FCC加氫技術及其主要設備研究應用進展

摘要：介紹瞭(le)目前國内外FCC加氫的主要技術，分析比較瞭(le)國内外這些加氫工藝技術的特點及應用範圍;同時並(bìng)介紹瞭(le)加氫裝置主要設備的研究應用進展情況。最後提出瞭(le)發展氫技術的幾點建議:一是對傳統工業催化劑的制備參數進行優化;二是開發研究新設備以及與此相應的工藝;三是開發新的催化劑。

關鍵詞：FCC；加氫技術；加氫設備

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

　　随著(zhe)人們環境保護意識的不斷增強，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所面臨的油品脫硫任務變得越來越複雜。與此同時，原油質量正在變差，今後很多煉廠将不得不加工比重大、含硫高、質量差的常規原油和非常規原油。爲解決上述問題，需要採取諸多相應的對策，其中發展加氫工藝毫無疑問是衆多對策中最重要的一項措施，該工藝過程在過去幾十年中得到瞭(le)飛速的發展。截止2006末，我國加氫總能力已達到12 279. 3萬t/年，比2004年的8 735. 9萬t/a增加瞭(le)3 543. 4萬t/a，增幅達40.6%，占全國煉油總能力的37.8%。由於我國加工進口高含硫原油數量愈來愈大，加之我國對汽車排放有害物的嚴格限制，加氫技術将成爲我國煉油行業技術創新的重點。

1  FCC加氫(qīng)技術的研究進(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鍵是降低FCC汽油的硫含量。對此，目前已提出瞭(le)兩種解決方案:一是FCC原料油的加氫預處理，二是FCC汽油直接加氫處理。由於第一種方法投資大，操作費用高，因此，第二種方法受到瞭(le)國内外一些公司和研究機構的密切關注，並(bìng)已取得瞭(le)令人鼓舞的進展。

1.1國外FCC加氫技術進展

　　目前，國外工業化的FCC汽油加氧技術主要有: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加氫轉化脫硫技術和CDHYDRO/CDHDS脫硫技術等^[1-4]。

     ExxonMobil公司爲解決FCC汽油加氫脫硫和辛烷值損失的矛盾，開發瞭OCTGAIN工藝。該工藝爲簡單的固定床低壓加氫過程，其特點是在降低FCC汽油烯烴含量和硫含量時辛烷值不損失。該工藝過程分兩段在兩個反應器中進行，第一段是将FCC汽油進行加氫精制，脫除其中的硫、氮化合物，中間産品的辛烷值因加氫飽和而降低;第二段採用一種改性的分子篩擇形催化劑對第一段産物進行辛烷值恢  複，使低辛烷值的中間産物轉化爲高辛烷值産物。據報道，位於Me~saieed的卡塔爾煉油廠的140萬t/年重油催化裂化裝置，将140~210℃、硫含量4000~7000ug/g的催化汽油重餾分，採用OCTGAIN技術，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個單位，C₅⁺收率100%，取得較好效果。

     Mobil公司開發的SGANFining工藝僅對催化中汽油和重汽油進行加氫脫硫，FCC汽油的脫硫率爲92%~95%，辛烷值(R+M)/2損失小於(yú)1~1.5個單(dān)位。法國石油研究院開發的

Prime-G⁺工藝採用雙催化劑，選擇性和脫硫活性高，烯烴加氫活性很低，不發生芳烴飽和反應，也不發生裂化反應。FCC汽油的脫硫率大於95%，辛烷值損失少，液收100%。委内瑞拉國家石油公司研究開發公司與美國UOP公司合作開發的ISAL加氫轉化脫硫技術是一種用兩個反應器的選擇性加氫處理工藝。該工藝採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、選擇性加氫轉化直鏈烷烴和減少尾餾分等功能，FCC 汽油的脫硫率爲99.99%以上，烯烴飽和率爲90%以上，芳烴無增值。辛烷值損失7%(其中體積收率損失占6% 。美國催化蒸餾技術公司開發的CDHYDRO/CDHDS脫硫技術選擇反應精餾塔和固定床反應器，流程簡短，反應溫度低，壓力低，裝置能耗小，選擇性加氫能力強，辛烷值損失小(RON損失小於(yú)0.9)，液體收率高(99. 73%),CD-hydro/CDHDS催化劑壽命長(zhǎng)(最終壽命爲7年以上)。

1.2國内 FCC加氫技術進展

　　國外開發的OCTGAIN，SCANfining 、PrimeG⁺ ，CDHDS等技術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，撫順石化研究院(FRIPP)成功開發瞭OCT-M技術，石科院(RIPP)成功開發瞭RIDOS技術。撫順石化研究院(FRIPP)開發的OCT-M工藝技術是根據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，首先選擇适宜的切割點溫度将FCC汽油預分餾爲HCN和LCN兩部分，然後将HCN進行加氫脫硫，HCN加氫脫硫後的産物與LCN混合再進行脫臭處理，從而達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瞭深人的研究，並研制開發成功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在催化劑床層内平緩進行，避免烯烴過度加氫飽和造成的辛烷值損失。OCT-M技術适用於高硫、較低烯烴FCC汽油脫硫降烯烴生産清潔汽油;在採用該技術時，選擇适宜的餾分切割點溫度很重要;使用專用選擇性加氫脫硫催化劑，重餾分加氫工藝條件較爲緩和，産品液收高(> 99%)，氫耗低(0. 2%-0. 3%)^[6]。

     由於OCT-M技術需要新增加一個預分餾塔，因此，工藝流程複雜，投資稍高。爲此，FRIPP在OGT-M技術的基礎上，開發出瞭全餾分FCC汽油加氫脫硫技術(FRS)。該工藝主要由加氫單元、脫硫醇單元、循環氫氣脫H₂S三個單元組成。FRS技術對我國幾種典型全餾分FCC汽油的脫硫降烯烴效果進行瞭研究，其中試結果見表1。該技術加氫工藝條件比較緩和;脫硫率高，可将中等硫含量的FCC汽油的硫質量分數由700~1 200Wig降低到~150 u/g；RON損失較小，一般≯1.5個單位;産品液收高(~100%)^[7]。

     石科院(RIPP)開發的RIDOS技術的核心部分HCN工藝單元採用兩器(兩劑)兩段一次通過流程。反應部分分爲精制段(第一段)和異構化(第二段)，精制段採用RS-IA催化劑，主要目的是對HCN進行深度加氫脫硫、加氫脫氮及烯烴加氫飽和；第二段具有異構化功能，採用RIDOS-1催化劑，對直鏈烯烴和烷烴等組分進行異構化處理，以達到恢複辛烷值的目的。RIDOS技術具有下列特點: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。可以根據汽油生産方案和質量目标的不同，通過調整第二段反應溫度來靈活調節反應深度，在脫硫率與辛烷值損失之間達到動态平衡。但該技術的液收損失較大，這是一個急需改進的地方^{【1，4，8】}。

2 FCC加氫主要設備(bèi)研究進(jìn)展

2.1固定床反應器

　　目前固定床反應器多採用熱壁式，採用闆焊或鍛焊結構。固定床加氫反應器中採用各種内構件将氣液兩相物流充分混合、換熱均勻，並(bìng)分配到整個反應器橫截面上。反應器内構件的性能直接關系到能否充分發揮高活性催化劑應有效能和加氫裝置的“安、穩、長、滿、優”運行。CLG公司的ISOMIX新型反應器内構件、UOP公司的UItraMixTM新型反應器内構件以及SHELL公司的HD tray和UFQ新型反應器内構件都是近幾年研究開發並(bìng)成功工業應用的。國内工程公司結合自身的特點和工程經驗，相繼開發瞭(le)多種具有自主知識産權的新型内構件並(bìng)改進瞭(le)一種傳統的内構件，主要有扁平型(專利ZL200620134123. 5) 、BL型(專利ZL97202630. 4 )、旋流型(專利ZL00253961. 6)等反應器内構件，結構如圖1所示。

2. 2加熱爐

　　反應進料加熱爐是裝置内的關鍵設備之一，其爐管内工藝介質爲高溫、高壓的氫氣和油氣混合物，操作條件十分苛刻，一般均採(cǎi)用水平管雙面輻射爐爐型，並(bìng)且應使管内兩相流達到環狀流或霧狀流。雙面輻射的平均熱強度是單面輻射的平均熱強度的1.5倍，其爐管水力長度隻有單面輻射的0. 66倍，即在管内流速相同的條件下，其壓降僅爲單面輻射的66%。

加氫反應進料加熱爐的爐管均採(cǎi)用TP321或TP347材質，爐管占全爐總投資的比例40%以上。由於(yú)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

　　高壓換熱器的結構形式有兩種: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式。大法蘭式高壓換熱器存在易漏的缺點，特别是在開工、停工或溫度變(biàn)化的階段，更加容易洩漏，而且帶溫壓時無法緊固大螺栓以排除洩漏。螺紋鎖緊環式高壓換熱器解決瞭(le)大法蘭的笨重、密封困難的兩大難題，在操作過程中，可以随時通過擰緊内圈壓緊螺栓來調整内密封墊片，排除洩漏。其缺點是結構複雜，機加工件多，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，在加氫裝置中採(cǎi)用單殼程和雙殼程兩種結構型式。雙殼程與單殼程的區别就是它有一個縱向隔闆以及隔兩側的密封結構。雙殼程換熱器與單殼程換熱器相比有著(zhe)較大的優越性。在同樣情況，雙殼程的換熱面積可比單殼程大約節省20%以上。

2. 4高壓空冷器

     目前，在加氫裝置中採(cǎi)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計(jì)中需要特别注意如下方面:

(1)根據(jù)操作介質選擇适合的鋼(gāng)材來制作管箱。

(2)将翅片管與管闆連接設計爲強度脹加密封焊形式，這樣可以抵抗因振動(dòng)而可能産(chǎn)生的疲勞破壞。

 (3)合理設計(jì)矩形管箱四塊闆間(jiān)的焊接坡口形式和尺寸，以保證實現全焊透。

 (4)在進出口溫差大於(yú)110℃時，将進、出口管箱設計成剖分式，使兩管箱間可以相對移動(dòng)，以避免熱膨脹差應力引起翅片管與管闆拉脫。

(5)在翅片管與管闆連接處增設抗腐蝕性能卓越的襯管，由此避免瞭(le)該部位由於(yú)沖蝕而産生的破壞。

(6)對矩形管箱的制造、檢驗提出嚴格的，但切實可行的技術要求。

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