組分。

表 8 65～145 ℃重石腦油主要性質Table 8 65～145 ℃The main properties of high naphtha

從表9中航煤的性質可以看出：加氫煤油可以作為 3#噴氣燃料出廠。

從表 10 中柴油組分性質可以看出：加氫改質后，柴油組分的硫、十六烷值等組要指標均達到優(yōu)質柴油出廠的指標要求。

表 9 145～220℃航煤主要性質Table 9 145~220℃The main properties of Aviation kerosene

表 10 ＞220 ℃柴油餾分主要性質Table 10 >220 ℃The main properties of the diesel fraction

3 結 論

試驗結果表明，加氫改質工藝技術，加氫石腦油可以作為催化重整裝置預加氫進料的調和組分，加氫煤油可以作為 3#噴氣燃料出廠，冬季也可以作為-35#低凝柴油的調和組分；加氫柴油硫含量＜10 ×10-6，可以作為低硫柴油的調和組分。

［1］李書珍，王磊，沈本賢，MAKFining. 最佳的柴油技術-高質量柴油的未來 [J]. 國外清潔燃料及其技術新進展，2004(4)：233-245.

［2］韓崇仁.加氫裂化與工程 [M].北京：中國石化出版社，2001：391-492.

［3］胡志海，石玉林，史建文，等.劣質催化裂化柴油加氫改質技術的開發(fā)及工業(yè)應用 [J].石油煉制與化工，2000，31（9）：6-9.

［4］Dadong Li, Xinwei Zhang, Ke Li. Low Sulfur And Low Aromatic Diesel Fuel Production With RN-1 Hydrotreating Catalyst [C]. NPRA Annual Meeting, New Orleans, Louisiana. 1992.

［5］Yulin Shi, Jianwen Shi, Xinwei Zhang, et al. MHUG Process for Production of Low-Sulfur And Low-Aromatic Diesel Fuel [C]. NPRA Annual Meeting, San Antonio, Texas. 1993.

［6］Barry H. Cooper, et al. Catalytic Hydroprocessing of Petroleum and Distillates [C]. AIChE Spring National Meeting，Houston Texas，1993: 279-281.

Research on Hydrogenation Upgrading Technology of Inferior Diesel

ZHOU Yan-hong1，ZHANG Xue-hui1，JIN Zhao-hua2
（1. Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, SINOPEC, Liaoning Fushun 113001，China; 2. PetroChina Fushun Petrochemical Company，Liaoning Fushun 113001, China）

Diesel production status and diesel composition in China were analyzed and discussed. Hydroupgrading test of poor diesel was carried out in laboratory. The test results prove that: poor diesel fraction hydroupgrading technology can provide a feasible technical route for the production of clean fuel diesel. Application of the hydrogenation upgrading technology can solve the problem that diesel quality upgrading is difficult in the refinery, has good application prospect.

Hydro-upgrading; Sulfur; Nitrogen; Cetane value

TE 624

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1326-04

中國石油化工集團公司資助項目。

2014-03-27

周艷紅（1979-），女，工程師，碩士，遼寧撫順人，2003 年畢業(yè)于沈陽化工學院化學工程與工藝專業(yè)，環(huán)境保護：從事環(huán)境保護檢測技術工作。E-mail：zhouyanhong.fshy@sinopec.com，電話：024-56389267。