柴油加氫裝置應(yīng)用MHUG技術(shù)優(yōu)化運(yùn)行分析

林銘彬

（1.廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，福建廈門 361005；2.福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州 362000）

近年來(lái)，國(guó)家在安全、環(huán)保領(lǐng)域的法律法規(guī)要求日趨嚴(yán)格，煉油化工企業(yè)的安全、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也日益提高，成品油質(zhì)量升級(jí)作為踐行綠色發(fā)展的重要舉措，升級(jí)步伐加快[1]。同時(shí)，煉油產(chǎn)能在近年來(lái)集中釋放，一方面帶來(lái)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，另一方面帶來(lái)產(chǎn)能過(guò)剩。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，成品油的產(chǎn)能過(guò)剩情況逐漸凸顯，尤其是柴油消費(fèi)出現(xiàn)表觀需求負(fù)增長(zhǎng)。降低柴油硫含量、提高十六烷值，提高柴油質(zhì)量，改善柴油裂解料品質(zhì)是柴油生產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)。

福建聯(lián)合石化公司柴油加氫裝置進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)面臨的問(wèn)題是產(chǎn)品十六烷值偏低，設(shè)計(jì)負(fù)荷下產(chǎn)品硫含量無(wú)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要對(duì)柴油加氫裝置進(jìn)行質(zhì)量升級(jí)改造。柴油加氫裝置設(shè)計(jì)原料是直餾柴油（94 wt.%）和催化柴油（6 wt.%）混合原料，其中催化柴油存在稠環(huán)芳烴含量高，十六烷值低的特點(diǎn)，性質(zhì)價(jià)差。同時(shí)，福建聯(lián)合石化在成品油銷售方面面臨嚴(yán)峻的銷售約束，為最大化發(fā)揮煉化一體化優(yōu)勢(shì)，綜合考慮，決定采用中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱石科院）開(kāi)發(fā)的柴油中壓改質(zhì)（MHUG）技術(shù)對(duì)裝置進(jìn)行改造，使得產(chǎn)品在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，提高柴油產(chǎn)品的十六烷值，降低多環(huán)芳烴含量，降低柴油裂解原料的BMCI 值，改善裂解原料性質(zhì)。本文主要介紹裝置升級(jí)改造方案，并對(duì)改造后的運(yùn)行情況、產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行分析。

1 國(guó)VI 質(zhì)量升級(jí)改造方案

1.1 裝置概況

柴油加氫裝置于2009 年建成投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)規(guī)模為280×104t/a，設(shè)計(jì)產(chǎn)品滿足國(guó)III 柴油標(biāo)準(zhǔn)，2018 年進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)改造，新增1 臺(tái)反應(yīng)器，根據(jù)全廠結(jié)構(gòu)性優(yōu)化需要，新增反應(yīng)采用石科院的MHUG 進(jìn)行，采用一反裝填精制劑RS-2100，二反裝填改質(zhì)劑RHC-131的裝填方式，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)滿足國(guó)VI 標(biāo)準(zhǔn)的柴油產(chǎn)品，并改善柴油裂解原料性質(zhì)，改造后裝置生產(chǎn)規(guī)模為220×104t/a。

1.2 MHUG 技術(shù)介紹

MHUG 技術(shù)是由石科院開(kāi)發(fā)，以催化柴油（LCO）、焦化柴油（LCGO）、直餾柴油（SRGO）、減壓輕餾分油（LVGO）或它們的混合油為原料，采用兩劑單段串聯(lián)一次通過(guò)或部分循環(huán)流程，在中壓下可生產(chǎn)低硫低芳烴柴油產(chǎn)品、高鏈烷烴含量的乙烯裂解料，同時(shí)副產(chǎn)高芳潛的石腦油，在條件適宜的情況下還可兼產(chǎn)部分航煤產(chǎn)品。加氫改質(zhì)MHUG 技術(shù)具有流程簡(jiǎn)單、投資和操作費(fèi)用相對(duì)較低以及操作靈活性高等特點(diǎn)。MHUG 技術(shù)通過(guò)選擇性開(kāi)環(huán)加氫[3-5]，打破芳烴加氫飽和的熱力學(xué)平衡，達(dá)到降低多環(huán)芳烴含量，提高十六烷值，根據(jù)福建聯(lián)合石化的總流程需要，柴油加氫裝置在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)的同時(shí)，改善柴油裂解性質(zhì)。柴油加氫原料中較難處理的組分是催化柴油，催化柴油中的多環(huán)芳烴改質(zhì)過(guò)程的反應(yīng)原理（見(jiàn)圖1）[2]。在MHUG 工藝下，加氫精制段主要發(fā)生步驟（1）反應(yīng)，加氫改質(zhì)段主要發(fā)生步驟（3）、（4）反應(yīng)。同時(shí)隨著步驟（3）、（4）的開(kāi)環(huán)反應(yīng)，提高反應(yīng)按（1）（3）（4）方向進(jìn)行。實(shí)際運(yùn)行中，可以通過(guò)控制改質(zhì)段的溫度，調(diào)整柴油收率、柴油十六烷值和柴油BMCI 值之間的平衡。

1.3 裝置工藝流程

催化柴油在裝置邊界外經(jīng)單獨(dú)的原料過(guò)濾器過(guò)濾后，與柴油加氫裝置原料直餾柴油混合后，與循環(huán)氫混合后和反應(yīng)流出物換熱，經(jīng)原料加熱爐加熱到反應(yīng)溫度后，依次進(jìn)入加氫精制反應(yīng)器（R01001）、加氫改質(zhì)反應(yīng)器（R01002）。其中加氫精制反應(yīng)器為利舊反應(yīng)器，改質(zhì)反應(yīng)器為新增反應(yīng)器。

反應(yīng)流出物與原料換熱后進(jìn)入高低壓分離器，低壓反應(yīng)器底部液相經(jīng)換熱后進(jìn)入分餾塔。經(jīng)分餾塔切割后，產(chǎn)出石腦油產(chǎn)品和柴油產(chǎn)品。柴油加氫裝置工藝流程簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖2）[4]。

2 裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)及分析

2018 年裝置完成檢修投入生產(chǎn)后，裝置基本處于滿負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行數(shù)據(jù)具體如下。

2.1 原料性質(zhì)

柴油加氫裝置原料主要是直餾柴油和催化柴油，其中催化柴油的干點(diǎn)控制≯340 ℃，比例控制不大于總進(jìn)料的6 wt.%。裝置設(shè)計(jì)原料和實(shí)際運(yùn)行原料對(duì)比（見(jiàn)表1）。從表1 中可以看到，原料在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)。

表1 柴油加氫裝置設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行原料性質(zhì)

圖1 柴油加氫改質(zhì)（MHUG）技術(shù)反應(yīng)原理

圖2 柴油加氫裝置工藝流程簡(jiǎn)圖

表1 柴油加氫裝置設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行原料性質(zhì)（續(xù)表）

從表1 中可以看出，實(shí)際運(yùn)行的原料與設(shè)計(jì)原料基本相當(dāng)，部分指標(biāo)略優(yōu)設(shè)計(jì)原料：（1）十六烷值指數(shù)高于設(shè)計(jì)原料約3 個(gè)單位；（2）多環(huán)芳烴含量低于設(shè)計(jì)原料約1.5 個(gè)單位。

2.2 操作參數(shù)

柴油加氫裝置于2019 年12 月完成檢修改造，投入正常運(yùn)行。開(kāi)工初期受柴油產(chǎn)品出廠限制，負(fù)荷較低。2019 年2 月之后，負(fù)荷提高至滿負(fù)荷運(yùn)行。裝置實(shí)際運(yùn)行中，裝置運(yùn)行典型工況為250 t/h 進(jìn)料量，產(chǎn)品部分作為成品柴油，部分作為乙烯裂解原料。設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行主要操作參數(shù)對(duì)比（見(jiàn)表2）。

由表2 可知：（1）實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)基本一致；（2）精制反應(yīng)器的溫升略低于設(shè)計(jì)參數(shù)，主要是運(yùn)行期間催化柴油占原料比重低于設(shè)計(jì)；（3）改質(zhì)反應(yīng)器的溫升略高于設(shè)計(jì)參數(shù)，主要是柴油作為乙烯裂解原料，對(duì)BMCI 值提出了一定的要求，通過(guò)提高改質(zhì)反應(yīng)器溫度，促進(jìn)環(huán)烷烴的選擇性開(kāi)環(huán)反應(yīng)，從而降低柴油的BMCI 值，提高裂解性質(zhì)；（4）因二反溫升較設(shè)計(jì)值高，因此二反床層冷氫量大于設(shè)計(jì)值，總體氫耗較設(shè)計(jì)值高。

表2 設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行主要操作參數(shù)對(duì)比

2.3 產(chǎn)品柴油性質(zhì)

裝置改造后柴油產(chǎn)品性質(zhì)設(shè)計(jì)值與實(shí)際運(yùn)行柴油產(chǎn)品性質(zhì)對(duì)比（見(jiàn)表3）。

由表3 可知：實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)品指標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)指標(biāo)，部分指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)：（1）柴油十六烷值比設(shè)計(jì)高約1 個(gè)單位；（2）柴油裂解原料BMCI 值比設(shè)計(jì)低約1.5 個(gè)單位。

表3 柴油產(chǎn)品設(shè)計(jì)值與實(shí)際運(yùn)行對(duì)比

2.4 產(chǎn)品裂解性質(zhì)

為驗(yàn)證柴油加氫裝置應(yīng)用MHUG 技術(shù)后對(duì)柴油裂解性質(zhì)的改善作用，對(duì)柴油裂解原料進(jìn)行裂解性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，以0.22 s 為停留時(shí)間作為實(shí)驗(yàn)條件，COT 由780 ℃升高至820 ℃，對(duì)比改造前后的乙烯和丙烯最高收率情況（見(jiàn)表4）。

表4 柴油裂解性質(zhì)改質(zhì)前后對(duì)比

從表4 可以看出：反應(yīng)條件一致的情況下，改造后柴油裂解性質(zhì)得到明顯改善，乙烯和丙烯收率分別提高1.5 wt.%和1 wt.%。

表5 物料平衡設(shè)計(jì)值與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比（wt.%）

2.5 裝置產(chǎn)品分布

裝置改造的物料平衡設(shè)計(jì)值與實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)對(duì)比（見(jiàn)表5）。

從表5 中可以看出：（1）實(shí)際運(yùn)行中化學(xué)耗氫量略高于設(shè)計(jì)值；（2）石腦油收率略高于設(shè)計(jì)值。主要目的是為改善柴油裂解性質(zhì)，提高改質(zhì)反應(yīng)的深度，促進(jìn)選擇性開(kāi)環(huán)反應(yīng)[6]。

3 問(wèn)題及措施

（1）柴油加氫裝置在大檢修后投入運(yùn)行初期產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，2019 年4 月發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品硫含量出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)反應(yīng)流出物/原料油換熱器采樣分析，確定高壓換熱器存在內(nèi)漏問(wèn)題，2019 年5 月進(jìn)行換熱器檢修，修復(fù)投用后，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

（2）柴油加氫裝置分餾塔頂?shù)氖X油收率原設(shè)計(jì)8 wt.%，塔頂石腦油的抽出量20.8 t/h。受限于石腦油系統(tǒng)，裝置目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)石腦油工況下25 wt.%的石腦油收率和BMCI 值低于15 的產(chǎn)品柴油。針對(duì)石腦油系統(tǒng)約束，應(yīng)根據(jù)煉廠總流程優(yōu)化方向，擇機(jī)改造。

4 結(jié)論

福建聯(lián)合石化公司柴油加氫裝置通過(guò)應(yīng)用MHUG技術(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，該裝置在實(shí)際滿負(fù)荷運(yùn)行下，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)值，柴油產(chǎn)品質(zhì)量滿足國(guó)VI 標(biāo)準(zhǔn)。柴油產(chǎn)品十六烷值達(dá)到63.5，較原料提高了9.5 個(gè)單位，較改造前產(chǎn)品提高了3.5 個(gè)單位并結(jié)構(gòu)性地解決了催化柴油后路問(wèn)題。柴油改質(zhì)裂解原料BMCI 值降低到18.5，較改造前降低了8 個(gè)單位，同時(shí)通過(guò)裂解模擬評(píng)價(jià)，目標(biāo)產(chǎn)品乙烯和丙烯收率分別達(dá)到23 wt.%和14 wt.%，較改造前分別提高了1.5 wt.%和1 wt.%。柴油加氫裝置應(yīng)用MHUG 技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期結(jié)果，取得了較好的應(yīng)用表現(xiàn)。