RS-2100催化剂在柴油加氢装置上的工业应用

王哲，张乐

（中国石化石油化工科学研究院，北京100083）

我国环保要求日趋严格，柴油产品质量升级步伐加快，国Ⅴ柴油质量标准已经于2017年实施[1]，要求柴油产品硫质量分数小于10μ g/g。同时原油重质化、劣质化程度加剧，而国内外油品市场对优质车用柴油的需求仍有一定增长。因此，在劣质原料条件下长周期稳定生产超低硫清洁柴油已经成为各个炼厂必须面对的严峻问题。

中国石化扬子石油化工有限公司（简称扬子石化）370万吨/年汽柴油加氢（5300#）装置是由100万吨/年中压加氢裂化装置改造而来，即将原来的两台串联反应器改为并联，共用一套氢气系统和高、低压分离器、分馏系统，以直馏煤油、直馏柴油、焦化汽油、焦化柴油和催化柴油为原料，生产满足国Ⅴ标准的柴油产品，作为全厂柴油产品调和组分。

为满足环保要求，实现柴油产品质量升级，扬子石化经过技术比选，决定在5300#装置Ⅱ系列反应器上采用中国石化石油化工科学研究院（简称石科院）开发的柴油超深度脱硫催化剂RS-2100进行生产。自2015年9月投产以来，装置运行平稳，截至2017年6月底已累计运行21个月。

1 装置简介

5300#柴油加氢精制装置由反应部分（包括压缩机、循环氢脱硫）、分馏、循环氢脱硫及公用工程等部分组成。

装置设计为器内湿法硫化流程。催化剂再生设施设计为器外再生。

反应部分采用国内成熟的炉前混氢技术，反应器进料混氢后分两路进反应加热炉，具有操作方便、流程简化、流速快、停留时间短、有利于传热等特点。

分馏部分采用双塔汽提，先由脱硫化氢汽提塔脱除硫化氢及粗液化气，然后再在产品分馏塔中分离出石脑油、柴油。在分馏系统设脱硫化氢汽提塔，脱除反应系统来油中的硫化氢，分馏塔设塔底重沸炉，减少精制柴油的含水量，提高产品质量。

新氢压缩机采用HydroCom无级气量调节系统，以降低电机驱动电流。

2 RS-2100 催化剂

2.1 催化剂相对脱硫活性

RS-2100催化剂是石科院基于优化后的反应分子与活性相最优匹配技术平台，通过载体性质、浸渍溶液以及制备方法之间的匹配和考察，结合活性金属原子比的优化，开发的具有高活性柴油超深度加氢脱硫催化剂[2]。以RS-2000催化剂为基准剂的评价结果见表1。从表1看出，对于催化柴油比例20%～50%的混合原料，在生产硫含量小于10μ g/g超清洁柴油的前提下，RS-2100催化剂的相对脱硫活性比RS-2000催化剂提高5%，比国外参比剂D提高了11%。

表1 催化剂脱硫活性评价

此外，与RS-2000相比RS-2100催化剂的活性稳定性提高了10%以上。为炼油企业面对即将到来的产品质量升级挑战，提供了有力的技术支持。

2.2 催化剂的堆密度

对比了RS-2100催化剂和同类催化剂的堆密度，比较结果见表2。

表2 RS-2100催化剂与同类催化剂的堆密度比较

由表2可见，RS-2100催化剂堆密度比RS-2000催化剂降低了15%，比国外参比剂D降低了35%以上，这意味着在工业装置中，相同反应器体积采用RS-2100催化剂可以减少催化剂的初始装填重量，在单价相同的条件下可以减少催化剂费用。

3 RS-2100 催化剂的工业应用

3.1 装置运行情况

该装置原料包括上游装置直供的直馏柴油、焦化汽柴油和催化柴油。从正式生产开始，运行期间总进料量及组成变化见图1。正常生产期间，装置平均负荷约为80%，处理量一直维持在100 t/h左右，最低值为75.4 t/h，最高值为129.1 t/h。其中，直馏柴油在新鲜原料中的比例平均值约为44%，焦化汽油约为25%，焦化柴油约为15%，催化柴油约为16%。由原料构成可知，该装置运转期间二次加工原料油比例基本超过了50%，原料性质较差。

图1 装置运行期间进料量及组成变化

装置正常生产期间，反应体积空速为1.1～1.9 h-1，平均值为1.5 h-1。可见，装置一直在高空速条件下加工劣质原料。

运行过程中，装置反应器入口温度和催化剂床层加权平均温度的变化见图2。正常生产期间，反应器入口温度在291～337℃变化，催化剂床层加权平均温度在349～387℃变化。根据催化剂床层加权平均温度的变化趋势，在21个月的运行期间内RS-2100催化剂的失活速率为0.022 7℃/d，即接近0.7℃/月。加权平均反应温度由各测温点所测得的温度值进行加权平均计算得到。计算时，假定床层温升按直线分布，以各测温点所能代表的催化剂体积作为各测温点的权重因子。

图2 装置运行期间处理量和反应温度的变化

为了计算RS-2100催化剂在装置长期生产国Ⅴ柴油的失活速率，统计了从2015年9月到2016年5月共8.5个月的数据。在此期间，该装置主要生产国Ⅴ标准柴油产品（90%的时间生产国Ⅴ柴油，其余时间生产国Ⅳ柴油）。反应器加权平均反应温度的变化见图3。由反应温度上升斜率可知，RS-2100长期生产国Ⅴ柴油期间的失活速率为0.023 9℃/d，即0.717℃/月，低于国外催化剂生产硫含量10μg/g超低硫柴油产品时，失活速率大于1℃/月的水平[3-4]。由此可见，RS-2100具有较低的失活速率，活性稳定性好，可以保证炼油企业在劣质原料条件下长期稳定生产硫质量分数小于10μ g/g的国Ⅴ柴油产品。

图3 装置运行初期生产国Ⅴ柴油的反应温度及处理量

3.2 工业装置生产标定情况

2016年4月下旬，对装置进行了生产国Ⅴ柴油的考核标定。标定期间的主要操作参数见表3，标定期间的原料产品性质见表4。

工业标定结果表明：采用RS-2100催化剂可以在氢分压为7.5 MPa左右，平均反应温度365℃左右、体积空速1.5～1.8h-1的条件下，加工二次加工汽柴油（焦化汽柴油＋催化柴油）比例大于50%的混合原料，生产硫含量小于10μ g/g的柴油产品。

表3 标定期间的主要操作参数

表4 标定期间的原料产品性质（平均值）

4 结论

1）RS-2100催化剂在装置上的应用结果表明，RS-2100催化剂适用于加工掺混二次加工汽柴油的混合原料，生产硫含量满足国Ⅴ标准的超低硫柴油产品。

2）与国内外参比催化剂相比，RS-2100催化剂活性提高，堆密度降低。

3）工业标定结果表明，RS-2100催化剂具有较好的加氢活性，以直馏柴油、焦化汽柴油和催化柴油为原料，可以满足装置生产需要，生产国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油。

4）采用RS-2100催化剂在长期稳定生产国Ⅴ柴油期间的失活速率小于1℃/月。这表明RS-2100催化剂具有优异的活性稳定性，可以保证柴油加氢装置长周期稳定生产硫质量分数小于10μ g/g的国Ⅴ标准车用柴油。