加氫裂化裝置靈活性對于煉化企業的重要意義

范思強 崔哲 孫士可 王仲義 曹正凱

摘? ? ? 要：從加氫裂化技術原料適應性、工藝流程與催化劑體系以及產品結構3個方面闡述了加氫裂化技術靈活性的技術根本以及具體實現方式：加氫裂化技術可處理多種常規原料（蠟油、柴油等）以及非常規原料;工藝流程種類繁多、催化劑體系目的性強，可針對企業的不同生產需求提供最佳的技術路線;產品種類靈活多變且質量優異，可實現多產化工原料、多產噴氣燃料、多產中間餾分油以及多產尾油等多種生產方案，為煉化企業調整產品結構、持續高速發展提供強有力的技術支持。

關? 鍵? 詞：加氫裂化;靈活性;產品結構

中圖分類號：TE624.4+32? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）11-2547-05

Discussion on the Importance of Hydrocracking Unit

Flexibility for Refining and Chemical Enterprises

FAN Si-qiang， CUI Zhe， SUN Shi-ke， WANG Zhong-yi， CAO Zheng-kai

（Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals， Dalian 116401， China）

Abstract： The technical basis and implementation of hydrocracking technology were described from three aspects： adaptability of hydrocracking technology feeds， process， catalyst system and product structure.The hydrocracking technology can deal with a variety of conventional feed oil （VGO， diesel， etc.） and unconventional feed oil; there are many kinds of processes and catalyst systems， which can provide the best technical route for different production needs of enterprises; the products are flexible and the quality is excellent， which can realize multiple production schemes，such as more chemical raw materials， more jet fuel， more middle distillate and more UCO. The hydrocracking technology provides strong technical support for refining and chemical enterprises to adjust product structure and keep rapid development.

Key words： Hydrocracking; Flexibility; Product structure

在國家政策大力支持下通過國內石油化工研究人員和煉化企業管理與生產人員的不斷努力，我國石化產業已經具備完整的產業結構，產業規模也逐年增加，然而石化企業的生存壓力也伴隨產業發展逐年加劇[1-2]。根據中國石化經濟技術研究院的研究報道，2019年我國煉油總能力達8.8億t·a-1，隨煉油產能的持續增加，煉油能力過剩已經成為各大石化企業都必須面臨的問題[3]。同時隨著地方煉廠的快速發展與國外投資進軍我國石化產業，國內石化市場的競爭將異常激烈。因此石化企業在新建或改造裝置時的技術選擇將成為影響企業未來發展方向的關鍵因素，加氫裂化裝置因為其突出的靈活性成了石化企業全廠流程中必不可少的重要一環。

加氫裂化技術歷史悠久，最早源于第二次世界大戰前德國研究人員研發的“煤和煤焦油高壓加氫液化技術”。我國在20世紀60年代就開始在加氫裂化領域開展工作，近些年加氫裂化技術在國內的應用迅猛發展，這主要是由于加氫裂化技術具有突出的靈活性[4]。加氫裂化技術的靈活性可歸納為3個方面：原料適應性、工藝流程與催化劑、產品結構[5-6]。本文將關注加氫裂化技術在這3個方面的具體表現進行展開說明，進而討論加氫裂化技術對于當代煉化企業的重要意義。

1? ?原料適應性

加氫裂化技術處理的最常規原料為減壓蠟油，在適宜的反應條件下將減壓蠟油轉化為石腦油、噴氣燃料、柴油以及尾油等產品。隨著國內對化石燃料需求結構的轉變，降低柴汽比已經成為所有煉化企業的共識，加氫裂化技術成為各大煉廠有效壓減柴油產量、提高柴油高附加值利用的有效技術路線[7]。

1.1? 加氫裂化摻煉柴油

我國某石化企業生產的催化裂化柴油芳烴含量高，無法滿足國VI柴油質量標準，同時也很難通過調節手段加以利用，成了企業的技術難點。該企業加氫裂化裝置于2016年10月開始摻煉催化裂化柴油，由該企業的運行結果可知，在保持尾油產量不變的操作條件下，航煤收率有小幅度增加，同時柴油收率略有降低，將企業難以解決的催化柴油產品轉化為高附加值的航空煤油產品、石腦油產品以及車用柴油產品，解決了該企業的難題[8]。曹正凱等研究了摻煉不同餾程催化裂化柴油對蠟油加氫裂化的影響，其研究結果表明摻煉催化裂化柴油的餾程會對蠟油加氫裂化產物分布和產品質量產生影響，當輕催化柴油摻煉比例達到30%時，重石腦油芳烴潛質量分數達到59.25%，為優質的催化重整原料;噴氣燃料煙點達25.6 mm，滿足3#噴氣燃料的標準指標;尾油的BMCI值達到13.31，仍可作為蒸汽制乙烯原料。無論是工業應用運行情況還是研究者的實驗數據，均表明加氫裂化裝置摻煉柴油餾分是可行的。

1.2? 柴油加氫裂化

與摻煉柴油技術路線相比，直接以柴油為原料進行生產的加氫裂化技術顯得更加符合能源結構與煉化企業的需求。中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院（FRIPP）開發了一系列以柴油為原料的加氫裂化技術。催化裂化柴油加氫轉化技術（FD2G）：該技術采用專用的催化劑體系，有效控制柴油中芳烴加氫飽和深度，將柴油中的芳烴定向集中于石腦油餾分中得到高附加值產品，具體流程見圖1。

該技術能全面地體現出加氫裂化技術的原料靈活性，當原料柴油中的芳烴含量較高時，生產高辛烷值的汽油產品的同時可提供作為芳烴抽提生產化工產品的窄餾分原料;當處理低芳烴催化裂化柴油時可生產催化重整原料。直餾柴油中壓加氫裂化技術（FDHC）： 該技術以直餾柴油為原料，生產優質的噴氣燃料、可作為重整進料的石腦油以及可作為蒸汽裂解制乙烯原料的尾油等高附加值產品。直餾柴油加氫裂化增產噴氣燃料技術（FD2J）：雖然國內燃料油市場對柴油、汽油等常規燃料油的需求略有降低，但對于噴氣燃料的需求卻逐年增加。該技術真正實現了變廢為寶，通過合理級配精制催化劑、改質異構降凝催化劑實現將直餾柴油大量轉換為噴氣燃料的目的。除上述技術，直餾柴油加氫轉化多產重整料/乙烯料技術、柴油加氫降凝技術等技術也被各大煉化企業廣泛應用。

1.3? 非常規原料油

石油資源危機已經成為眾所周知的話題，為了應對未來可能出現的石油資源短缺，近些年研究人員致力于合理利用開發非常規油氣資源。加氫裂化技術為人類高效利用非常規油氣資源提供了一條行之有效的技術路線，目前有相關研究報道的加氫裂化技術可處理的非常規原料油包括煤焦油、煤直接液化油、頁巖油、F-T合成油以及動植物油脂[9-10]等。

頁巖油是油頁巖經熱加工時其中的有機質受熱分解生成的產物，其性質類似于天然石油，因此又稱“人造石油”，具體性質見表1。由于頁巖油是熱解產物，故其富含烯烴、二烯烴，而且通常還會含有較多的含氮、含硫、含氧化合物。這些物質的存在極易造成油品的膠質含量多、安定性變差，并且燃燒后還會產生大量的有害氣體污染環境。因此以頁巖油為原料生產運輸用燃料油，必須利用加氫等工藝手段減少雜原子含量和降低不飽和度。常規加氫精制路線處理頁巖油經濟效益相對較差、產品質量低，因此研究人員先后開發了緩和加氫裂化工藝、反序串聯加氫裂化工業處理頁巖油，其中緩和加氫裂化工藝適合于常規頁巖油加氫精制裝置的改造升級，更換部分精制催化劑便可以實現優化產品結構、提升裝置經濟效益的升級目的，生產得到的重石腦油芳烴潛質量分數在50%以上，石腦油產品可作為汽油產品調和組分，也可作為催化重整進料;柴油產品十六烷指數增加、低溫流動性得到優化，通過拓寬餾程進一步提高柴油產品收率;尾油產品BMCI低至10以下，鏈烷烴含量高為優質的蒸汽裂解制乙烯原料，同時尾油經進一步加氫脫氮處理后可生產優質的潤滑油產品。處理頁巖油的加氫裝置的生產瓶頸是運行周期，因為頁巖油產品氮含量、氧含量明顯高于常規化石能源，且雜質以及水含量相對較高，造成反應器內催化劑結焦導致壓降升高，使得企業不得不采用撇頭等操作降低反應器壓降，嚴重影響了裝置的經濟效益。FRIPP開發了加氫裂化-加氫處理反序串聯工藝處理頁巖油，以實現延長裝置運行周期的目的。

F-T（費托）合成油源于以合成氣（CO和H2）為原料在催化劑作用下通過鏈增長的方式生產烴類的過程。煤基低溫F-T合成技術產品碳數分布較寬（C2～C90），主要由正構烷烴組成，具有無硫、無氮和無芳的特點，大致分可為F-T輕質油、F-T重質油和F-T合成蠟等幾個組分，其中F-T合成蠟的比例在50%～60%，這些合格蠟的凝固點超過100 ℃，冷流性能差，不能直接作為運輸燃油，必須通過加氫工藝，將大分子轉化成小分子，同時改善其低溫流動性能，才能生產出優質的柴油產品。加氫裂化技術可以實現F-T（費托）合成油的高附加值利用。

2? 工藝流程與催化劑

加氫裂化技術之所以具有廣泛的原料適應性以及整體靈活性的根本原因是因為其靈活多變的工藝流程以及“對癥下藥”的催化劑體系。本小節將對加氫裂化技術成熟的工藝流程與催化劑體系進行介紹。

2.1? 工藝流程

目前工業上應用的加氫裂化工藝流程可歸納為單段加氫裂化工藝流程（見圖2）與兩段加氫裂化工藝流程（見圖3）[11-12]。在這兩個大的分類下，又有繁多的優質工藝流程變形。以單段加氫裂化工藝流程為例，在這個大類下包含單段（單一主催化劑）加氫裂化工藝、單段兩劑加氫裂化工藝以及單段串聯加氫裂化工藝。其中單段（單一主催化劑）加氫裂化工藝的原料適用性較差，產品質量較低，目前應用較少;單段兩劑加氫裂化工藝適用于最大量制取中間餾分油，其在整個運轉周期內中間餾分油的收率極為穩定，且具有流程簡單和操作容易等優點，受到部分煉化企業的青睞[13-14];單段串聯加氫裂化工藝是迄今為止應用最為廣泛的加氫裂化工藝流程，該工藝流程將加氫裂化技術靈活性特點展現得淋漓盡致，其結合原料油的特質搭配相應的催化劑體系可以實現不同目標產物的生產模式，成為優化企業產品結構的重要手段。

兩段加氫裂化裝置的誕生最初主要為了配合對于毒物過于敏感的高分子篩含量的貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑使用，原料中的硫、氮雜質變轉化成硫化氫和氨后依舊會對上述催化劑產生較大影響，必須在進入裂化反應器前將有害物質除掉，以最大程度地發揮裂化催化劑的活性。根據裂化催化劑抗毒性的不同，兩段加氫工藝有可為分為共有循環氫系統和分別設立循環氫系統兩種工藝流程。與此同時無論是單段串聯加氫裂化工藝流程還是兩段加氫裂化工藝流程均可采取一次通過、尾油部分循環以及尾油全循環3種不同的生產方案。

隨著市場需求的變化以及研究人員的不斷努力，近些年出現了很多個性化的加氫裂化工藝流程以及加氫裂化與其他工藝的組合使用方案，極大地增加了加氫裂化工藝的適用范圍與經濟效益，其中包括CLG公司開發的次序反應加氫裂化（SSRS）工藝流程和部分轉化加氫裂化（OPC）工藝流程，UOP公司研發的Hycycle加氫裂化工藝流程以及該工藝的變形APCU加氫裂化工藝流程，FRIPP研制開發的加氫裂化-尾油異構脫蠟組合工藝流程、加氫裂 化-加氫精制分段進料工藝流程、加氫裂化（改? ?質）-加氫處理反序串聯工藝流程、加氫裂化-蠟油加氫脫硫組合工藝流程、中壓加氫裂化（改? ? ? 質）-航煤補充精制工藝流程以及合作開發的Sheer加氫裂化工藝流程。這些充滿創造性的加氫裂化工藝極大豐富了煉化企業的選擇，提高了加氫裂化技術的靈活性，為加氫裂化技術成為煉化企業的“調節器”提供了技術支持。

2.2? 催化劑

加氫裂化催化劑種類繁多，分類方式有：按金屬組成分類、按酸性載體分類、按工藝過程分類以及按目的產品分類等分類方式，為了更直觀地體現加氫裂化技術的靈活性，本小節將按照目的產品的不同對加氫裂化催化劑進行分類介紹。輕油型加氫裂化催化劑是以石腦油和航空煤油為目的產物的催化劑，其廣泛應用于單段串聯或者兩段加氫裂化工藝流程，使用輕油型加氫裂化催化劑得到的重石腦油產量相對較高且芳烴潛含量高，可作為優質的催化重整裝置原料，也可用于芳烴抽提生產化工料。國外催化劑生產公司以UOP為例，其擁有HC-34、HC-185以及HC-190等牌號此類催化劑，國內催化劑研發單位FRIPP也先后研發了FC-24、FC-46、FC-52等成熟的輕油型加氫裂化催化劑。中油型加氫裂化催化劑，顧名思義是最大量生產噴氣燃料和清潔柴油等中間餾分油，該催化劑的技術難點是要合理設計催化劑的加氫活性與酸性，其中加氫活性要盡可能的高，同時酸性要適中，以減少二次裂解的發生。國外催化劑生產公司以UOP為例，其擁有HC-215、HC-115以及HC-120等牌號此類催化劑，國內催化劑研發單位FRIPP也先后研發了FC-80、FC-60、FC-50等成熟的中油型加氫裂化催化劑。靈活型加氫裂化催化劑是應用最為廣泛的一種加氫裂化催化劑，其特點在于對于反應溫度敏感性強，通過改變反應溫度就可以顯著改變產品分布，靈活生產化工原料、中間餾分油以及各類燃料油。國外催化劑生產公司以UOP為例，其擁有HC-43、HC-140以及HC-150等牌號此類催化劑，國內催化劑研發單位FRIPP也先后研發了FC-76、FC-32等成熟的靈活型加氫裂化催化劑[15-17]。

3? 產品結構

石化能源市場需求瞬息萬變，市場對于各種煉化產品需求度是在隨時變化的。以柴油產品為例，在十幾年前增加柴油產量是當時的主流想法，因為當時國內正處于經濟發展的初期，對于柴油產品需求量巨大，如今降低柴汽比又成了大家集中關注的方向。即使在一個全面降低柴油產量的時期，煉化企業對于柴油的需求度就一定是低的嗎？顯然不是的，煉化企業根據自身上下游裝置的需求，對柴油、石腦油、噴氣燃料以及尾油等產品的需求是不斷發生變化的，而加氫裂化技術就為煉化企業提供了靈活調整產品結構的途徑。加氫裂化技術將產品需求與加氫裂化原料、工藝流程、催化劑體系有機結合，形成了產品選擇性極佳的幾種路線，包括多產優質化工原料加氫裂化技術、靈活生產化工原料和中間餾分油加氫裂化技術、多產中間餾分油加氫裂化技術、多產尾油加氫裂化技術以及多產航煤和優質尾油加氫裂化技術。典型多產化工原料加氫裂化工藝原料性質與產品性質見表2、表3。

針對煉化企業的任何一種產品結構需求，加氫裂化技術均可提供一種針對性極強的技術路線，在技術路線確定后也可通過調整操作條件實現靈活調整產品結構[18]。以國內某家石化企業的實際生產結果為例，該企業先后以多產噴氣燃料、多產優質柴油以及多產優質尾油為目標，通過工藝條件的調節以及原料結構的優選，最終實現了執行多產噴氣燃料生產方案時，噴氣燃料產品收率達到45%以上;執行多產優質柴油生產方案時，柴油產品收率達到60%以上;執行多產優質尾油生產方案時，尾油產品收率達到53%以上。

4? 結 論

隨著國內煉化企業的大規模發展、國際能源局勢的復雜多變以及電動汽車等領域的興起，未來煉化企業的競爭壓力可想而知，保持生產的靈活性將成為各大煉化企業處亂不驚、持續發展的重要武器。加氫裂化技術處理原料范圍廣泛，可加工處理減壓蠟油、焦化蠟油、脫瀝青油等原料油，以摻煉或者直接加工的形式實現柴油餾分的高附加值利用，也可處理煤焦油、煤直接液化油、頁巖油、F-T合成油以及動植物油脂等非常規原料。加氫裂化技術基于其“百花齊放”的工藝流程以及“量體裁衣”的催化劑體系，可根據煉化企業的實際生產需求提供針對性、經濟性以及操作性優質的加氫裂化路線，使得煉化企業在實際生產中游刃有余、穩定發展，可以說加氫裂化技術的靈活性為我國煉化企業的發展和穩定提供了不可或缺的技術支撐。

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