CDHDS模塊脫硫催化劑在加氫醚化裝置上的工業(yè)應(yīng)用

張建創(chuàng)，吳輝明，郭振翔，楊海霞，錢 擁，劉軍芳，冶克杰

(中國石油青海油田格爾木煉油廠，青海 格爾木 816000)

隨著世界環(huán)境污染的日益嚴(yán)重和能源危機(jī)的不斷加劇，尾氣排放逐漸成為世界研究的重點(diǎn)，同世界其他主要國家一樣，我國的汽油產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷升級，對成品汽油質(zhì)量的要求越來越高。加氫醚化技術(shù)脫硫效果優(yōu)異，成為成品汽油二次加工的重要手段，并在國外獲得廣泛應(yīng)用。

中國石油青海油田格爾木煉油廠(下稱格爾木煉油廠)汽油加氫醚化裝置2009年11月建成投產(chǎn)。裝置加工原料為催化裂化穩(wěn)定汽油，原料油硫含量(1 000～1 500) μg·L-1，烯烴體積分?jǐn)?shù)42.3%，二烯烴含量6 100 μg·L-1，研究法辛烷值90.5。裝置主要目的是降低催化汽油烯烴和硫含量，提高汽油辛烷值，將低附加值甲醇轉(zhuǎn)化為高附加值汽油，裝置主要生產(chǎn)工藝包括輕汽油分離與選擇性加氫、重汽油加氫脫硫、輕汽油醚化、C5和C6烯烴骨架異構(gòu)化，裝置主要產(chǎn)品為醚化輕汽油、催化中汽油和脫硫重汽油。輕汽油經(jīng)醚化后作為汽油調(diào)合組分，中汽油作為重整裝置原料或汽油調(diào)合組分，重汽油經(jīng)加氫脫硫后作為汽油調(diào)合組分送至補(bǔ)充加氫裝置二次加工，汽油產(chǎn)品符合國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)。本文研究催化蒸餾脫硫技術(shù)(CDHDS)模塊脫硫催化劑在加氫醚化裝置上的工業(yè)應(yīng)用。

1 催化劑選擇

汽油醚化裝置采用美國CDTECH公司的專利技術(shù)，包含催化蒸餾加氫技術(shù)(CDHydro)、催化蒸餾醚化技術(shù)(CDEthers)、催化蒸餾脫硫技術(shù)(CDHDS)以及異構(gòu)化技術(shù)(ISOMPLUS)，由美國CDTECH公司提供工藝包和催化劑(沸點(diǎn)反應(yīng)器改用國產(chǎn)催化劑)。是一種高選擇性脫硫技術(shù)，可使經(jīng)過處理的汽油達(dá)到一個(gè)非常低的硫含量，同時(shí)提升辛烷值約1個(gè)單位，具有較高的在線生產(chǎn)時(shí)間系數(shù)。汽油醚化裝置加工過程示意圖如表1所示。

表1 原料油性質(zhì)table 1 Raw oil properties

圖1 汽油醚化裝置加工過程示意圖Figure 1 Process diagram of gasoline etherification unit

2 催化劑在汽油醚化裝置上的應(yīng)用效果

2021年8月，格爾木煉油廠催化汽油醚化加氫裝置大檢修，更換了美國 Lummus Technology LLC生產(chǎn)的 HYDROCAT P加氫蒸餾催化劑等4種催化劑，其中CDHDS模塊脫硫催化劑在使用過程中，分析操作調(diào)整后重汽油加氫脫硫指標(biāo)數(shù)據(jù)，考察 CDHDS模塊脫硫催化劑性能，總體來看，重汽油加氫后硫、硫醇可以達(dá)到指標(biāo)，但辛烷值損失偏大。

2.1 原料油性質(zhì)

原料油性質(zhì)如表1所示。

由表1可以看出，原料性質(zhì)部分指標(biāo)存在偏差，原料餾程10%、50%、90%和干點(diǎn)比指標(biāo)偏低約(6～8) ℃，原料硫含量偏低246 μg·L-1，密度偏低，偏低0.006 g·mL-1(催化汽油換劑后密度平均值0.722 g·mL-1，原料密度相比設(shè)計(jì)密度略有偏差)。

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量

產(chǎn)品質(zhì)量如表2所示。

表2 產(chǎn)品質(zhì)量table2 Target product quality

由表2可見，脫后硫含量平均值64.3 μg·L-1，低于目標(biāo)質(zhì)量，達(dá)到指標(biāo)。脫后硫醇硫平均值13.5 μg·L-1，低于目標(biāo)質(zhì)量，達(dá)到指標(biāo)。脫后辛烷值損失12.4個(gè)單位，超出目標(biāo)值。

2.3 主要產(chǎn)品分布

CDHDS實(shí)際原料油主要性質(zhì)如表3所示。

表3 CDHDS實(shí)際原料油主要性質(zhì)table 3 Main properties of CDHDS actual feedstock

由表3可以看出，辛烷值9.5和17與正常樣偏差較大，屬于異常數(shù)據(jù)。剔除異常數(shù)據(jù)，重汽油總硫含量低于75 μg·L-1,辛烷值損失平均值為12.4。重汽油產(chǎn)品總硫含量低于指標(biāo)值75 μg·L-1．硫醇硫含量平均值為13.5 μg·L-1，滿足目標(biāo)要求。

進(jìn)料溴值與辛烷值對比如表4所示。

表4 進(jìn)料溴值與辛烷值對比table 4 Bromine number and octane number of feedstock

CDHDS催化劑裝填量為設(shè)計(jì)總量的60%，查詢CDTECH提供的前期測試報(bào)告，最常見的工業(yè)汽油是溴價(jià)差別為13時(shí)，脫硫后辛烷值損失3.0±1.0，即平均4.3個(gè)溴價(jià)單位損失1個(gè)辛烷值單位，歸集較早的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，C301在硫脫除到213 μg·L-1情況下，進(jìn)料溴值每增加3.41個(gè)單位，影響辛烷值約1個(gè)單位。

原料及產(chǎn)品硫及辛烷值損失情況如表5所示。

表5 較早的原料及產(chǎn)品硫及辛烷值損失情況table 5 Sulfur and octane number losses in earlier feedstock and products

CDHDS催化劑裝填量為設(shè)計(jì)總量的100%，由表5可以看出，11月6日辛烷值偏離較大，剔除異常數(shù)據(jù)，重汽油產(chǎn)品總硫含量低于75 μg·L-1時(shí)，辛烷值損失為12.3～12.5。

3 GARDES技術(shù)配套催化劑選擇

3.1 保護(hù)劑和催化劑的特點(diǎn)

中國石油大學(xué)(北京)開發(fā)的保護(hù)劑GDS-10、選擇性加氫脫硫催化劑GDS-30和辛烷值恢復(fù)催化劑GDS-40。GDS-10作用是脫除部分二烯烴，減緩催化劑床層壓降升高的速率。采用復(fù)合床裝填于主催化劑GDS-30上部，GDS-30具有脫硫活性高、選擇性好和穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。催化劑以氧化態(tài)提供，使用前需進(jìn)行硫化，將金屬氧化物硫化成金屬硫化物。GDS-40具有暢通的孔道、適宜的酸量及強(qiáng)度分布，適宜的金屬含量能夠平衡催化劑的加氫異構(gòu)化和芳構(gòu)化活性。

3.2 裝置的改造及催化劑級配

反應(yīng)系統(tǒng)采用一段串聯(lián)一次通過工藝流程，采用重汽油選擇性加氫脫硫和辛烷值恢復(fù)組合工藝技術(shù)，具有廣泛的原料和產(chǎn)品方案適應(yīng)性。有辛烷值恢復(fù)功能，可在降低汽油烯烴含量的同時(shí)保持其辛烷值。在重汽油硫含量≯300 μg·L-1和產(chǎn)品硫含量≤50 μg·L-1前提下，產(chǎn)品研究法辛烷值損失≯1.0。通過反應(yīng)工藝的優(yōu)化配置和催化劑的合理級配，實(shí)現(xiàn)不同類型含硫化合物的遞進(jìn)脫除，在選擇性加氫脫硫反應(yīng)器中采用高選擇性的加氫脫硫催化劑用于重汽油中較大分子含硫化合物的脫除，而在辛烷值恢復(fù)反應(yīng)器中則采用分子篩催化劑用于小分子含硫化合物脫除，并避免硫化氫與烯烴重新結(jié)合生成硫醇。

由于CDHDS加氫脫硫過程中如果將硫脫至75 μg·L-1以下，CDHDS操作就必須在較苛刻的運(yùn)行工況下進(jìn)行操作(高溫/高壓)。針對CDHDS加氫脫硫過程中辛烷損失偏大的情況，格爾木煉油廠通過優(yōu)化裝置的聯(lián)合操作，降低加氫脫硫過程中的辛烷值損失。在采用CDHDS+GARDES聯(lián)合運(yùn)行過程中通過降低CDHDS苛刻度，在CDHDS塔將重汽油硫脫除到(610～670) μg·L-1，辛烷值從85.5降至82.35，損失較小，然后將此部分重汽油送到GARDES補(bǔ)充加氫裝置繼續(xù)脫硫到(35～40) μg·L-1。GARDES補(bǔ)充加氫裝置加工過程示意圖如圖2所示，加氫醚化重汽油與補(bǔ)充加氫重汽油辛烷值損失對比如表6所示。

圖2 GARDES補(bǔ)充加氫裝置加工過程示意圖Figure 2 Schematic diagram of processing of supplementary hydrogenation unit

由表6可以看出，“CDHDS+GARDES”組合加氫脫硫工藝運(yùn)行,催化重汽油在CDHDS脫硫到(610～670) μg·L-1，辛燒值從85.5降至82.35，將其送到GARDES補(bǔ)充加氫裝置繼續(xù)脫硫至(35～40) μg·L-1，辛烷值從82.35降至78.9，重汽油加氫脫硫達(dá)到國Ⅳ指標(biāo)，辛烷值總體損失6.6個(gè)單位；催化重汽油在CDHDS脫硫到均值119.7 μg·L-1，辛燒值降至73.5，辛烷值損失12個(gè)單位，催化重汽油在CDHDS脫硫到均值273 μg·L-1，辛烷值降至75.55，辛烷值損失9.95個(gè)單位。

表6 加氫醚化重汽油與補(bǔ)充加氫重汽油辛烷值損失對比table 6 Comparison of octane number loss between hydroetherified heavy gasoline and supplemental hydrogenated heavy gasoline

4 結(jié) 論

針對格爾木煉油廠催化汽油的重汽油組分單獨(dú)使用CDHDS加氫脫硫，辛燒值損失遠(yuǎn)大于采用“CDHDS+GARDES”組合加氫脫硫，辛烷值損失平均值從12.4個(gè)單位大幅降低到6.6個(gè)單位，表明辛烷值損失可以通過采用合適加氫技術(shù)控制，CDHDS催化劑性能與格爾木煉油廠催化重汽油性質(zhì)匹配性存在不足，導(dǎo)致辛烷值損失嚴(yán)重偏大?？紤]到催化重汽油切割點(diǎn)偏輕造成的催化重汽油實(shí)際餾程和溴價(jià)變化對于辛烷值損失帶來的影響，結(jié)合原料實(shí)際性質(zhì)，格爾木煉油廠目前采用CDHDS+GARDES組合脫硫減小辛烷值損失的運(yùn)行模式。