崔小琴，楊清貧，郭朝暉，屈葉青

(1.青海大學(xué)化工學(xué)院，西寧 810016；2.湖南長(zhǎng)嶺石化科技開(kāi)發(fā)有限公司)

噴氣燃料精制的主要目的是選擇性脫除噴氣燃料原料中的硫醇硫、酸性物和氮化物，解決噴氣燃料腐蝕及安定性問(wèn)題[1]，主要工藝有非臨氫精制和臨氫精制。非臨氫精制主要包括堿洗工藝、催化氧化工藝和吸附工藝等，該工藝存在原料要求高、過(guò)程復(fù)雜、能耗高、廢渣量大，環(huán)保隱患嚴(yán)重等問(wèn)題[2-3]；相比而言，隨著國(guó)家環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格以及煉油廠固體廢物處理難度升級(jí)，雖然加氫精制工藝需要消耗一定量氫氣、投資較高，但是該工藝以綠色環(huán)保為主要特色，成為煉油廠噴氣燃料精制的主要手段[4-5]。中國(guó)石油青海油田格爾木煉油廠(格爾木煉油廠)為青藏高原唯一一座煉油廠，產(chǎn)品主要供應(yīng)西藏及格爾木周邊地區(qū)，目前還沒(méi)有噴氣燃料生產(chǎn)裝置和噴氣燃料產(chǎn)品。因此，考慮如果能利用現(xiàn)有原料直接生產(chǎn)噴氣燃料產(chǎn)品，不僅可以緩解西藏地區(qū)噴氣燃料供應(yīng)緊張的局面，而且還能帶來(lái)長(zhǎng)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。本研究以格爾木煉油廠常一線油為原料，進(jìn)行了管式固定床選擇性液相加氫(FITS)生產(chǎn)噴氣燃料產(chǎn)品的試驗(yàn)研究，主要考察反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度、空速、氫油比等條件對(duì)FITS加氫生產(chǎn)噴氣燃料質(zhì)量的影響，并通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)催化劑活性、脫硫率、脫硫醇率、脫酸率的變化，分析該工藝實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)的可行性。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料與催化劑

格爾木煉油廠常一線油的性質(zhì)如表1所示。試驗(yàn)采用由中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院研制的牌號(hào)為RSS-2的噴氣燃料加氫催化劑。催化劑RSS-2的主要性質(zhì)見(jiàn)表2。

1.2 試驗(yàn)流程

噴氣燃料FITS加氫工藝是中國(guó)石化和湖南長(zhǎng)嶺石化科技開(kāi)發(fā)有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新一代噴氣燃料加氫工藝，試驗(yàn)裝置流程如圖1所示。催化劑裝填100 mL，氫氣在氣液混合器中被分散成微納米級(jí)氣泡后與原料泵打入的噴氣燃料原料充分混合，再自下而上進(jìn)入加氫反應(yīng)器，加氫后生成油經(jīng)高壓分離器、低壓分離器后進(jìn)行氣液分離。

圖1 FITS加氫試驗(yàn)裝置流程1—?dú)錃猓?2—?dú)錃饬髁坑?jì)； 3—原料罐； 4—原料泵；5—?dú)庖夯旌掀鳎?6—管式反應(yīng)器； 7—高壓分離器； 8—低壓分離器

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝條件考察

2.1.1反應(yīng)壓力的影響在反應(yīng)溫度為260 ℃、體積空速為8.0 h-1、氫油體積比為10 的條件下，考察反應(yīng)壓力由2.0 MPa升高至4.0 MPa時(shí)對(duì)噴氣燃料FITS加氫效果的影響，結(jié)果如表3所示。

2.1.2反應(yīng)溫度的影響在反應(yīng)壓力為3.0 MPa、體積空速為8.0 h-1、氫油體積比為10的條件下，考察反應(yīng)溫度由240 ℃升高至320 ℃時(shí)對(duì)噴氣燃料FITS加氫效果的影響，結(jié)果如表4所示。

2.1.3空速的影響在反應(yīng)壓力為3.0 MPa、反應(yīng)溫度為280 ℃、氫油體積比為10的條件下，考察體積空速由4.0 h-1升高至12.0 h-1時(shí)對(duì)噴氣燃料FITS加氫效果的影響，結(jié)果如表5所示。

2.1.4氫油比的影響在反應(yīng)壓力為3.0 MPa、反應(yīng)溫度為280 ℃、體積空速為8.0 h-1的條件下，考察氫油體積比由10升高至50時(shí)對(duì)噴氣燃料FITS加氫效果的影響，結(jié)果如表6所示。

由表3～表6可以看出：反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度和氫油比均與加氫反應(yīng)效果呈正相關(guān)性，其中氫油比對(duì)加氫反應(yīng)的影響較為緩和，在反應(yīng)壓力3.0 MPa、反應(yīng)溫度280 ℃、體積空速8.0 h-1和氫油體積比10的條件下就能滿(mǎn)足化學(xué)氫耗的要求，脫硫率達(dá)87%、脫硫醇率達(dá)85%、脫酸率達(dá)78%，這主要是由于FITS工藝具有良好的氣液混合效果和高效的反應(yīng)效率；另一方面，體積空速低于8 h-1時(shí)加氫脫硫率和脫硫醇率均可達(dá)到85%以上，但是當(dāng)體積空速大于8 h-1時(shí)，隨著空速的進(jìn)一步增加，脫硫率、脫硫醇率和脫酸率下降較快，這說(shuō)明FITS工藝適合較大空速進(jìn)料，但體積空速不宜大于8 h-1。

2.2 常一線原料的FITS加氫試驗(yàn)

在反應(yīng)壓力為3.0 MPa、反應(yīng)溫度為280 ℃、體積空速為8.0 h-1以及氫油體積比為10的優(yōu)化工藝條件下，進(jìn)行格爾木煉油廠常一線原料的FITS加氫試驗(yàn)，以生產(chǎn)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)GB 6537—2006的噴氣燃料產(chǎn)品，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。由表7可以看出，此時(shí)產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)GB 6537—2006的要求，說(shuō)明以格爾木煉油廠常一線為原料，采用催化劑RSS-2，可以由FITS工藝生產(chǎn)出合格的3號(hào)噴氣燃料產(chǎn)品。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高反應(yīng)苛刻度，在反應(yīng)壓力4.0 MPa、反應(yīng)溫度300 ℃、體積空速8.0 h-1和氫油體積比40的條件下，進(jìn)行生產(chǎn)低硫噴氣燃料的試驗(yàn)，結(jié)果如表8所示。由表8可以看出：在試驗(yàn)條件下，可以生產(chǎn)出硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10 μgg的噴氣燃料餾分，可以作為清潔柴油調(diào)合組分與柴油一起出廠。

2.3 穩(wěn)定性試驗(yàn)

在反應(yīng)壓力為3.0 MPa、反應(yīng)溫度為280 ℃、體積空速為8.0 h-1和氫油體積比為10的條件下，進(jìn)行了1 000 h的格爾木煉油廠常一線原料的FITS加氫試驗(yàn)，結(jié)果如表9所示。由表9可以看出：經(jīng)過(guò)1 000 h的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，催化劑的活性保持平穩(wěn)，未見(jiàn)下降趨勢(shì)，其中噴氣燃料原料的脫硫率基本穩(wěn)定在87%左右、脫硫醇率基本穩(wěn)定在85%左右、脫酸率基本穩(wěn)定在80%左右，這表明噴氣燃料FITS加氫工藝能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。

3 工業(yè)裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及格爾木煉油廠實(shí)際原油加工情況，設(shè)計(jì)了一套150 kta噴氣燃料FITS加氫工業(yè)裝置，裝置作為加氫模塊鑲嵌在現(xiàn)有常減壓蒸餾裝置中，以常壓渣油為裝置熱源，并利用現(xiàn)有常減壓蒸餾裝置的公用工程。相比常規(guī)滴流床加氫裝置，減少了加熱爐、循環(huán)氫壓縮機(jī)、反應(yīng)流出物空氣冷卻器等設(shè)備，投資及能耗大幅降低。通過(guò)設(shè)計(jì)核算，該裝置在建設(shè)投資、加工能耗、占地面積等方面均低于同等規(guī)模滴流床加氫裝置，具有良好的工業(yè)化前景，具體對(duì)比如表10所示。

4 結(jié) 論

(1)以格爾木煉油廠常一線油為原料，采用FITS加氫技術(shù)能夠在較為緩和的條件下(反應(yīng)壓力3.0 MPa、反應(yīng)溫度280 ℃、體積空速8.0 h-1、氫油體積比10)，生產(chǎn)出滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6537—2006的軍用和民用噴氣燃料產(chǎn)品；進(jìn)一步提高反應(yīng)苛刻度，在反應(yīng)壓力4.0 MPa、反應(yīng)溫度300 ℃、體積空速8.0 h-1、氫油體積比40的條件下可以生產(chǎn)出硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10 μgg的低硫清潔噴氣燃料產(chǎn)品；經(jīng)過(guò)1 000 h的穩(wěn)定性試驗(yàn)，催化劑的活性保持平穩(wěn)，表明FITS工藝能滿(mǎn)足裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)要求。

(2)格爾木煉油廠利用現(xiàn)有原料，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一套150 kta噴氣燃料FITS加氫工業(yè)裝置，核算結(jié)果表明：FITS裝置在投資、占地和加工能耗等方面均低于現(xiàn)有同等規(guī)模滴流床加氫裝置，具有良好的工業(yè)化前景。