格尔木炼油厂催化柴油加氢改质装置的探讨

2022-09-11

格尔木炼油厂作为青海油田分公司的重要组成是青藏两省唯一的一座年产油量在百万吨以上的炼厂。它主要出产柴油、汽油、甲醇等产品, 售往国内的中部、东部等地, 凭借其优质的产品及服务在市场上赢得美誉。近年来, 为进一步优化柴油品质, 增加柴油年产量, 更好的提供能源服务, 格尔木炼油厂实行了一系列改造项目, 建设了柴油加氢改质装置, 成功的使柴油品质升至国V标准。

1 格尔木炼油厂催化柴油加氢改质装置概述

2007年末, 经股份公司批复, 格尔木炼油厂改造项目准建。次年8月, 格尔木炼油厂柴油改质装置开始进入到全面建设阶段, 这一产油量在80万吨/年的装置成为了当时优化格炼产品质量的重要设备。它的建设推进了质量升级改造, 使该厂炼油量高出原有产量的50%, 达到150万吨。

2014年, 格尔木炼油厂又再一次对柴油质量进行升级改造, 不仅成功的将柴油产量提高到原有的97%, 同时进一步优化了柴油品质, 降低了生产能耗, 实现了优质、高产、节能的共赢。该次产品升级项目中, 装置设计主要由两部分组成:一是加氢改质装置;二是加氢精制装置。其中, 前者产量80万吨/年, 采用加氢改质降凝技术, 后者产量15万吨/年, 采用柴油加氢精制工艺。该项设计的主体已于2014年9月施工完毕, 直到现在, 新建装置仍然运行平稳, 发挥着重要作用。

2 催化柴油加氢改进装置的应用背景及反应原理

催化裂化是进行柴油生产时用到的主要加工技术, 特别是催化技术, 有超过30%的柴油是以该种技术加工而成。但是现阶段, 随着加工的深化, 基于催化裂化的装置在进行柴油加工时硫、氮安定性不足, 使得柴油质量逐渐变差, 尤其是在十六烷值方面, 市售柴油普遍呈现出偏低的现象, 这使得柴油燃烧性能降低, 不能满足使用要求。目前, 解决上述问题的办法有两种, 深度脱硫脱芳由于过高的成本投入而没有得到推广, 加氢改质技术则凭借其良好的工作效益得到广泛使用。现阶段该项技术已投入使用并在逐步优化之中, 基于该项技术的催化柴油加氢改质装置的应用原理如下:

如图所示:从图1可以看出, 柴油十六烷值受杂原子含量影响, 同时受到柴油分子碳数的限制, 观察图2可以发现, 它与芳烃含量间呈现出一种线性关系。由此可以看出, 如果燃料中催化柴油成分较高, 采用降低柴油芳烃含量办法, 能够实现提高柴油十六烷值的目的。

提升十六烷值时, 分析芳烃含量是工作展开的前提的基础。通过高压液相色谱等技术分析表明, 芳烃在馏分油中有以下几种存在形式: (1) 单环芳烃; (2) 双环芳烃; (3) 三环芳烃; (4) 稠环芳烃。在加氢条件下, 通过充分的融合, 柴油中的芳烃会发生饱和反应, 具体如下:

通过反应式可以发现, 该种反应属于可逆反应, 绝对的芳烃饱和只能出现在理论上, 在热力学平衡原理限制下实际操作中不可能实现。但是由于多个苯环中, 当加氢以后, 一般情况下是首个苯环常数偏高, 所以加氢精制时, 往往是越后面的苯环加氢操作越易于进行。此外, 上述几种芳烃形式加氢速率、饱和速率等都存在差异, 所以综合多方因素考虑, 为了使柴油十六烷值提高效果明显, 需借助芳烃反应机理利用催化剂通过饱和反应来提高柴油质量。

3 催化柴油加氢改质装置中的技术应用及特点

通常, 如果柴油比例中直馏、焦化柴油比重高, 柴油十六烷值并不在亟待调整情况下便可以利用加氢精制的办法来优化柴油质量。几年前, 相关研究院曾研制出一种柴油催化剂, 能够实现深度脱硫加氢, 这一制剂在多个加氢装置中的应用效果良好, 符合质量升级需求, 为柴油产品的优化提供了很好的技术支持, 其技术特点如下: (1) 柴油收率高, 通常情况下能达到95%甚至更高; (2) 产出柴油为清洁柴油, 硫含量低, 一般不高于10μg/g; (3) 由于压力等级偏低, 基于该项技术的装置建设及操作成本低; (4) 催化剂性能强, 加氢脱硫效果明显, 适用性较为灵活。