催化裂化原料加氫處理催化劑PHF-311的工業(yè)應(yīng)用

李軍令，夏恩冬，王 剛，劉 兵，陳 軍，吳顯軍

(1.中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司，新疆 獨(dú)山子 833699；2.中國(guó)石油石油化工研究院大慶化工研究中心)

催化裂化(FCC)原料加氫預(yù)處理是煉油廠越來(lái)越重要的一種加工工藝。不同于直接生產(chǎn)清潔燃料的其他工藝，該工藝是改善FCC產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一，同時(shí)它還能提高FCC裝置高附加值產(chǎn)品產(chǎn)率，降低后處理難度，在國(guó)內(nèi)外煉油廠得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)的核心是高性能加氫處理催化劑[1-4]。中國(guó)石油石油化工研究院(PRI)自2006年開(kāi)始該領(lǐng)域催化劑的研究工作，現(xiàn)已成功開(kāi)發(fā)PHF-P保護(hù)劑和PHF系列蠟油加氫處理催化劑，并通過(guò)自主研發(fā)的蠟油加氫反應(yīng)分區(qū)管理技術(shù)(MVHRZ)[5]，有效解決了催化劑高加氫活性與裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的矛盾，可為煉油廠提供“量體裁衣”式的FCC原料加氫預(yù)處理技術(shù)。以下重點(diǎn)介紹FCC原料加氫預(yù)處理催化劑PHF-311在中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司(獨(dú)山子石化)的首次工業(yè)應(yīng)用及裝置標(biāo)定情況。

1 催化劑主要性質(zhì)

針對(duì)FCC裝置原料具有重質(zhì)化、劣質(zhì)化和多樣化的特點(diǎn)，PHF-311催化劑從載體材料和活性組分兩方面進(jìn)行優(yōu)化，采用適合大分子劣質(zhì)蠟油原料加氫處理的“大-介-微”多級(jí)孔結(jié)構(gòu)氧化鋁復(fù)合載體，可為催化劑提供較高的比表面積，同時(shí)還可改善大分子雜質(zhì)與活性中心的可接近性[6]。通過(guò)有序引入Si、Zr和P等助劑，增加其總酸量及B酸/L酸酸量比，并采用多羧酸類(lèi)有機(jī)配體，抑制活性金屬與氧化鋁表面形成化學(xué)鍵，提高活性組分的分散度，定向合理調(diào)節(jié)催化劑的加氫及氫解活性，進(jìn)而提高催化劑的整體性能。PHF-311催化劑的主要性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 PHF-311催化劑的主要性質(zhì)

2 催化劑的工業(yè)應(yīng)用

2.1 裝置簡(jiǎn)介

獨(dú)山子石化1.0 Mt/a蠟油加氫裝置由原0.6 Mt/a加氫裂化裝置改造而成，由中石化洛陽(yáng)工程公司設(shè)計(jì)院完成工藝設(shè)計(jì)。該裝置于2016年11月首次開(kāi)工，采用UF-210、DN-3551(再生劑)和DN-3651(新鮮劑)進(jìn)口催化劑，于2019年7月按計(jì)劃停工檢修，完成第一周期運(yùn)行；為滿(mǎn)足獨(dú)山子石化煉油廠未來(lái)5年一次檢修的生產(chǎn)需求，采用PRI研究開(kāi)發(fā)的PHF-311催化裂化原料加氫預(yù)處理催化劑和PHF-P系列保護(hù)劑，并通過(guò)MVHRZ技術(shù)，優(yōu)化催化劑裝填方案，以確保裝置能夠順利完成第二周期的生產(chǎn)任務(wù)。

2.2 催化劑裝填

2019年8月16—22日，完成了6個(gè)牌號(hào)共計(jì)173.3 t的PHF-P保護(hù)劑和PHF系列蠟油加氫處理催化劑的裝填工作，詳細(xì)裝填情況見(jiàn)表2。

表2 PHF系列催化劑裝填情況

2.3 催化劑硫化及裝置開(kāi)工

2019年9月7—12日，相繼開(kāi)展催化劑的干燥和硫化工作。本次采用干法硫化催化劑，硫化劑為二甲基二硫(DMDS)，硫化條件：反應(yīng)壓力9.5 MPa，注硫溫度180 ℃，恒溫硫化溫度分別為230 ℃(8 h)、290 ℃(2 h)和350 ℃(8 h)，升溫速率控制在5～10 ℃/h，硫化劑注入量根據(jù)循環(huán)氫中硫化氫體積分?jǐn)?shù)(0.1%～2.0%)進(jìn)行調(diào)整。硫化升溫曲線(xiàn)及循環(huán)氫中硫化氫含量見(jiàn)圖1。

圖1 硫化升溫曲線(xiàn)及循環(huán)氫中硫化氫含量

根據(jù)循環(huán)氫中硫化氫含量、硫化溫度和DMDS注入量，觀察350 ℃恒溫階段，高壓分離器(高分)液位不再明顯上升，床層無(wú)明顯溫升，確認(rèn)硫化過(guò)程結(jié)束，核算硫化劑實(shí)際用量為理論用量的1.1倍，表明催化劑硫化是成功的。

2019年9月13日，裝置引入減壓重蠟油穩(wěn)定運(yùn)行72 h，然后切換原料為減壓蠟油(VGO)與焦化蠟油(CGO)質(zhì)量比為80∶20的混合蠟油，在高分壓力10.5 MPa、平均溫度352 ℃、氫油體積比770、進(jìn)料量100 t/h的工況下，加氫蠟油產(chǎn)品性質(zhì)滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，原料及產(chǎn)品性質(zhì)見(jiàn)表3。

表3 開(kāi)工初期原料及產(chǎn)品性質(zhì)

2.4 裝置標(biāo)定

為了滿(mǎn)足下游FCC裝置增產(chǎn)汽油、降低FCC汽油硫含量、減輕汽油加氫裝置加氫深度、減少辛烷值損失、生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)清潔燃料的要求，獨(dú)山子石化提高了蠟油加氫裝置的操作苛刻度，精制蠟油硫、氮含量和殘?zhí)慷季S持較低的水平。2019年11月13日至15日進(jìn)行標(biāo)定工作。原料中VGO、CGO與常三線(xiàn)油(AGO)質(zhì)量比為56.5∶18.5∶25，進(jìn)料量按照120 t/h控制，主要工藝參數(shù)見(jiàn)表4，原料及產(chǎn)品性質(zhì)見(jiàn)表5。

表4 標(biāo)定期間主要工藝參數(shù)

從表4和表5可以看出，裝置標(biāo)定期間，在反應(yīng)溫度358.5 ℃、反應(yīng)壓力10.9 MPa、氫油體積比699、主劑體積空速0.94 h-1的工藝條件下，加工硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.21%、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 075.2 μg/g和殘?zhí)?.95%的混合原料，加氫蠟油產(chǎn)品的硫、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和殘?zhí)糠謩e為493 μg/g、474.8 μg/g和0.15%；加氫柴油產(chǎn)品的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.2 μg/g，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30.8 μg/g(協(xié)議指標(biāo)：硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)500 μg/g，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)300 μg/g)。

表5 標(biāo)定期間原料及產(chǎn)品性質(zhì)

標(biāo)定結(jié)果表明，采用PHF-311催化劑加工混合蠟油原料時(shí)，具有較高的脫硫(脫硫率95.9%)、脫氮(脫氮率77.1%)以及降殘?zhí)?降殘?zhí)柯?4.2%)活性，滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)清潔燃料生產(chǎn)的要求。

2.5 裝置運(yùn)行情況

截至目前，裝置已穩(wěn)定運(yùn)行24個(gè)月，累計(jì)加工混合蠟油原料約1.70 Mt，所加工的原料組成中VGO占20%～90%，CGO占5%～25%，AGO占0～65%，裝置運(yùn)行情況見(jiàn)圖2，蠟油原料及產(chǎn)品中硫、氮含量和殘?zhí)恳?jiàn)圖3。

圖2 蠟油加氫處理裝置運(yùn)行情況

圖3 蠟油原料及產(chǎn)品硫、氮含量和殘?zhí)孔兓厔?shì)●—硫; ●—氮; ●—?dú)執(zhí)?/p>

從圖2可以看出，裝置開(kāi)工至今，反應(yīng)器平均溫度為340～360 ℃，加工量為92～110 t/h，第一催化劑床層壓降維持在50～100 kPa，兩臺(tái)反應(yīng)器總壓降維持在0.24～0.30 MPa。目前，反應(yīng)器平均溫度及壓降相對(duì)穩(wěn)定，裝置加工量及原料組成是導(dǎo)致反應(yīng)溫度和壓降出現(xiàn)波動(dòng)的主要因素，其中第一催化劑床層壓降受裝置加工量影響更為明顯。

從圖3可以看出：裝置所加工原料硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.10%～1.60%，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 200～2 200 μg/g，殘?zhí)繛?.6%～1.74%；加氫蠟油產(chǎn)品硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.07%，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.07%，殘?zhí)坎怀^(guò)0.25%，作為FCC原料可大幅度改善催化裂化裝置的運(yùn)行，增產(chǎn)汽油，生產(chǎn)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.01%的FCC汽油產(chǎn)品[7]，降低后續(xù)汽油加氫裝置操作苛刻度，減少辛烷值損失，進(jìn)而提高煉油廠經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 論

(1)標(biāo)定數(shù)據(jù)表明，在一定的工藝條件下，PHF-311催化劑具有較好的原料適應(yīng)性，表現(xiàn)出較高的加氫脫硫、脫氮及降殘?zhí)炕钚裕軌驖M(mǎn)足企業(yè)對(duì)清潔燃料生產(chǎn)的要求。

(2)從裝置近24個(gè)月的運(yùn)行情況來(lái)看，第一催化劑床層壓降和兩臺(tái)反應(yīng)器總壓降穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，表明PRI的MVHRZ技術(shù)在保證加氫蠟油產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，可以有效地控制反應(yīng)器壓降，為其5年的運(yùn)行周期提供技術(shù)保障。