加氢裂化工艺条件对直馏柴油高附加值的影响

范思强，王仲义，崔 哲，曹正凯，孙洪江

（中国石化 大连石油化工研究院，辽宁 大连 116401）

随着国内能源结构的调整，炼化企业燃料产品产能过剩问题日益突出，降低柴汽比已成为各大炼化企业的共识，国内柴油的产能约有60%为直馏柴油，因此如何通过炼油技术升级以实现直馏柴油的高附加值利用、降低柴油产品的产量已成为各大炼厂及研究机构关注的重点领域[1-3］。加氢裂化装置由于具有产品种类多、产品质量优异、生产方案灵活等优势，是各大炼化企业降低柴油产量的首选工艺之一[4-6］。同时由于能源市场需求的波动，导致实际生产中常常会面临进料量的波动或产品需求的变化等实际工况的发生，这也成为各大炼化企业亟须解决的问题。

本工作以直馏柴油为原料采用单次通过加氢裂化流程，考察了反应温度、体系压力及体积空速对产物分布、液体产品收率、化学氢耗及主要产品性质的影响，同时探究直馏柴油加氢裂化工艺的灵活性与适应性。

1 实验部分

1.1 催化剂与实验装置

采用中国石化大连石油化工研究院（FRIPP）成熟的加氢精制催化剂与裂化催化剂体系，在200 mL 固定床加氢实验装置上进行加氢裂化实验。加氢裂化装置由进料系统、反应系统及分离循环系统三部分组成，进料自上而下通过反应系统，并采用氢气循环流程，氢气为净化处理后的电解氢气，纯度大于99.9%。

1.2 原料油性质

原料油为中国石化某炼厂生产的直馏柴油A，主要性质见表1。由表1 可知，直馏柴油密度低、N 含量低，链烷烃含量高、芳烃含量低，具有典型的直馏柴油性质。

表1 原料主要性质Table 1 Primary properties of raw materials

1.3 工艺流程

采用200 mL 固定床加氢裂化装置进行实验，该流程为典型的单段串联加氢裂化工艺，精制反应器内装填加氢精制催化剂，精制油直接进入到装填了加氢裂化催化剂的裂化反应器内，反应产物经高分、低分进入分馏系统，得到石脑油、航空煤油、尾油等产品。

2 结果与讨论

2.1 裂化温度对直馏柴油加氢裂化工艺的影响

设基准温度为T ℃，考察了裂化温度T，（T+5），（T+10），（T+15） ℃对直馏柴油加氢裂化工艺的影响。图1 为不同裂化温度下直馏柴油加氢裂化主要产物收率。由图1 可知，裂化温度极大地影响了产物的分布情况，这是由于直馏柴油中链烷烃含量相对较高，而芳香烃含量比其他加氢裂化原料低，因此受反应温度的影响较大[7-9］。在裂化温度为T ℃时进行加氢裂化，各主要产品的收率由小到大顺序为：轻石脑油＜重石脑油＜航空煤油＜尾油。随着裂化温度的提升，轻石脑油、重石脑油收率增加，尾油产品收率降低，航空煤油产品收率呈先增加后降低的趋势。在裂化温度为（T+15） ℃时各主要产品的收率由小到大顺序为：尾油＜轻石脑油＜航空煤油＜重石脑油，其中，重石脑油产品分布增加约25 百分点，尾油产品分布降低达35 百分点，航空煤油收率随裂化温度升高变化相对较小，维持在30%左右。这说明在FRIPP 研发的催化剂体系下进行直馏柴油加氢裂化，产品灵活性好，可通过调整裂化温度来调整石脑油与尾油产品的产量[10-11］。

图1 裂化温度对加氢裂化产物分布的影响Fig.1 Effect of cracking temperature on distribution of hydrocracking products.

图2 为不同裂化温度下直馏柴油加氢裂化的液体产品收率及化学氢耗。

图2 裂化温度对液体产品收率与氢耗的影响Fig.2 Effect of cracking temperature on liquid yield and hydrogen consumption.

由图2 可知，随着裂化温度的升高，液体产品收率降低、化学氢耗增加，这是由于在更高的裂化温度下，直馏柴油的芳烃饱和、开环及断链反应加剧，使得反应消耗更多的氢气并生产更多的轻组分产品，导致液体产品收率降低、化学氢耗增加[12］。

图3 为不同裂化温度下直馏柴油加氢裂化的主要产品性质。

图3 裂化温度对产品性质的影响Fig.3 Effect of cracking temperature on product properties.

图4 体系压力对产物分布的影响Fig.4 Effect of system pressure on product distribution.

由图3 可知，随着裂化温度的提高重石脑油的芳烃潜含量有所降低，航空煤油的烟点增加，尾油的芳烃指数（BMCI）降低。结合图1 可知，在炼厂需要大量催化重整单元进料或汽油产品工况下，可在较低裂化温度下进行直馏柴油加氢裂化，此时的重石脑油芳烃潜含量高。在炼厂以最大量生产乙烯产品为目标时可通过适当提升裂化温度来提高尾油产品质量，此时尾油的BMCI 低、裂解制乙烯产量高[13-15］。

2.2 体系压力对直馏柴油加氢裂化工艺的影响

采用单次通过工艺，分别在多产尾油工况（裂化温度T ℃）和多产石脑油工况（裂化温度（T+15）℃）下，考察了体系压力对直馏柴油加氢裂化工艺的影响。图4 分别为两种工况下体系压力对直馏柴油加氢裂化产物分布的影响。由图4 可知，两种工况下体系压力对直馏柴油加氢裂化产物分布的影响较小，随着体系压力增加尾油产品收率降低，轻石脑油、重石脑油及航空煤油收率小幅增加。

图5 为多产尾油工况和多产石脑油工况下体系压力对直馏柴油加氢裂化液体产品收率与化学氢耗的影响。由图5 可知，随着体系压力增加，液体产品收率降低、化学氢耗增加。

图6 为多产尾油工况和多产石脑油工况下体系压力对直馏柴油加氢裂化主要产品性质的影响。由图6 可知，随着体系压力增加，各产品的性质变化不大，其中重石脑油芳烃潜含量、尾油BMCI 有所降低，航空煤油烟点有所增加。

综上所述，在适应的范围内压力对于直馏柴油加氢裂化的影响不大，在较低的体系压力下直馏柴油加氢裂化具有较高的液体收率、较低的氢耗，经济效益优异，相应的产品性质略有下降。造成上述现象的原因是直馏柴油的芳烃含量少，氢分压对于反应的影响随之也有所降低，温度对直馏柴油加氢裂化反应的影响较体系压力更大。

2.3 体积空速对直馏柴油加氢裂化工艺的影响

实际生产中的原料体积空速是企业根据原料供给以及全厂调控确定的，在实际生产中一般不会通过调整体积空速来调整装置的运行情况。本工作采用单次通过工艺，考察体积空速为2.0，2.5，3.0 h-1时对直馏柴油加氢裂化工艺的影响。

图5 体系压力对液体产品收率与氢耗的影响Fig.5 Effect of system pressure on liquid yield and hydrogen consumption.

图6 体系压力对主要产品性质的影响Fig.6 Effect of system pressure on product primary properties

图7 为不同体积空速下直馏柴油加氢裂化达到相同转化率所需的裂化温度。

图7 不同体积空速所需的裂化温度Fig.7 The cracking temperature required to the same conversion rate at different space velocities.

由图7 可知，随着体积空速的增加所需裂化温度呈增加趋势，这是因为随着加工负荷的提高，催化剂需要更高的催化活性才可达到相同转化率。

图8 为体积空速对直馏柴油加氢裂化产物分布、液体产品收率及氢耗、加氢裂化产品性质的影响。由图8 可知，在控制转化率相同的条件下，体积空速对直馏柴油加氢裂化产物分布、液体产品收率及氢耗的影响均较小，这主要是因为通过温度补偿实现了裂化反应深度不变而导致的。重石脑油、航空煤油及尾油的性质均随体积空速的增加而有所降低。

另外，在体积空速为3.0 h-1时，重石脑油芳烃潜含量降至52.77（仍为优质的重整原料），航空煤油烟点低至23.2 mm，但此时萘系烃含量为0.3%（w），航空煤油仍符合相关标准，尾油BMCI 升至8.12（为优质的裂解制乙烯原料）。体积空速增加一个单位后裂化温度只需增加8 ℃即可保持直馏柴油的加氢裂化深度，在产物分布、产品收率及氢耗几乎不变的情况下生产出合格的重石脑油、航空煤油及尾油等产品。因此，直馏柴油加氢裂化工艺应对原料进料量波动灵活性、可操作性强。

图8 体积空速对产物分布（a）、液体产品收率与氢耗（b）和主要产品性质（c）的影响Fig.8 Effect of volume space velocities on product distribution(a)，liquid yield and hydrogen consumption(b) and product primary properties(c).

3 结论

1）直馏柴油加氢裂化工艺产品灵活性好，在炼厂需要催化重整单元进料或汽油产品工况下可在较低裂化温度进行直馏柴油加氢裂化，此时的重石脑油芳烃潜含量高为优质的重整进料；在炼厂以最大量生产乙烯产品为目标时可通过适当提升裂化温度来提高尾油质量，此时尾油BMCI 低、裂解制乙烯产量高。

2）体系压力对直馏柴油加氢裂化影响较小，在适应的范围内降低体系压力，产品性质有所损失但液体产品收率提高、化学氢耗降低，装置经济效益提高。

3）直馏柴油加氢裂化工艺应对原料进料量波动灵活性高、可操作性强，在体积空速提高一个单位的情况下只需将裂化温度提高8 ℃即可实现温度补偿，在产物分布、产品收率及氢耗几乎不变的情况下生产出合格的重石脑油、航空煤油及尾油等产品。