李正平，張 銳，胡春生，王 偉，張海源，徐 凱

(1.中韓(武漢)石油化工有限公司，武漢 430082；2.中國石化石油化工科學(xué)研究院)

噴氣燃料的全球表觀消費(fèi)量年增長(zhǎng)率大約為5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽油、柴油的需求增長(zhǎng)幅度；而亞太地區(qū)的噴氣燃料消費(fèi)增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于世界平均水平，尤其在中國。目前，中國是僅次于美國的世界第二大噴氣燃料消費(fèi)國，國內(nèi)噴氣燃料需求量逐年提高，近十年來的噴氣燃料消費(fèi)量年均增速為10.1%[1]。2018年中國民用航空噴氣燃料消費(fèi)量為34.63 Mt，2019年噴氣燃料消費(fèi)量為36.84 Mt，同比增長(zhǎng)6.4%。雖然2020年和2021年全球航空業(yè)對(duì)噴氣燃料的需求放緩，但預(yù)計(jì)到2025年，中國民用航空噴氣燃料需求量將達(dá)到49.37 Mt左右[2]。

增產(chǎn)噴氣燃料、壓減柴油已成為當(dāng)前煉油企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提質(zhì)增效的重要方向?，F(xiàn)階段我國主要通過常一線油加氫精制和減壓蠟油加氫裂化兩條工藝路線來生產(chǎn)噴氣燃料[3]。國內(nèi)噴氣燃料加氫精制裝置主要采用RHSS技術(shù)加工常一線油[4]，該技術(shù)的特點(diǎn)之一是反應(yīng)壓力低(氫分壓為1.6 MPa)，可以低成本、簡(jiǎn)單、高效地生產(chǎn)噴氣燃料。常一線油的終餾點(diǎn)一般為220～240 ℃[5]。根據(jù)對(duì)多家煉油廠常一線油原料性質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn)，通過適當(dāng)提高原料終餾點(diǎn)，可以將適用于生產(chǎn)噴氣燃料的常一線油拔出率提高30%～60%，以充分利用直餾餾分油，從而實(shí)現(xiàn)低成本大幅增產(chǎn)噴氣燃料的目標(biāo)。

1 拓寬餾程增產(chǎn)噴氣燃料加氫精制技術(shù)

3號(hào)噴氣燃料標(biāo)準(zhǔn)要求精制噴氣燃料的色度(賽波特)大于25號(hào)，同時(shí)給出了保持顏色的安定性要求[6]。拓寬餾程后常一線油的性質(zhì)往往較拓寬餾程之前變得更差，特別是其氮含量會(huì)大幅度提高，而為了得到顏色安定性好的精制噴氣燃料，需要將其中的堿性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)脫除至小于1 μg/g。現(xiàn)有的低壓噴氣燃料加氫工藝可以通過提高反應(yīng)苛刻度對(duì)氮化物進(jìn)行深度脫除，但過高的反應(yīng)溫度不利于改善產(chǎn)品的顏色，這就給現(xiàn)有的噴氣燃料加氫精制工藝帶來了兩個(gè)技術(shù)問題，一是如何改善產(chǎn)品的顏色，二是如何保持顏色的安定性?；谝陨蟽蓚€(gè)關(guān)鍵問題，既要實(shí)現(xiàn)低壓條件下深度加氫脫氮又要保持精制產(chǎn)品的高色度(賽波特)，中國石化石油化工科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱石科院)開發(fā)了拓寬餾程增產(chǎn)噴氣燃料加氫精制(JeFIT)技術(shù)[7]。JeFIT技術(shù)通過設(shè)置兩個(gè)反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)在低壓下加工高終餾點(diǎn)噴氣燃料餾分：第一反應(yīng)器(一反)反應(yīng)溫度較高，在其中可以完成常一線油中氮化物的徹底脫除；第二反應(yīng)器(二反)反應(yīng)溫度較低、體積空速較高，在其中脫除影響噴氣燃料產(chǎn)品色度的物質(zhì)，以改善噴氣燃料的顏色。

2 裝置改造情況

中韓(武漢)石油化工有限公司[簡(jiǎn)稱中韓(武漢)石化]2號(hào)噴氣燃料加氫裝置于2016年由原0.25 Mt/a汽油加氫裝置改造而來。為進(jìn)一步拓寬噴氣燃料原料的來源，裝置采用石科院開發(fā)的JeFIT技術(shù)對(duì)現(xiàn)有流程進(jìn)行改造，并配套采用低壓噴氣燃料加氫精制催化劑RSS-2及RG系列保護(hù)劑。中韓(武漢)石化利用2020年全廠大檢修對(duì)裝置進(jìn)行消缺改造，并將裝置的噴氣燃料加工能力提高到0.50 Mt/a。裝置主要改造內(nèi)容包括：①反應(yīng)部分采用串聯(lián)工藝，利舊原汽油加氫裝置保護(hù)反應(yīng)器作為二反，并增加反應(yīng)產(chǎn)物/反應(yīng)進(jìn)料換熱器；②按0.50 Mt/a噴氣燃料加工能力更換汽提塔及其重沸器；③對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物/精制產(chǎn)品換熱器進(jìn)行原位更換；④增加獨(dú)立的噴氣燃料產(chǎn)品補(bǔ)充精制系統(tǒng)，使2號(hào)噴氣燃料加氫裝置成為一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)。改造后的裝置工藝流程示意見圖1。

圖1 改造后的裝置工藝流程示意

3 裝置的工業(yè)標(biāo)定

裝置于2020年12月經(jīng)過工藝改造后一次開車成功，之后持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。為了評(píng)價(jià)JeFIT技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用效果，于2021年6月8日至6月11日進(jìn)行了工業(yè)標(biāo)定，考察裝置在100%負(fù)荷(處理量為0.5 Mt/a)下的運(yùn)行效果和催化劑活性情況，并考察工藝設(shè)備和儀表等的運(yùn)行情況。

3.1 標(biāo)定原料

2021年6月8日18：00至6月11日18：00(共計(jì)72 h)對(duì)裝置進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定期間，2號(hào)常減壓蒸餾裝置的常一線油終餾點(diǎn)按260～265 ℃控制，并直供本裝置使用。標(biāo)定期間的原料油性質(zhì)見表1。

從表1可以看出，標(biāo)定期間常一線油原料的密度和設(shè)計(jì)原料相當(dāng)，終餾點(diǎn)為262 ℃，滿足技術(shù)要求。當(dāng)終餾點(diǎn)提高至260 ℃時(shí)，常一線油抽出量較終餾點(diǎn)為238 ℃時(shí)提高了36%，可見提高常一線油的終餾點(diǎn)可以有效實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)噴氣燃料原料的目的。另外，隨著常一線油終餾點(diǎn)的提高，其冰點(diǎn)也會(huì)有所提高(拓寬餾程前冰點(diǎn)為-51 ℃)，而由于加氫工藝幾乎不改變噴氣燃料的冰點(diǎn)，精制噴氣燃料的冰點(diǎn)由原料決定，故常一線油原料的終餾點(diǎn)需要嚴(yán)格控制，以使其冰點(diǎn)不高于-47 ℃。

表1 標(biāo)定期間的原料油性質(zhì)

3.2 標(biāo)定期間操作參數(shù)

標(biāo)定期間維持一反入口溫度為328 ℃，二反入口溫度為259 ℃，一反入口壓力為1.8 MPa，反應(yīng)系統(tǒng)一次通過中壓氫氣，氫氣量約為9 300 m3/h，氫油體積比約為120。裝置標(biāo)定期間反應(yīng)部分的主要操作參數(shù)見表2。從表2可以看出，一反入口溫度、二反入口溫度均按設(shè)計(jì)值控制，僅一反入口壓力略低于設(shè)計(jì)值，其他各項(xiàng)操作參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 標(biāo)定期間反應(yīng)部分的主要操作參數(shù)

3.3 產(chǎn)品性質(zhì)

標(biāo)定期間的精制噴氣燃料性質(zhì)如表3所示。由表3可以看出：精制噴氣燃料中未檢出硫醇硫，表明其中的硫醇硫被幾乎全部脫除；總酸值為0.001 mgKOH/g，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 μg/g，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 μg/g，堿性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8 μg/g，色度(賽波特)為+30號(hào)，特別是熱氧化安定性破點(diǎn)溫度大于320 ℃，靜態(tài)安定性氧化沉淀量為4.6 mg/(100 mL)，其他各項(xiàng)指標(biāo)均滿足3號(hào)噴氣燃料指標(biāo)要求。

表3 精制噴氣燃料的性質(zhì)

3.4 裝置的物料平衡和能耗數(shù)據(jù)

裝置設(shè)計(jì)物料平衡是按照氫氣循環(huán)流程設(shè)計(jì)，無廢氫[低壓分離器氣體(簡(jiǎn)稱低分氣)]排放，實(shí)際標(biāo)定時(shí)裝置采用中壓氫氣一次通過流程，低分氣排放至3號(hào)噴氣燃料加氫裝置新氫罐。由于JeFIT工藝氫耗較低，而加氫反應(yīng)產(chǎn)生的少量硫化氫、氨等隨低分氣排出，可以送至氫氣回收單元經(jīng)提純后使用。標(biāo)定期間的物料平衡數(shù)據(jù)見表4。從表4可以看出，采用JeFIT工藝所得精制噴氣燃料的收率為98.56%，若考慮輕餾分油的收率為0.37%，再加上新氫一次通過的影響，低分氣中勢(shì)必?cái)y帶部分輕質(zhì)油品，則精制噴氣燃料的收率實(shí)際應(yīng)在99%以上，可以滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。

表4 標(biāo)定期間的物料平衡數(shù)據(jù) w,%

標(biāo)定期間裝置的能耗數(shù)據(jù)見表5。從表5可以看出：裝置的能耗為310.16 MJ/t，較設(shè)計(jì)能耗降低41.3%，這是由于采用氫氣一次通過流程時(shí)停開循環(huán)氫壓縮機(jī)，實(shí)際能耗較低；裝置動(dòng)力成本為8.52元/t；在能耗和動(dòng)力成本中，中壓蒸汽消耗量均占據(jù)一半的比例。實(shí)際生產(chǎn)中，可以進(jìn)一步通過優(yōu)化分餾塔塔底溫度，降低分餾塔塔底重沸器負(fù)荷，從而降低中壓蒸汽消耗量，將更有助于裝置節(jié)能。

表5 能耗數(shù)據(jù)

3.5 長(zhǎng)周期運(yùn)行情況

裝置自2020年12月31日開工至2021年12月31日已經(jīng)累計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行1年。以下對(duì)此過程中所加工的原料油性質(zhì)、精制產(chǎn)品性質(zhì)以及主要工藝參數(shù)進(jìn)行總結(jié)。

穩(wěn)定運(yùn)行期間原料油主要性質(zhì)(硫醇硫含量和堿性氮含量)的變化趨勢(shì)如圖2所示。從圖2可以看出，原料油的硫醇硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～80 μg/g，堿性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6～10 μg/g，僅在第310～360天期間(2021年第四季度)所加工的原料中硫醇硫含量較高。

圖2 原料油主要性質(zhì)隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的變化

穩(wěn)定運(yùn)行期間的平均反應(yīng)溫度變化趨勢(shì)如圖3所示。從圖3可以看出，一反平均溫度為250 ℃，二反平均溫度為200 ℃。在標(biāo)定期間按照設(shè)計(jì)工況采用終餾點(diǎn)為260 ℃的常一線原料油，同期將反應(yīng)溫度調(diào)整至加工擴(kuò)寬餾分原料油所需要的溫度。由于受噴氣燃料的消費(fèi)量出現(xiàn)供大于求的影響，中韓(武漢)石化能夠根據(jù)噴氣燃料的市場(chǎng)情況，以原料油的性質(zhì)為基準(zhǔn)，靈活調(diào)整JeFIT工藝反應(yīng)溫度，始終保證在較低的氫分壓下生產(chǎn)合格的噴氣燃料產(chǎn)品。在整個(gè)運(yùn)行期間，兩個(gè)反應(yīng)器平均溫度基本維持不變，表明催化劑穩(wěn)定性良好，為裝置的平穩(wěn)運(yùn)行提供了可靠的基礎(chǔ)。

圖3 平均反應(yīng)溫度隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的變化

穩(wěn)定運(yùn)行期間裝置所得精制噴氣燃料產(chǎn)品的主要性質(zhì)(硫醇硫含量和色度)如圖4所示。從圖4可以看出，精制產(chǎn)品硫醇性硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在3～15 μg/g范圍內(nèi)，色度(賽波特)始終保持在+30號(hào)。

圖4 精制噴氣燃料產(chǎn)品硫醇硫含量和色度隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的變化

上述的運(yùn)行結(jié)果以及精制噴氣燃料產(chǎn)品性質(zhì)表明裝置所采用的RSS-2催化劑活性高、穩(wěn)定性好，且采用JeFIT技術(shù)改造后裝置生產(chǎn)3號(hào)噴氣燃料的可靠性良好，可實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。JeFIT工藝可以為新建以及現(xiàn)有噴氣燃料加氫裝置升級(jí)改造提供技術(shù)支撐，助力煉油企業(yè)實(shí)現(xiàn)低成本增產(chǎn)噴氣燃料。

4 結(jié) 論

(1)JeFIT技術(shù)在中韓(武漢)石化2號(hào)噴氣燃料加氫裝置上得到應(yīng)用，在標(biāo)定期間裝置各工藝操作參數(shù)正常，產(chǎn)品主要質(zhì)量指標(biāo)合格，主要設(shè)備運(yùn)行正常，實(shí)現(xiàn)了拓寬餾程增產(chǎn)噴氣燃料的目標(biāo)。裝置改造后可實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

(2)工業(yè)標(biāo)定結(jié)果顯示，JeFIT技術(shù)可以加工終餾點(diǎn)提高到262 ℃的常一線油，得到的精制產(chǎn)品堿性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1 μg/g，色度(賽波特)為+30號(hào)，氧化安定性破點(diǎn)溫度大于320 ℃，靜態(tài)安定性氧化沉淀量為4.6 mg/(100 mL)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足3號(hào)噴氣燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)30%以上直餾噴氣燃料的目標(biāo)。

(3)JeFIT工藝可以為新建以及現(xiàn)有噴氣燃料加氫裝置升級(jí)改造提供技術(shù)支撐，助力煉油企業(yè)實(shí)現(xiàn)低成本增產(chǎn)噴氣燃料。