FCC加氢技术及其主要设备研究应用进展

摘要：介绍了目前国内外FCC加氢的主要技术，分析比较了国内外这些加氢工艺技术的特点及应用范围;同时并介绍了加氢装置主要设备的研究应用进展情况。最后提出了发展氢技术的几点建议:一是对传统工业催化剂的制备参数进行优化;二是开发研究新设备以及与此相应的工艺;三是开发新的催化剂。

关键词：FCC；加氢技术；加氢设备

Research Progress on FCC Hydrogenation Technology and its Main Equipment

DING Hong-xia

(Nanjing Yangzi Petrochemical Design Engineering Go.，Ltd.，Jiangsu Nanjing 210048，China

Abstract:The current primary technologies of fluid catalytic cracking(FCC)hydrogenation at home and abroad were introduced，and the characteristics and application range of these technologies were analyzed and compared. Mean-while，the research and application of primary equipment of hydrogenation unit were introduced. Some suggestions about hydrogenation technology were proposed.  First, the preparation parameters of the traditional catalyst for hydrogenation should be optimized. Second，new hydrogenation technologies  and  the  corresponding  equipments  should  be investigated. Third，new efficient catalyst should be studied.

Key words: FCC;hydrogenation technology;hydrogenation unit

　　随着人们环境保护意识的不断增强，政府立法对尾气排放的要求越来越苛刻，允许燃油中S、N的含量越来越少。这种情况使得炼油企业所面临的油品脱硫任务变得越来越复杂。与此同时，原油质量正在变差，今后很多炼厂将不得不加工比重大、含硫高、质量差的常规原油和非常规原油。为解决上述问题，需要采取诸多相应的对策，其中发展加氢工艺毫无疑问是众多对策中最重要的一项措施，该工艺过程在过去几十年中得到了飞速的发展。截止2006末，我国加氢总能力已达到12 279. 3万t/年，比2004年的8 735. 9万t/a增加了3 543. 4万t/a，增幅达40.6%，占全国炼油总能力的37.8%。由于我国加工进口高含硫原油数量愈来愈大，加之我国对汽车排放有害物的严格限制，加氢技术将成为我国炼油行业技术创新的重点。

1  FCC加氢技术的研究进展

 　　成品汽油中80%~90%的硫来自FCC汽油组分，因此，降低成品汽油硫含量的关键是降低FCC汽油的硫含量。对此，目前已提出了两种解决方案:一是FCC原料油的加氢预处理，二是FCC汽油直接加氢处理。由于第一种方法投资大，操作费用高，因此，第二种方法受到了国内外一些公司和研究机构的密切关注，并已取得了令人鼓舞的进展。

1.1国外FCC加氢技术进展

　　目前，国外工业化的FCC汽油加氧技术主要有:OCTGAIN选择性加氢脱硫工艺，SCANFining选择性加氢脱硫工艺，Prime-G⁺选择性加氢脱硫工艺，ISAL加氢转化脱硫技术和CDHYDRO/CDHDS脱硫技术等^[1-4]。

     ExxonMobil公司为解决FCC汽油加氢脱硫和辛烷值损失的矛盾，开发了OCTGAIN工艺。该工艺为简单的固定床低压加氢过程，其特点是在降低FCC汽油烯烃含量和硫含量时辛烷值不损失。该工艺过程分两段在两个反应器中进行，第一段是将FCC汽油进行加氢精制，脱除其中的硫、氮化合物，中间产品的辛烷值因加氢饱和而降低;第二段采用一种改性的分子筛择形催化剂对第一段产物进行辛烷值恢  复，使低辛烷值的中间产物转化为高辛烷值产物。据报道，位于Me~saieed的卡塔尔炼油厂的140万t/年重油催化裂化装置，将140~210℃、硫含量4000~7000ug/g的催化汽油重馏分，采用OCTGAIN技术，脱硫率99.98%，硫含量降到1 ug/g以下，澳值降低70%， RON增加0~2个单位，C₅⁺收率100%，取得较好效果。

     Mobil公司开发的SGANFining工艺仅对催化中汽油和重汽油进行加氢脱硫，FCC汽油的脱硫率为92%~95%，辛烷值(R+M)/2损失小于1~1.5个单位。法国石油研究院开发的

Prime-G⁺工艺采用双催化剂，选择性和脱硫活性高，烯烃加氢活性很低，不发生芳烃饱和反应，也不发生裂化反应。FCC汽油的脱硫率大于95%，辛烷值损失少，液收100%。委内瑞拉国家石油公司研究开发公司与美国UOP公司合作开发的ISAL加氢转化脱硫技术是一种用两个反应器的选择性加氢处理工艺。该工艺采用一种非贵金属分子筛双功能催化剂，具有脱硫、脱氮、烯烃饱和、选择性加氢转化直链烷烃和减少尾馏分等功能，FCC 汽油的脱硫率为99.99%以上，烯烃饱和率为90%以上，芳烃无增值。辛烷值损失7%(其中体积收率损失占6% 。美国催化蒸馏技术公司开发的CDHYDRO/CDHDS脱硫技术选择反应精馏塔和固定床反应器，流程简短，反应温度低，压力低，装置能耗小，选择性加氢能力强，辛烷值损失小(RON损失小于0.9)，液体收率高(99. 73%),CD-hydro/CDHDS催化剂寿命长(最终寿命为7年以上)。

1.2国内 FCC加氢技术进展

　　国外开发的OCTGAIN，SCANfining 、PrimeG⁺ ，CDHDS等技术处理的原料烯烃含量不高、芳烃高，与我国FCC的烯烃含量差距很大。针对我国FCC汽油的特点，抚顺石化研究院(FRIPP)成功开发了OCT-M技术，石科院(RIPP)成功开发了RIDOS技术。抚顺石化研究院(FRIPP)开发的OCT-M工艺技术是根据FCC汽油的硫主要集中在HCN段、烯烃主要集中在LCN段的分布特点，首先选择适宜的切割点温度将FCC汽油预分馏为HCN和LCN两部分，然后将HCN进行加氢脱硫，HCN加氢脱硫后的产物与LCN混合再进行脱臭处理，从而达到既脱除硫又可避免因烯烃过度饱和而造成辛烷值损失的目的^[5]  FRIPP在催化剂研制方面做了深人的研究，并研制开发成功T第一代FGH-20/FGH-11和第二代FGH-21/FGH-31组合催化剂。两种催化剂分段装填，在反应器床层上部装填较低金属含量的催化剂，下部装填较高金属含量的催化剂，从而使加氢脱硫反应在催化剂床层内平缓进行，避免烯烃过度加氢饱和造成的辛烷值损失。OCT-M技术适用于高硫、较低烯烃FCC汽油脱硫降烯烃生产清洁汽油;在采用该技术时，选择适宜的馏分切割点温度很重要;使用专用选择性加氢脱硫催化剂，重馏分加氢工艺条件较为缓和，产品液收高(> 99%)，氢耗低(0. 2%-0. 3%)^[6]。

     由于OCT-M技术需要新增加一个预分馏塔，因此，工艺流程复杂，投资稍高。为此，FRIPP在OGT-M技术的基础上，开发出了全馏分FCC汽油加氢脱硫技术(FRS)。该工艺主要由加氢单元、脱硫醇单元、循环氢气脱H₂S三个单元组成。FRS技术对我国几种典型全馏分FCC汽油的脱硫降烯烃效果进行了研究，其中试结果见表1。该技术加氢工艺条件比较缓和;脱硫率高，可将中等硫含量的FCC汽油的硫质量分数由700~1 200Wig降低到~150 u/g；RON损失较小，一般≯1.5个单位;产品液收高(~100%)^[7]。

     石科院(RIPP)开发的RIDOS技术的核心部分HCN工艺单元采用两器(两剂)两段一次通过流程。反应部分分为精制段(第一段)和异构化(第二段)，精制段采用RS-IA催化剂，主要目的是对HCN进行深度加氢脱硫、加氢脱氮及烯烃加氢饱和；第二段具有异构化功能，采用RIDOS-1催化剂，对直链烯烃和烷烃等组分进行异构化处理，以达到恢复辛烷值的目的。RIDOS技术具有下列特点:对高硫高烯烃FCC汽油有很好的深度脱硫效果，能大幅度降低烯烃含量。可以根据汽油生产方案和质量目标的不同，通过调整第二段反应温度来灵活调节反应深度，在脱硫率与辛烷值损失之间达到动态平衡。但该技术的液收损失较大，这是一个急需改进的地方^{【1，4，8】}。

2 FCC加氢主要设备研究进展

2.1固定床反应器

　　目前固定床反应器多采用热壁式，采用板焊或锻焊结构。固定床加氢反应器中采用各种内构件将气液两相物流充分混合、换热均匀，并分配到整个反应器横截面上。反应器内构件的性能直接关系到能否充分发挥高活性催化剂应有效能和加氢装置的“安、稳、长、满、优”运行。CLG公司的ISOMIX新型反应器内构件、UOP公司的UItraMixTM新型反应器内构件以及SHELL公司的HD tray和UFQ新型反应器内构件都是近几年研究开发并成功工业应用的。国内工程公司结合自身的特点和工程经验，相继开发了多种具有自主知识产权的新型内构件并改进了一种传统的内构件，主要有扁平型(专利ZL200620134123. 5) 、BL型(专利ZL97202630. 4 )、旋流型(专利ZL00253961. 6)等反应器内构件，结构如图1所示。

2. 2加热炉

　　反应进料加热炉是装置内的关键设备之一，其炉管内工艺介质为高温、高压的氢气和油气混合物，操作条件十分苛刻，一般均采用水平管双面辐射炉炉型，并且应使管内两相流达到环状流或雾状流。双面辐射的平均热强度是单面辐射的平均热强度的1.5倍，其炉管水力长度只有单面辐射的0. 66倍，即在管内流速相同的条件下，其压降仅为单面辐射的66%。

加氢反应进料加热炉的炉管均采用TP321或TP347材质，炉管占全炉总投资的比例40%以上。由于双面辐射炉炉管金属重量比单面辐射炉减少近33 %，因此可大大减少加热炉总投资。

2. 3高压换热器

　　高压换热器的结构形式有两种:一种是与普通低压换热器相似的大法兰式，另一种是螺纹锁紧环式。大法兰式高压换热器存在易漏的缺点，特别是在开工、停工或温度变化的阶段，更加容易泄漏，而且带温压时无法紧固大螺栓以排除泄漏。螺纹锁紧环式高压换热器解决了大法兰的笨重、密封困难的两大难题，在操作过程中，可以随时通过拧紧内圈压紧螺栓来调整内密封垫片，排除泄漏。其缺点是结构复杂，机加工件多，各部件间配合精度要求高，给制造和装配带来很大不便。

　　目前，在加氢装置中采用单壳程和双壳程两种结构型式。双壳程与单壳程的区别就是它有一个纵向隔板以及隔两侧的密封结构。双壳程换热器与单壳程换热器相比有着较大的优越性。在同样情况，双壳程的换热面积可比单壳程大约节省20%以上。

2. 4高压空冷器

     目前，在加氢装置中采用丝堵式双金属轧制翅片管高压空冷器。在加氢装置用高压空冷器的设计中需要特别注意如下方面:

(1)根据操作介质选择适合的钢材来制作管箱。

(2)将翅片管与管板连接设计为强度胀加密封焊形式，这样可以抵抗因振动而可能产生的疲劳破坏。

 (3)合理设计矩形管箱四块板间的焊接坡口形式和尺寸，以保证实现全焊透。

 (4)在进出口温差大于110℃时，将进、出口管箱设计成剖分式，使两管箱间可以相对移动，以避免热膨胀差应力引起翅片管与管板拉脱。

(5)在翅片管与管板连接处增设抗腐蚀性能卓越的衬管，由此避免了该部位由于冲蚀而产生的破坏。

(6)对矩形管箱的制造、检验提出严格的，但切实可行的技术要求。

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