FCC加氫技術(shù)及其主要設(shè)備研究應(yīng)用進(jìn)展

摘要：介紹了目前國內(nèi)外FCC加氫的主要技術(shù)，分析比較了國內(nèi)外這些加氫工藝技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍;同時(shí)并介紹了加氫裝置主要設(shè)備的研究應(yīng)用進(jìn)展情況。最后提出了發(fā)展氫技術(shù)的幾點(diǎn)建議:一是對傳統(tǒng)工業(yè)催化劑的制備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化;二是開發(fā)研究新設(shè)備以及與此相應(yīng)的工藝;三是開發(fā)新的催化劑。

關(guān)鍵詞：FCC；加氫技術(shù)；加氫設(shè)備

Research Progress on FCC Hydrogenation Technology and its Main Equipment

DING Hong-xia

(Nanjing Yangzi Petrochemical Design Engineering Go.，Ltd.，Jiangsu Nanjing 210048，China

Abstract:The current primary technologies of fluid catalytic cracking(FCC)hydrogenation at home and abroad were introduced，and the characteristics and application range of these technologies were analyzed and compared. Mean-while，the research and application of primary equipment of hydrogenation unit were introduced. Some suggestions about hydrogenation technology were proposed.  First, the preparation parameters of the traditional catalyst for hydrogenation should be optimized. Second，new hydrogenation technologies  and  the  corresponding  equipments  should  be investigated. Third，new efficient catalyst should be studied.

Key words: FCC;hydrogenation technology;hydrogenation unit

　　隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)，政府立法對尾氣排放的要求越來越苛刻，允許燃油中S、N的含量越來越少。這種情況使得煉油企業(yè)所面臨的油品脫硫任務(wù)變得越來越復(fù)雜。與此同時(shí)，原油質(zhì)量正在變差，今后很多煉廠將不得不加工比重大、含硫高、質(zhì)量差的常規(guī)原油和非常規(guī)原油。為解決上述問題，需要采取諸多相應(yīng)的對策，其中發(fā)展加氫工藝毫無疑問是眾多對策中最重要的一項(xiàng)措施，該工藝過程在過去幾十年中得到了飛速的發(fā)展。截止2006末，我國加氫總能力已達(dá)到12 279. 3萬t/年，比2004年的8 735. 9萬t/a增加了3 543. 4萬t/a，增幅達(dá)40.6%，占全國煉油總能力的37.8%。由于我國加工進(jìn)口高含硫原油數(shù)量愈來愈大，加之我國對汽車排放有害物的嚴(yán)格限制，加氫技術(shù)將成為我國煉油行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)。

1  FCC加氫技術(shù)的研究進(jìn)展

 　　成品汽油中80%~90%的硫來自FCC汽油組分，因此，降低成品汽油硫含量的關(guān)鍵是降低FCC汽油的硫含量。對此，目前已提出了兩種解決方案:一是FCC原料油的加氫預(yù)處理，二是FCC汽油直接加氫處理。由于第一種方法投資大，操作費(fèi)用高，因此，第二種方法受到了國內(nèi)外一些公司和研究機(jī)構(gòu)的密切關(guān)注，并已取得了令人鼓舞的進(jìn)展。

1.1國外FCC加氫技術(shù)進(jìn)展

　　目前，國外工業(yè)化的FCC汽油加氧技術(shù)主要有:OCTGAIN選擇性加氫脫硫工藝，SCANFining選擇性加氫脫硫工藝，Prime-G⁺選擇性加氫脫硫工藝，ISAL加氫轉(zhuǎn)化脫硫技術(shù)和CDHYDRO/CDHDS脫硫技術(shù)等^[1-4]。

     ExxonMobil公司為解決FCC汽油加氫脫硫和辛烷值損失的矛盾，開發(fā)了OCTGAIN工藝。該工藝為簡單的固定床低壓加氫過程，其特點(diǎn)是在降低FCC汽油烯烴含量和硫含量時(shí)辛烷值不損失。該工藝過程分兩段在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，第一段是將FCC汽油進(jìn)行加氫精制，脫除其中的硫、氮化合物，中間產(chǎn)品的辛烷值因加氫飽和而降低;第二段采用一種改性的分子篩擇形催化劑對第一段產(chǎn)物進(jìn)行辛烷值恢  復(fù)，使低辛烷值的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為高辛烷值產(chǎn)物。據(jù)報(bào)道，位于Me~saieed的卡塔爾煉油廠的140萬t/年重油催化裂化裝置，將140~210℃、硫含量4000~7000ug/g的催化汽油重餾分，采用OCTGAIN技術(shù)，脫硫率99.98%，硫含量降到1 ug/g以下，澳值降低70%， RON增加0~2個(gè)單位，C₅⁺收率100%，取得較好效果。

     Mobil公司開發(fā)的SGANFining工藝僅對催化中汽油和重汽油進(jìn)行加氫脫硫，F(xiàn)CC汽油的脫硫率為92%~95%，辛烷值(R+M)/2損失小于1~1.5個(gè)單位。法國石油研究院開發(fā)的

Prime-G⁺工藝采用雙催化劑，選擇性和脫硫活性高，烯烴加氫活性很低，不發(fā)生芳烴飽和反應(yīng)，也不發(fā)生裂化反應(yīng)。FCC汽油的脫硫率大于95%，辛烷值損失少，液收100%。委內(nèi)瑞拉國家石油公司研究開發(fā)公司與美國UOP公司合作開發(fā)的ISAL加氫轉(zhuǎn)化脫硫技術(shù)是一種用兩個(gè)反應(yīng)器的選擇性加氫處理工藝。該工藝采用一種非貴金屬分子篩雙功能催化劑，具有脫硫、脫氮、烯烴飽和、選擇性加氫轉(zhuǎn)化直鏈烷烴和減少尾餾分等功能，F(xiàn)CC 汽油的脫硫率為99.99%以上，烯烴飽和率為90%以上，芳烴無增值。辛烷值損失7%(其中體積收率損失占6% 。美國催化蒸餾技術(shù)公司開發(fā)的CDHYDRO/CDHDS脫硫技術(shù)選擇反應(yīng)精餾塔和固定床反應(yīng)器，流程簡短，反應(yīng)溫度低，壓力低，裝置能耗小，選擇性加氫能力強(qiáng)，辛烷值損失小(RON損失小于0.9)，液體收率高(99. 73%),CD-hydro/CDHDS催化劑壽命長(最終壽命為7年以上)。

1.2國內(nèi) FCC加氫技術(shù)進(jìn)展

　　國外開發(fā)的OCTGAIN，SCANfining 、PrimeG⁺ ，CDHDS等技術(shù)處理的原料烯烴含量不高、芳烴高，與我國FCC的烯烴含量差距很大。針對我國FCC汽油的特點(diǎn)，撫順石化研究院(FRIPP)成功開發(fā)了OCT-M技術(shù)，石科院(RIPP)成功開發(fā)了RIDOS技術(shù)。撫順石化研究院(FRIPP)開發(fā)的OCT-M工藝技術(shù)是根據(jù)FCC汽油的硫主要集中在HCN段、烯烴主要集中在LCN段的分布特點(diǎn)，首先選擇適宜的切割點(diǎn)溫度將FCC汽油預(yù)分餾為HCN和LCN兩部分，然后將HCN進(jìn)行加氫脫硫，HCN加氫脫硫后的產(chǎn)物與LCN混合再進(jìn)行脫臭處理，從而達(dá)到既脫除硫又可避免因烯烴過度飽和而造成辛烷值損失的目的^[5]  FRIPP在催化劑研制方面做了深人的研究，并研制開發(fā)成功T第一代FGH-20/FGH-11和第二代FGH-21/FGH-31組合催化劑。兩種催化劑分段裝填，在反應(yīng)器床層上部裝填較低金屬含量的催化劑，下部裝填較高金屬含量的催化劑，從而使加氫脫硫反應(yīng)在催化劑床層內(nèi)平緩進(jìn)行，避免烯烴過度加氫飽和造成的辛烷值損失。OCT-M技術(shù)適用于高硫、較低烯烴FCC汽油脫硫降烯烴生產(chǎn)清潔汽油;在采用該技術(shù)時(shí)，選擇適宜的餾分切割點(diǎn)溫度很重要;使用專用選擇性加氫脫硫催化劑，重餾分加氫工藝條件較為緩和，產(chǎn)品液收高(> 99%)，氫耗低(0. 2%-0. 3%)^[6]。

     由于OCT-M技術(shù)需要新增加一個(gè)預(yù)分餾塔，因此，工藝流程復(fù)雜，投資稍高。為此，F(xiàn)RIPP在OGT-M技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了全餾分FCC汽油加氫脫硫技術(shù)(FRS)。該工藝主要由加氫單元、脫硫醇單元、循環(huán)氫氣脫H₂S三個(gè)單元組成。FRS技術(shù)對我國幾種典型全餾分FCC汽油的脫硫降烯烴效果進(jìn)行了研究，其中試結(jié)果見表1。該技術(shù)加氫工藝條件比較緩和;脫硫率高，可將中等硫含量的FCC汽油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)由700~1 200Wig降低到~150 u/g；RON損失較小，一般≯1.5個(gè)單位;產(chǎn)品液收高(~100%)^[7]。

     石科院(RIPP)開發(fā)的RIDOS技術(shù)的核心部分HCN工藝單元采用兩器(兩劑)兩段一次通過流程。反應(yīng)部分分為精制段(第一段)和異構(gòu)化(第二段)，精制段采用RS-IA催化劑，主要目的是對HCN進(jìn)行深度加氫脫硫、加氫脫氮及烯烴加氫飽和；第二段具有異構(gòu)化功能，采用RIDOS-1催化劑，對直鏈烯烴和烷烴等組分進(jìn)行異構(gòu)化處理，以達(dá)到恢復(fù)辛烷值的目的。RIDOS技術(shù)具有下列特點(diǎn):對高硫高烯烴FCC汽油有很好的深度脫硫效果，能大幅度降低烯烴含量。可以根據(jù)汽油生產(chǎn)方案和質(zhì)量目標(biāo)的不同，通過調(diào)整第二段反應(yīng)溫度來靈活調(diào)節(jié)反應(yīng)深度，在脫硫率與辛烷值損失之間達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。但該技術(shù)的液收損失較大，這是一個(gè)急需改進(jìn)的地方^{【1，4，8】}。

2 FCC加氫主要設(shè)備研究進(jìn)展

2.1固定床反應(yīng)器

　　目前固定床反應(yīng)器多采用熱壁式，采用板焊或鍛焊結(jié)構(gòu)。固定床加氫反應(yīng)器中采用各種內(nèi)構(gòu)件將氣液兩相物流充分混合、換熱均勻，并分配到整個(gè)反應(yīng)器橫截面上。反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的性能直接關(guān)系到能否充分發(fā)揮高活性催化劑應(yīng)有效能和加氫裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行。CLG公司的ISOMIX新型反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件、UOP公司的UItraMixTM新型反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件以及SHELL公司的HD tray和UFQ新型反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件都是近幾年研究開發(fā)并成功工業(yè)應(yīng)用的。國內(nèi)工程公司結(jié)合自身的特點(diǎn)和工程經(jīng)驗(yàn)，相繼開發(fā)了多種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型內(nèi)構(gòu)件并改進(jìn)了一種傳統(tǒng)的內(nèi)構(gòu)件，主要有扁平型(專利ZL200620134123. 5) 、BL型(專利ZL97202630. 4 )、旋流型(專利ZL00253961. 6)等反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2. 2加熱爐

　　反應(yīng)進(jìn)料加熱爐是裝置內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其爐管內(nèi)工藝介質(zhì)為高溫、高壓的氫氣和油氣混合物，操作條件十分苛刻，一般均采用水平管雙面輻射爐爐型，并且應(yīng)使管內(nèi)兩相流達(dá)到環(huán)狀流或霧狀流。雙面輻射的平均熱強(qiáng)度是單面輻射的平均熱強(qiáng)度的1.5倍，其爐管水力長度只有單面輻射的0. 66倍，即在管內(nèi)流速相同的條件下，其壓降僅為單面輻射的66%。

加氫反應(yīng)進(jìn)料加熱爐的爐管均采用TP321或TP347材質(zhì)，爐管占全爐總投資的比例40%以上。由于雙面輻射爐爐管金屬重量比單面輻射爐減少近33 %，因此可大大減少加熱爐總投資。

2. 3高壓換熱器

　　高壓換熱器的結(jié)構(gòu)形式有兩種:一種是與普通低壓換熱器相似的大法蘭式，另一種是螺紋鎖緊環(huán)式。大法蘭式高壓換熱器存在易漏的缺點(diǎn)，特別是在開工、停工或溫度變化的階段，更加容易泄漏，而且?guī)貕簳r(shí)無法緊固大螺栓以排除泄漏。螺紋鎖緊環(huán)式高壓換熱器解決了大法蘭的笨重、密封困難的兩大難題，在操作過程中，可以隨時(shí)通過擰緊內(nèi)圈壓緊螺栓來調(diào)整內(nèi)密封墊片，排除泄漏。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)加工件多，各部件間配合精度要求高，給制造和裝配帶來很大不便。

　　目前，在加氫裝置中采用單殼程和雙殼程兩種結(jié)構(gòu)型式。雙殼程與單殼程的區(qū)別就是它有一個(gè)縱向隔板以及隔兩側(cè)的密封結(jié)構(gòu)。雙殼程換熱器與單殼程換熱器相比有著較大的優(yōu)越性。在同樣情況，雙殼程的換熱面積可比單殼程大約節(jié)省20%以上。

2. 4高壓空冷器

     目前，在加氫裝置中采用絲堵式雙金屬軋制翅片管高壓空冷器。在加氫裝置用高壓空冷器的設(shè)計(jì)中需要特別注意如下方面:

(1)根據(jù)操作介質(zhì)選擇適合的鋼材來制作管箱。

(2)將翅片管與管板連接設(shè)計(jì)為強(qiáng)度脹加密封焊形式，這樣可以抵抗因振動(dòng)而可能產(chǎn)生的疲勞破壞。

 (3)合理設(shè)計(jì)矩形管箱四塊板間的焊接坡口形式和尺寸，以保證實(shí)現(xiàn)全焊透。

 (4)在進(jìn)出口溫差大于110℃時(shí)，將進(jìn)、出口管箱設(shè)計(jì)成剖分式，使兩管箱間可以相對移動(dòng)，以避免熱膨脹差應(yīng)力引起翅片管與管板拉脫。

(5)在翅片管與管板連接處增設(shè)抗腐蝕性能卓越的襯管，由此避免了該部位由于沖蝕而產(chǎn)生的破壞。

(6)對矩形管箱的制造、檢驗(yàn)提出嚴(yán)格的，但切實(shí)可行的技術(shù)要求。

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