范思強 崔哲 孫士可 王仲義 曹正凱

摘? ? ? 要：從加氫裂化技術(shù)原料適應(yīng)性、工藝流程與催化劑體系以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)3個方面闡述了加氫裂化技術(shù)靈活性的技術(shù)根本以及具體實現(xiàn)方式：加氫裂化技術(shù)可處理多種常規(guī)原料（蠟油、柴油等）以及非常規(guī)原料;工藝流程種類繁多、催化劑體系目的性強，可針對企業(yè)的不同生產(chǎn)需求提供最佳的技術(shù)路線;產(chǎn)品種類靈活多變且質(zhì)量優(yōu)異，可實現(xiàn)多產(chǎn)化工原料、多產(chǎn)噴氣燃料、多產(chǎn)中間餾分油以及多產(chǎn)尾油等多種生產(chǎn)方案，為煉化企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、持續(xù)高速發(fā)展提供強有力的技術(shù)支持。

關(guān)? 鍵? 詞：加氫裂化;靈活性;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TE624.4+32? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(nèi)石油化工研究人員和煉化企業(yè)管理與生產(chǎn)人員的不斷努力，我國石化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具備完整的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也逐年增加，然而石化企業(yè)的生存壓力也伴隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐年加劇[1-2]。根據(jù)中國石化經(jīng)濟技術(shù)研究院的研究報道，2019年我國煉油總能力達(dá)8.8億t·a-1，隨煉油產(chǎn)能的持續(xù)增加，煉油能力過剩已經(jīng)成為各大石化企業(yè)都必須面臨的問題[3]。同時隨著地方煉廠的快速發(fā)展與國外投資進(jìn)軍我國石化產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)石化市場的競爭將異常激烈。因此石化企業(yè)在新建或改造裝置時的技術(shù)選擇將成為影響企業(yè)未來發(fā)展方向的關(guān)鍵因素，加氫裂化裝置因為其突出的靈活性成了石化企業(yè)全廠流程中必不可少的重要一環(huán)。

加氫裂化技術(shù)歷史悠久，最早源于第二次世界大戰(zhàn)前德國研究人員研發(fā)的“煤和煤焦油高壓加氫液化技術(shù)”。我國在20世紀(jì)60年代就開始在加氫裂化領(lǐng)域開展工作，近些年加氫裂化技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用迅猛發(fā)展，這主要是由于加氫裂化技術(shù)具有突出的靈活性[4]。加氫裂化技術(shù)的靈活性可歸納為3個方面：原料適應(yīng)性、工藝流程與催化劑、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[5-6]。本文將關(guān)注加氫裂化技術(shù)在這3個方面的具體表現(xiàn)進(jìn)行展開說明，進(jìn)而討論加氫裂化技術(shù)對于當(dāng)代煉化企業(yè)的重要意義。

1? ?原料適應(yīng)性

加氫裂化技術(shù)處理的最常規(guī)原料為減壓蠟油，在適宜的反應(yīng)條件下將減壓蠟油轉(zhuǎn)化為石腦油、噴氣燃料、柴油以及尾油等產(chǎn)品。隨著國內(nèi)對化石燃料需求結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，降低柴汽比已經(jīng)成為所有煉化企業(yè)的共識，加氫裂化技術(shù)成為各大煉廠有效壓減柴油產(chǎn)量、提高柴油高附加值利用的有效技術(shù)路線[7]。

1.1? 加氫裂化摻煉柴油

我國某石化企業(yè)生產(chǎn)的催化裂化柴油芳烴含量高，無法滿足國VI柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時也很難通過調(diào)節(jié)手段加以利用，成了企業(yè)的技術(shù)難點。該企業(yè)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(yè)的運行結(jié)果可知，在保持尾油產(chǎn)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(yè)難以解決的催化柴油產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為高附加值的航空煤油產(chǎn)品、石腦油產(chǎn)品以及車用柴油產(chǎn)品，解決了該企業(yè)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(jié)果表明摻煉催化裂化柴油的餾程會對蠟油加氫裂化產(chǎn)物分布和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，當(dāng)輕催化柴油摻煉比例達(dá)到30%時，重石腦油芳烴潛質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到59.25%，為優(yōu)質(zhì)的催化重整原料;噴氣燃料煙點達(dá)25.6 mm，滿足3#噴氣燃料的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo);尾油的BMCI值達(dá)到13.31，仍可作為蒸汽制乙烯原料。無論是工業(yè)應(yīng)用運行情況還是研究者的實驗數(shù)據(jù)，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(shù)路線相比，直接以柴油為原料進(jìn)行生產(chǎn)的加氫裂化技術(shù)顯得更加符合能源結(jié)構(gòu)與煉化企業(yè)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(fā)了一系列以柴油為原料的加氫裂化技術(shù)。催化裂化柴油加氫轉(zhuǎn)化技術(shù)（FD2G）：該技術(shù)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(chǎn)品，具體流程見圖1。

該技術(shù)能全面地體現(xiàn)出加氫裂化技術(shù)的原料靈活性，當(dāng)原料柴油中的芳烴含量較高時，生產(chǎn)高辛烷值的汽油產(chǎn)品的同時可提供作為芳烴抽提生產(chǎn)化工產(chǎn)品的窄餾分原料;當(dāng)處理低芳烴催化裂化柴油時可生產(chǎn)催化重整原料。直餾柴油中壓加氫裂化技術(shù)（FDHC）： 該技術(shù)以直餾柴油為原料，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的噴氣燃料、可作為重整進(jìn)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(chǎn)品。直餾柴油加氫裂化增產(chǎn)噴氣燃料技術(shù)（FD2J）：雖然國內(nèi)燃料油市場對柴油、汽油等常規(guī)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(shù)真正實現(xiàn)了變廢為寶，通過合理級配精制催化劑、改質(zhì)異構(gòu)降凝催化劑實現(xiàn)將直餾柴油大量轉(zhuǎn)換為噴氣燃料的目的。除上述技術(shù)，直餾柴油加氫轉(zhuǎn)化多產(chǎn)重整料/乙烯料技術(shù)、柴油加氫降凝技術(shù)等技術(shù)也被各大煉化企業(yè)廣泛應(yīng)用。

1.3? 非常規(guī)原料油

石油資源危機已經(jīng)成為眾所周知的話題，為了應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的石油資源短缺，近些年研究人員致力于合理利用開發(fā)非常規(guī)油氣資源。加氫裂化技術(shù)為人類高效利用非常規(guī)油氣資源提供了一條行之有效的技術(shù)路線，目前有相關(guān)研究報道的加氫裂化技術(shù)可處理的非常規(guī)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(jīng)熱加工時其中的有機質(zhì)受熱分解生成的產(chǎn)物，其性質(zhì)類似于天然石油，因此又稱“人造石油”，具體性質(zhì)見表1。由于頁巖油是熱解產(chǎn)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(zhì)的存在極易造成油品的膠質(zhì)含量多、安定性變差，并且燃燒后還會產(chǎn)生大量的有害氣體污染環(huán)境。因此以頁巖油為原料生產(chǎn)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(guī)加氫精制路線處理頁巖油經(jīng)濟效益相對較差、產(chǎn)品質(zhì)量低，因此研究人員先后開發(fā)了緩和加氫裂化工藝、反序串聯(lián)加氫裂化工業(yè)處理頁巖油，其中緩和加氫裂化工藝適合于常規(guī)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(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提升裝置經(jīng)濟效益的升級目的，生產(chǎn)得到的重石腦油芳烴潛質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%以上，石腦油產(chǎn)品可作為汽油產(chǎn)品調(diào)和組分，也可作為催化重整進(jìn)料;柴油產(chǎn)品十六烷指數(shù)增加、低溫流動性得到優(yōu)化，通過拓寬餾程進(jìn)一步提高柴油產(chǎn)品收率;尾油產(chǎn)品BMCI低至10以下，鏈烷烴含量高為優(yōu)質(zhì)的蒸汽裂解制乙烯原料，同時尾油經(jīng)進(jìn)一步加氫脫氮處理后可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的潤滑油產(chǎn)品。處理頁巖油的加氫裝置的生產(chǎn)瓶頸是運行周期，因為頁巖油產(chǎn)品氮含量、氧含量明顯高于常規(guī)化石能源，且雜質(zhì)以及水含量相對較高，造成反應(yīng)器內(nèi)催化劑結(jié)焦導(dǎo)致壓降升高，使得企業(yè)不得不采用撇頭等操作降低反應(yīng)器壓降，嚴(yán)重影響了裝置的經(jīng)濟效益。FRIPP開發(fā)了加氫裂化-加氫處理反序串聯(lián)工藝處理頁巖油，以實現(xiàn)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(chǎn)烴類的過程。煤基低溫F-T合成技術(shù)產(chǎn)品碳數(shù)分布較寬（C2～C90），主要由正構(gòu)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(zhì)油、F-T重質(zhì)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(zhuǎn)化成小分子，同時改善其低溫流動性能，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的柴油產(chǎn)品。加氫裂化技術(shù)可以實現(xiàn)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(shù)之所以具有廣泛的原料適應(yīng)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(jié)將對加氫裂化技術(shù)成熟的工藝流程與催化劑體系進(jìn)行介紹。

2.1? 工藝流程

目前工業(yè)上應(yīng)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(yōu)質(zhì)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(lián)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(chǎn)品質(zhì)量較低，目前應(yīng)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(zhuǎn)周期內(nèi)中間餾分油的收率極為穩(wěn)定，且具有流程簡單和操作容易等優(yōu)點，受到部分煉化企業(yè)的青睞[13-14];單段串聯(lián)加氫裂化工藝是迄今為止應(yīng)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(shù)靈活性特點展現(xiàn)得淋漓盡致，其結(jié)合原料油的特質(zhì)搭配相應(yīng)的催化劑體系可以實現(xiàn)不同目標(biāo)產(chǎn)物的生產(chǎn)模式，成為優(yōu)化企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(zhì)變轉(zhuǎn)化成硫化氫和氨后依舊會對上述催化劑產(chǎn)生較大影響，必須在進(jìn)入裂化反應(yīng)器前將有害物質(zhì)除掉，以最大程度地發(fā)揮裂化催化劑的活性。根據(jù)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(huán)氫系統(tǒng)和分別設(shè)立循環(huán)氫系統(tǒng)兩種工藝流程。與此同時無論是單段串聯(lián)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(huán)以及尾油全循環(huán)3種不同的生產(chǎn)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(xiàn)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(jīng)濟效益，其中包括CLG公司開發(fā)的次序反應(yīng)加氫裂化（SSRS）工藝流程和部分轉(zhuǎn)化加氫裂化（OPC）工藝流程，UOP公司研發(fā)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，F(xiàn)RIPP研制開發(fā)的加氫裂化-尾油異構(gòu)脫蠟組合工藝流程、加氫裂 化-加氫精制分段進(jìn)料工藝流程、加氫裂化（改? ?質(zhì)）-加氫處理反序串聯(lián)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(zhì)）-航煤補充精制工藝流程以及合作開發(fā)的Sheer加氫裂化工藝流程。這些充滿創(chuàng)造性的加氫裂化工藝極大豐富了煉化企業(yè)的選擇，提高了加氫裂化技術(shù)的靈活性，為加氫裂化技術(shù)成為煉化企業(yè)的“調(diào)節(jié)器”提供了技術(shù)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(chǎn)品分類等分類方式，為了更直觀地體現(xiàn)加氫裂化技術(shù)的靈活性，本小節(jié)將按照目的產(chǎn)品的不同對加氫裂化催化劑進(jìn)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(chǎn)物的催化劑，其廣泛應(yīng)用于單段串聯(lián)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(chǎn)量相對較高且芳烴潛含量高，可作為優(yōu)質(zhì)的催化重整裝置原料，也可用于芳烴抽提生產(chǎn)化工料。國外催化劑生產(chǎn)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(nèi)催化劑研發(fā)單位FRIPP也先后研發(fā)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(chǎn)噴氣燃料和清潔柴油等中間餾分油，該催化劑的技術(shù)難點是要合理設(shè)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(fā)生。國外催化劑生產(chǎn)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(nèi)催化劑研發(fā)單位FRIPP也先后研發(fā)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(yīng)用最為廣泛的一種加氫裂化催化劑，其特點在于對于反應(yīng)溫度敏感性強，通過改變反應(yīng)溫度就可以顯著改變產(chǎn)品分布，靈活生產(chǎn)化工原料、中間餾分油以及各類燃料油。國外催化劑生產(chǎn)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(nèi)催化劑研發(fā)單位FRIPP也先后研發(fā)了FC-76、FC-32等成熟的靈活型加氫裂化催化劑[15-17]。

3? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

石化能源市場需求瞬息萬變，市場對于各種煉化產(chǎn)品需求度是在隨時變化的。以柴油產(chǎn)品為例，在十幾年前增加柴油產(chǎn)量是當(dāng)時的主流想法，因為當(dāng)時國內(nèi)正處于經(jīng)濟發(fā)展的初期，對于柴油產(chǎn)品需求量巨大，如今降低柴汽比又成了大家集中關(guān)注的方向。即使在一個全面降低柴油產(chǎn)量的時期，煉化企業(yè)對于柴油的需求度就一定是低的嗎？顯然不是的，煉化企業(yè)根據(jù)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(chǎn)品的需求是不斷發(fā)生變化的，而加氫裂化技術(shù)就為煉化企業(yè)提供了靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的途徑。加氫裂化技術(shù)將產(chǎn)品需求與加氫裂化原料、工藝流程、催化劑體系有機結(jié)合，形成了產(chǎn)品選擇性極佳的幾種路線，包括多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化工原料加氫裂化技術(shù)、靈活生產(chǎn)化工原料和中間餾分油加氫裂化技術(shù)、多產(chǎn)中間餾分油加氫裂化技術(shù)、多產(chǎn)尾油加氫裂化技術(shù)以及多產(chǎn)航煤和優(yōu)質(zhì)尾油加氫裂化技術(shù)。典型多產(chǎn)化工原料加氫裂化工藝原料性質(zhì)與產(chǎn)品性質(zhì)見表2、表3。

針對煉化企業(yè)的任何一種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需求，加氫裂化技術(shù)均可提供一種針對性極強的技術(shù)路線，在技術(shù)路線確定后也可通過調(diào)整操作條件實現(xiàn)靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[18]。以國內(nèi)某家石化企業(yè)的實際生產(chǎn)結(jié)果為例，該企業(yè)先后以多產(chǎn)噴氣燃料、多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)柴油以及多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)尾油為目標(biāo)，通過工藝條件的調(diào)節(jié)以及原料結(jié)構(gòu)的優(yōu)選，最終實現(xiàn)了執(zhí)行多產(chǎn)噴氣燃料生產(chǎn)方案時，噴氣燃料產(chǎn)品收率達(dá)到45%以上;執(zhí)行多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)柴油生產(chǎn)方案時，柴油產(chǎn)品收率達(dá)到60%以上;執(zhí)行多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)尾油生產(chǎn)方案時，尾油產(chǎn)品收率達(dá)到53%以上。

4? 結(jié) 論

隨著國內(nèi)煉化企業(yè)的大規(guī)模發(fā)展、國際能源局勢的復(fù)雜多變以及電動汽車等領(lǐng)域的興起，未來煉化企業(yè)的競爭壓力可想而知，保持生產(chǎn)的靈活性將成為各大煉化企業(yè)處亂不驚、持續(xù)發(fā)展的重要武器。加氫裂化技術(shù)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(xiàn)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(guī)原料。加氫裂化技術(shù)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(jù)煉化企業(yè)的實際生產(chǎn)需求提供針對性、經(jīng)濟性以及操作性優(yōu)質(zhì)的加氫裂化路線，使得煉化企業(yè)在實際生產(chǎn)中游刃有余、穩(wěn)定發(fā)展，可以說加氫裂化技術(shù)的靈活性為我國煉化企業(yè)的發(fā)展和穩(wěn)定提供了不可或缺的技術(shù)支撐。

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