柴油加氢技术研究现状
2022-08-14
来源:易榕旅网
第37卷第1期 2016年2月 能源化工 Energy Chemical Industry V01.37 No.1 Feb.,2016 柴油加氢技术研究现状 胡俊利,王高杰 (洛阳瑞泽石化工程有限公司,河南洛阳471003) 摘要:介绍了柴油加氢精制技术、柴油加氢改质技术和柴油临氢降凝技术的特点及国内外研究进 展,指出提高催化剂活性及选择性,改善催化剂的灵活适应性,降低失活率依然是加氢催化剂的发展方 向,多种催化剂组合技术是当前加氢工艺的主流。分析了我国柴油质量升级技术与发达国家的技术相 比存在的差距,提出了我国柴油质量升级技术发展的相关建议,认为超低硫柴油是未来发展的方向,应 致力于研发更稳定、更高效的催化剂以及更合理的反应器内构件,进一步优化工艺条件,以满足柴油质 量升级的要求。 关键词:柴油超低硫柴油加氢精制加氢改质临氢降凝 文章编号:2095—9834(2016)01—0019—04 中图分类号:TE624.4 31 文献标识码:A Research advance in diesel hydr0genatiOn technology HU几nli.WANG C ̄ojie (Luoyang Ruize Petrochemical Engineering Co.,Ltd.,Luoyang 471003,China) Abstract:The feature and research advance of diesel hydrorefining technology,diesel hydroupgrading technology and diesel dewa— xing technology are expounded.It is pointed out that hi gh activity,high selectivity,flexible and low inactivity rate still reflect the devel— oping trend of hydrogenation catalyst,and multi-catalytic technology is the main current of diesel hydrogenation technology.The dispari— ty of diesel upgrade technology between developed country and our county irs analyzed,and the proposals of diesel upgrade in our coun— ty are putr forward.It is thought that ultra—low sulphur diesel is the future development trend,it is important to research and develop more stable and eficientf catalyst and more reasonable reactor internals,and optimize the technology conditions to meet the demand of diesel quality upgrade. Key words:diesel;uhra—low sulphur diesel;hydrorefining;hydroupgrading;diesel dewaxing 我国柴油具有密度大、硫含量高、芳烃含量高及 十六烷值低等特点 J,若直接燃放将对环境造成很大 的污染。随着人们对环境保护意识的加强及环保法 的日益严厉,柴油质量升级越发得到重视,尤其是车 用柴油国V标准的全国实施时间由2017年底提前到 长,现已比较成熟。通常柴油加氢精制技术反应较 缓和,反应过程不涉及分子裂化,液体收率较高,可 达97%以上。比较常见的反应条件为:反应压力4~ 8 MPa,氢分压4~8 MPa,反应温度300~400 cC,空 速1.2~3 h~,氢油比(体积比,下同)150~600 。 1.1 国内柴油加氢精制技术现状 2016年底,柴油质量升级已迫在眉睫。目前柴油加 氢技术是柴油质量升级最常用的手段。根据原料性 质及产品要求,柴油加氢技术又可分为柴油加氢精制 针对柴油中有机硫难以深度脱除的特点,中国 石油天然气集团公司研发了FDS一1柴油深度加氢 脱硫催化剂及其工艺技术。该工艺利用载体均匀 技术、柴油加氢改质技术和柴油临氢降凝技术。 1 柴油加氢精制技术现状 柴油加氢精制技术 是在临氢条件下,通过脱 硫、脱氮、烯烃饱和、芳烃部分饱和,进而脱除柴油 分散复合技术、催化活性中心适度堆积均分散技术 收稿日期:2015-08-24。 作者简介:胡俊利(1986一),女,河南人,硕士研究生,助理工程师, 主要研究方向为汽柴油加氢处理、加氢裂化等。E-mail:hujunli2012 @126.tom。 中的杂质,改善油品的安定性,通常用于处理质量 较好的直馏柴油。柴油加氢精制技术发展历程较 ·20· 能源化工 2016年第37卷第1期 和催化剂表面酸性的调变技术,使FDS—i催化剂具 有高脱硫活性的同时,还具有良好的脱氮和脱芳烃 性能,可处理国内外炼厂中低硫含量劣质柴油。工 业应用结果表明:采用FDS一1催化剂,在反应压力 6~8 MPa、体积空速1.0~2.5 h~、反应温度320~ 360 cC、氢油比(300~600):1的条件下,处理柴油原 料[硫质量分数(1 500~4 000)×10 ],可直接生产 国V柴油(硫质量分数小于10x10 ),已达国际先 进水平 。 中国石化抚顺石油化工研究院(FRIPP)研发了 FHUDS柴油深度加氢脱硫技术,催化剂由最初的 FHUDS-2、FHUDS-5已经发展到了新一代FHUDS- 6脱硫催化剂。该催化剂采用复合助剂改性的氧化 铝为载体,以W-Mo—Ni—Co为活性成分,可用于处 理劣质柴油(硫质量分数16 O00x10 );在氢气分压 6.4 MPa、体积空速2.5 h~、氢油比350:1的条件下, 可将硫质量分数降至10x10~。该技术目前已在多 套装置上实现工业化,且运行良好。 大庆化工研究中心和中国石油大学联合开发 了DBS-10系列技术 J,主要包括DBS系列保护剂 和催化剂,可处理焦化柴油、催化柴油劣质二次加 工原油,生产国V柴油(硫质量分数小于10x10 ), 且柴油收率可比同等催化剂提高0.3%。 WANG等 指出,加氢催化剂制备中载体的 Si/A1比例对催化剂的性能影响较大。采用相同的 催化剂制备方法制备Si/A1摩尔比分别为3.5,4.8, 5.5的催化剂,然后分别在320℃和360℃条件下 加工劣质柴油,结果表明:芳烃转化率随着Si/A1比 的增大而增大,当催化剂Si/A1摩尔比为5.5时,芳 烃转化率可达95%,因此,高的Si/A1比使催化剂活 性更高,有机硫转化率明显提高。 1.2国外柴油加氢精制技术现状 Haldor Topsoe_5 研发的Brim 技术可用于生产 超低硫柴油,目前已被应用于全球170多套装置。该 技术优化了催化剂活性中心,可有效脱除带强烈位阻 的杂原子。目前BrimⅢ技术采用的催化剂有TK- 574,TK-576,TK-578,TK-573,TK-575,可处理多种 原料,生产超低硫(硫质量分数5×10。。)柴油。 全球加氢技术联盟 研发了UDHDS超深度加 氢脱硫技术,采用单段单反应器工艺流程,可达到 深度脱硫效果。 Criterion公司研发的ASCENT技术可用于生产 超低硫柴油。该技术有效提高了催化剂中活性成 分的分散度,在同等使用条件下,催化剂的使用量 可降低25%~50%。 Et本凯金公司开发了STARS加氢技术 J,包含 超深度脱硫催化剂KF757和活性极高的KF-848催 化剂,并已成功工业化。 Exxon Mobil公司开发了DODD深度脱硫技术, 可处理的原料范围较宽,且反应条件缓和。 Mayo等 研究表明:加氢精制反应器可分成不 同的反应区,第一区硫化氢和氨含量低,氢分压高, 加氢脱硫反应迅速;第二区主要是加氢脱氮反应, 脱硫速率低;第三区可在较低氢分压下深度脱硫。 根据Mayo等的研究结果,由于催化剂的合理有效 装填,大大优化了加氢脱硫效果。 法国石油研究院研发了HR-416加氢脱硫技术 和HR-448超深度加氢脱硫技术¨ ,其中HR-448 技术可用于处理焦化柴油、催化柴油,可深度脱硫。 Shell公司研发的Shell middle distillate hydro. genation process工艺,采用两段加氢流程,可实现深 度脱硫和芳烃饱和¨ 。由Sheu公司、ABB Lummus Global公司和Criterion催化剂公司联合开发的Syn. HDS工艺可实现深度脱硫,硫质量分数可降至10x 1O 以下。 Mochida等 研发了多催化剂床层一催化反应 蒸馏工艺,通过在一个反应器中装填不同催化剂, 油气逆流操作,实现轻重组分分别脱硫,可在较低 氢分压下达到较好的脱硫效果。 Process Dynamics和LBPP公司联合开发了Iso. Therming technology,采用预反应与反应两段加氢工 艺,可实现深度脱硫,且反应无需氢气循环流程,极 大的降低了装置能耗,有较大的经济优势_1}"J。 SK Corporation Korea公司开发了SK HDS技 术,在反应器中只脱硫,反应后的超低硫柴油通过 吸附剂脱氮,该工艺目前也已经工业化¨ 。 2柴油加氢改质技术现状 柴油加氢改质技术相当于中压加氢裂化,是在 临氢条件下,对双环及多环芳烃选择性开环饱和、 裂化,生成链烷烃、单环芳烃及环烷烃以提高十六 烷值,降低芳烃含量。柴油加氢改质通常会配以加 氢精制催化剂进行脱硫和脱氮l14]。柴油加氢改质 技术通常用于处理劣质的二次加工柴油。 胡俊利等 柴油加氢技术研究现状 ·21· 2.1国内柴油加氢改质技术现状 中国石化抚顺石油化工研究院开发的MCI (Maximum Cetane number Improvement)技术采用精 制、改质一段串联工艺,精制段采用FH-5、FH一5A 和FH一98精制剂,改质段采用MCI改质剂,可大幅 度提高十六烷值,并且柴油收率较高¨ 。 中国石化石油化工科学研究院(RIPP)针对催 化裂化柴油,研发了RICH技术,采用单段单剂和一 次通过的工艺流程,催化剂采用RIC系列,可同时 完成脱硫、脱氮、烯烃饱和、芳烃饱和及选择性开环 等反应,从而最大限度的提高十六烷值 。 2.2国外柴油加氢改质技术现状 AXENS公司研发的Prime-D技术,具有多个系 统,通过增加反应器、改变流程及选择合适的催化 剂,对各种原料都有很好的适应性,且反应条件缓 和,可采用较低氢分压和较高的空速。其中HR一 448Ni—Mo催化剂可有效提高十六烷值,提高油品 稳定性。 Haldor Topsoe_5 研发了深度脱硫脱芳技术HDS/ HDA,采用两段联合工艺,第一段装填Ni—Mo催化剂 脱硫,第二段采用耐硫贵金属催化剂,可使芳烃质量 分数降至5%以下。其耐硫贵金属催化剂有TK一907、 TK-911和TK-915等3种,其中TK一915活性最高、 TK一91 1活性次之,TK-907活性最低。 全球加氢技术联盟 研发的HDAr技术,采用 贵金属催化剂两段加氢系统,可有效饱和多环芳 烃,且成本较低。 美国Criterion公司研发的EAS技术,采用单段 芳烃饱和技术,可处理劣质柴油,芳烃转化率可 达50%。 UOP公司¨刮开发的MQD技术采用两段加氢, 采用AS-250贵金属催化剂,可使芳烃深度饱和、选 择性开环裂化,从而提高十六烷值。 荷兰Akzo Nobel公司¨叫开发的KF一848催化 剂可显著降低柴油总芳烃含量,并提高十六烷值。 法国石化研究院 刮研发的HR系列加氢催化剂 可用于加工催化柴油或焦化柴油,能够深度脱硫、脱 芳,同时改善柴油的氧化安定性,提高十六烷值。 德国南方化学和美国联合催化剂公司 合作开 发的ASAT系列催化剂,采用分子筛和粘结剂作为载 体,铂和钯作为活性中心,可将催化柴油总芳烃质量 分数降至10%以下,稠环芳烃质量分数降至1%以下。 由Shell公司、ABB Lummus Global公司和Crite. rion催化剂公司¨副联合开发的SynShilf工艺通过选 择性开环技术,可生产超低硫柴油,提高十六烷值; SynShift工艺配合Synsat工艺可实现深度脱硫、深度 脱芳和降低r9 (95%馏出温度)的目的。 3柴油临氢降凝技术现状 柴油的凝点受柴油中正构烷烃含量的影响,正 构烷烃含量越高、碳原子数越大,柴油的凝点就越 高。对于冬季高冷地区,柴油的凝点成为制约柴油 质量的关键因素。临氢降凝技术是在氢气氛围下, 选用合适的催化剂,对正构烷烃择形异构或择形裂 化,从而改善柴油的凝点。其中择形异构可维持柴 油的高收率,而择形裂化会使一部分柴油馏分裂化 为汽油馏分,降低柴油收率。 3.1国内柴油临氢降凝技术现状 中国石化抚顺石油化工研究院先后研发了 FHW,FHDW,FHI柴油降凝工艺技术_1 ,并成功应 用。其中FDW-1催化剂以ZSM-5分子筛为基质, 采用无胺法合成。抚顺石油化工研究院对该技术 所用原料及制备技术均有自主产权,在此技术上, 他们再次研发出了FDW-3新型催化剂。FHDW技 术采用精制一降凝一段串联工艺,原料油在精制段 脱硫、脱氮、芳烃饱和,随后进入降凝段择形裂 解 J。FHI技术同时结合了FHW和MCI技术的优 点,可灵活应用于多种情况。FHI技术采用单剂或 双剂串联工艺,在高压或中压条件下,可实现深度 脱氮、脱硫、选择性开环和正构烷烃异构化反应同 时进行,并使重馏分油适度加氢裂化。使用该技术 柴油产品收率可达80%~98%。FHI技术采用的组 合催化剂,由常规高活精制剂、FC-20、FC一14组成, 其中FC一20裂化性能强、Fc一14催化异构能力较 强。目前FHW,FHDW,FHI技术均已实现工业化。 3.2 国外柴油临氢降凝技术现状 Mobil公司在柴油降凝领域取得了很多进展, 包括开发了异构脱蜡贵金属催化剂,可使转化率大 大提高,柴油的收率也明显提高;还研发了加氢处 理一异构脱蜡技术MIDW,有无段间气体分离和有段 间气体分离2种流程。Mobil开发的CFI技术,通过 正构链烷烃选择性裂化,可有效改善油品的低温流 动性,使用的催化剂主要是以氧化铝为载体的Ni. Mo精制剂和Pt贵金属异构脱蜡剂 。 ·22· 能源化工 2016年第37卷第1期 Shell公司开发了SDD加氢脱蜡技术,包括 SDD800和SDD801催化剂。其中SDD800为非贵 金属催化剂,耐硫耐氮;SDD801为贵金属催化剂, 具有异构选择性高、活性好、柴油收率高的特点。 UOP公司开发的MQD Unionfining技术中,催 化脱硫催化剂为HC一8O,异构脱蜡催化剂为 DW一10。 美国Criterion公司开发的改质一降凝组合技术 中,采用DN-200/DN-31 10为改质剂、SDD800为降 凝剂,通过调整反应条件,可实现冬季生产低凝柴 油、夏季生产优质柴油的目的。 4结语 1)在能源紧缺、原油质量日益变差,而环保法 对车用柴油清洁度的要求却越来越严格的形势下, 柴油质量升级的要求十分迫切。目前国内外研发 出了多种柴油质量升级的技术和催化剂,但是由于 原油质量不同及区域差异,任何一种技术都不能生 搬硬套,应根据实际情况,灵活选择。 2)超低硫柴油是未来发展的方向,高效催化剂 及更合理的反应器内构件是制约脱硫效果的关键 因素。 3)单纯的柴油加氢精制技术往往满足不了柴 油产品对标号及凝点的要求,因此单段双剂加氢、 加氢精制串联改质或加氢精制串联临氢降凝是柴 油加氢技术的常用处理手段。 4)目前,我国柴油质量升级技术与发达国家比 还有一定差距,应致力于研发更稳定、更高效的催化 剂,进一步优化工艺条件,以满足柴油质量升级要求。 参考文献 [1] 乔迎超,曾榕辉.高密度、低十六烷值柴油加氢改质 生产优质清洁柴油工艺研究[J].当代化工,2012,41 (1):45—47. [2] 李龙,高恩永.试析几种催化柴油加氢改质技术[J]. 中国化工贸易,2013(9):204. [3] 徐春明,杨朝合.石油炼制技术[M].北京:石油工业 出版社,2009:372-448. [4] 刘晨光,柴永明,韩建立.FDS-1柴油深度加氢脱硫催 化剂及工艺技术开发[J].石油科技论坛,2011,6: 66-68. [5] 朱庆云.柴油加氢技术最新进展及应用分析[C]. 2013年中国石油炼制技术大会论文集//茂名:2013年 中国石油炼制技术大会,2013:144—150. 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