减压渣油固定床加氢与缓和催化裂化组合工艺研究

减压渣油固定床加氢与缓和催化裂化组合工艺研究 *

邵志才，张执刚，戴立顺，许友好，聂 红

(中石化石油化工科学研究院有限公司)

摘要：利用减压渣油和未转化催化裂化蜡油(FGO)的混合原料，在液时体积空速0.20 h-1、反应器入口氢分压16.5 MPa、氢油比700的工艺条件下，开展了固定床渣油加氢试验。加氢常压渣油主要性质满足缓和催化裂化原料要求，利用加氢常压渣油开展了缓和催化裂化试验。通过渣油加氢与缓和催化裂化工艺组合，使固定床渣油加氢可以加工100%减压渣油。以减压渣油进料计，多产FGO、兼顾FGO和汽油、多产汽油3种方案的汽油+柴油质量收率分别为67.77%，66.38%，61.99%，高附加值的液化石油气质量收率分别为15.69%，16.76%，19.22%，可以实现利用减压渣油最大量生产轻质产品的目的。

关键词：减压渣油 固定床加氢 缓和催化裂化 组合工艺 多产FGO方案 兼顾FGO和汽油方案 多产汽油方案

近些年国内石油安全问题突显，原油对外依存度一直处于高位，2019年进口原油首次超过500 Mt，对外依存度达到72.6%[1]，2020年及2021年的原油对外依存度分别为73.6%和72.0%[2]，降低原油对外依存度的关键之一在于原油资源的高效利用。为了将原油“吃干榨净”，原油中重质馏分特别是减压渣油(VR)的高效加工利用至关重要。VR加工主要采用脱碳和加氢工艺路线，脱碳工艺轻质油品(汽油+柴油)产率低，相比而言，利用加氢工艺路线加工VR时原油资源的利用效率较高。渣油加氢工艺包括固定床渣油加氢工艺、沸腾床渣油加氢工艺及浆态床(又称悬浮床)渣油加氢工艺，其中沸腾床渣油加氢工艺和浆态床渣油加氢工艺可以直接加工100%VR原料从而实现油品轻质化，但其工艺复杂、操作难度高、蜡油或未转化油收率高。由于VR黏度大、杂原子含量高，固定床渣油加氢工艺一般加工VR与减压蜡油(VGO)和焦化蜡油(CGO)的混合原料，以利于提高加氢反应效果、延缓固定床渣油加氢催化剂的失活速率，从而延长装置的运行周期[3]。

中石化石油化工科学研究院有限公司(石科院)近年来开发了缓和催化裂化(选择性催化裂化)工艺，该工艺将催化裂化单程转化率控制在合理范围内，实现烷烃结构基团选择性裂化，可降低焦炭和干气产率，未转化催化裂化蜡油(FGO)收率在30%左右，FGO的金属(Ni+V)含量低、黏度低、芳香性高[4]。石科院还开发了渣油加氢-催化裂化双向组合技术(RICP)，采用低黏度、高芳香性的催化裂化重循环油(HCO)作为固定床渣油加氢原料的稀释油，提高固定床渣油加氢与催化裂化装置重油轻质化的效率[5]。结合上述工艺特点，开展了将VR掺入FGO进行固定床渣油加氢、对加氢常压渣油(常渣)进行缓和催化裂化的组合工艺研究，以期实现VR的轻质化。

1、固定床渣油加氢试验 1.1 固定床渣油加氢原料性质

典型中东高硫VR，FGO及其混合原料(VR与FGO质量比7∶3)的主要性质见表1。由表1可以看出：该VR的金属(Ni+V)含量较高，尽管FGO的金属(Ni+V)含量很低，但混合原料的金属(Ni+V)质量分数仍高达135.8 μg/g，而一般来说固定床渣油加氢原料的金属(Ni+V)质量分数低于100 μg/g；FGO运动黏度较低，VR与FGO混合后，混合原料的运动黏度大幅降至133.0 mm2/s；FGO的芳烃质量分数高达64.6%，与VR混合有利于VR中沥青质的分散[6]。

表1 VR及FGO和混合原料主要性质
Table 1 Main properties of VR and FGO as well as their mixed feedstock

1.2 装置和催化剂

采用中型固定床连续等温加氢装置进行渣油加氢试验，该试验装置设有两个反应器，催化剂最大装填量均为300 mL，采取氢气一次通过的工艺流程。

导致渣油加氢催化剂失活的一个重要原因是金属Ni和V的沉积，针对混合原料金属(Ni+V)含量高的性质，根据渣油加氢脱金属反应机理，开发了高容金属能力加氢脱金属催化剂RDM-36。该催化剂容金属(Ni+V)能力达53.5 g/100 mL，其具有如下特点：①采用新型载体材料，明显改善了催化剂孔结构，催化剂脱金属活性及容金属性能均有提高；②采用新的活性组分负载法，优化催化剂上活性组分分布形态，有利于提高催化剂容金属能力；③改善催化剂表面性质，降低了渣油中多环芳烃等极性物质在催化剂表面的缩合吸附，提高了催化剂的脱金属活性和稳定性[7]。

按照适宜的体积比例，依次级配装填加氢保护催化剂RG-30B、加氢脱金属催化剂RDM-36和RDM-32、加氢脱硫催化剂RMS-30，开展固定床渣油加氢试验。

1.3 试验结果

1.3.1 主要工艺条件和产品分布

在液时体积空速0.20 h-1、反应器入口氢分压16.5 MPa、氢油比700的工艺条件下，使用混合原料开展固定床加氢试验，通过提高反应温度来保证加氢生成油的质量稳定。固定床渣油加氢试验物料平衡见表2。由表2可以看出，该试验化学氢耗为1.79%,加氢常渣的产率为90.70%。

表2 固定床渣油加氢试验物料平衡
Table 2 Material balance of fixed-bed residue hydrotreating test w,%

1.3.2 加氢常渣主要性质

加氢常渣主要性质见表3。由表3可见，加氢常渣残炭为5.02%，金属(Ni+V)质量分数为4.9 μg/g，氢质量分数为11.46%。与混合原料相比，氢质量分数增加了1.6百分点。加氢常渣主要性质满足缓和催化裂化原料的要求[8]。

表3 加氢常渣主要性质
Table 3 Main properties of hydrotreated atmospheric residue

2、缓和催化裂化试验 2.1 试验原料和试验装置以及催化剂

采用固定床渣油加氢试验所得的加氢常渣作为原料，在中型提升管流化床催化裂化装置上进行试验，装置处理量为5～15 kg/h，系统催化剂藏量为80～100 kg。采用专用催化剂，其主要性质见表4。由表4可以看出，催化剂的微反活性仅为55%。

表4 缓和催化裂化试验专用催化剂性质
Table 4 Properties of special catalyst for highly selective catalytic cracking test

2.2 试验结果

2.2.1 主要工艺条件和产品分布

为了考察组合工艺的灵活性，按照多产FGO、兼顾FGO和汽油、多产汽油3种产品方案开展了中型试验，主要工艺条件和产品分布见表5。由表5可以看出：采用多产FGO方案时，FGO产率可达31.25%；采用多产汽油方案时，FGO产率为20.45%。由于FGO要返回渣油加氢装置与VR混合，如果VR黏度较高，性质较差，可以采用多产FGO方案；如果VR黏度较低，性质相对较好，可以采用多产汽油方案；如果VR性质介于两者之间，可以采用兼顾FGO和汽油方案。

表5 缓和催化裂化试验主要工艺条件及产品分布
Table 5 Main process conditions and product distribution of highly selective catalytic cracking test

2.2.2 产品性质

3种方案生产的汽油、柴油和FGO的主要性质分别见表6～8。由表6～8可以看出：3种方案生产的汽油研究法辛烷值均高于92，烯烃体积分数均高于54%；柴油十六烷值较低，均低于28；FGO运动黏度较低，均不高于3.5 mm2/s，残炭、硫含量、氮含量和金属(Ni+V)含量均较低。

表6 汽油主要性质
Table 6 Main properties of gasoline

表7 柴油主要性质
Table 7 Main properties of diesel

表8 FGO主要性质
Table 8 Main properties of FGO

3、组合工艺物料衡算

借鉴RICP工艺特点，可以采用减压渣油固定床加氢与缓和催化裂化组合工艺，该组合工艺流程示意见图1。由于FGO具有黏度低、芳香性高的特点，可以作为VR的稀释油，能够改善渣油加氢装置进料的黏度，从而使装置操作更平稳，提高渣油加氢催化剂使用性能，延长装置运转周期。同时，FGO伴随渣油一起进行加氢处理后，多环芳烃和胶质等加氢饱和，氢含量增加，裂化性能提高，返回催化裂化装置后可以得到更多的轻质油品。

图1 组合工艺流程示意
Fig.1 Flow schematic diagram of combined process

对该组合工艺进行物料衡算时，由于减压渣油固定床加氢试验原料掺入30%(质量分数)的FGO，因此考虑将缓和催化裂化试验产出的相同比例(相对于固定床加氢质量流率)的油品回炼，如果FGO不够可以补充部分柴油，使缓和催化裂化回炼油品质量流率与固定床加氢FGO质量流率相同。由于催化裂化柴油的黏度低、芳烃含量高，在渣油加氢过程中催化裂化柴油也能取得与HCO类似的效果[9-10]。

在组合工艺中，固定床渣油加氢也产出少量气体、石脑油和柴油。根据表2和表5，进行以新鲜100%VR进料计的组合工艺物料衡算，结果见表9。由表9可以看出，以100%VR进料计，3种试验方案的汽油+柴油质量收率分别为67.77%，66.38%，61.99%，高附加值的液化石油气质量收率分别为15.69%，16.76%，19.22%。

表9 组合工艺物料平衡
Table 9 Material balance of combined process w，%

沸腾床渣油加氢工艺转化率较高时，石脑油+柴油收率约为44%[3]1165；浆态床渣油加氢工艺的石脑油+柴油收率在50%～60%[11]。通过减压渣油固定床加氢与缓和催化裂化工艺相结合，汽油+柴油的收率高于61%，高于沸腾床渣油加氢工艺、浆态床渣油加氢工艺的石脑油+柴油收率，且能大量生产高价值的液化石油气，实现了固定床渣油加氢装置加工100%VR原料并最大量生产高价值轻质产品的目标。对于建有加氢裂化装置的炼油厂，FGO替代VGO进入渣油加氢装置后，VGO可以作为加氢裂化装置的原料，生产更多清洁的中间馏分油和化工原料，优化炼油厂的加工流程。

4、结 论

(1)开展固定床渣油加氢及缓和催化裂化组合工艺研究，考察多产FGO、兼顾FGO和汽油、多产汽油3种工艺方案。结果表明：以100%VR进料计，3种方案的汽油+柴油质量收率分别为67.77%，66.38%，61.99%，高附加值的液化石油气质量收率分别为15.69%，16.76%，19.22%。

(2)通过固定床渣油加氢工艺与缓和催化裂化工艺组合，固定床渣油加氢工艺可以加工100%VR原料，缓和催化裂化工艺产出轻质液体产品，该组合工艺可为VR轻质化提供一条成熟可靠的工艺路线。