费托合成油加氢裂化催化剂末期存在的问题及解决措施

张维 冯勇强

摘要：煤炭間接液化是煤炭高效清洁利用、优化能源结构、保证国家能源战略安全的重要途径，其产品费托合成油具有无硫、无氮、芳烃含量低、链烷烃含量高的特点，是生产高端化工品的重要原料。加氢裂化是费托合成油的主要加工手段，与传统石油炼制相比，煤炭间接液化大型工业化应用在国内发展时间较短，适用于费托合成油的加氢裂化催化剂种类较少，在实际应用中，加氢裂化反应催化剂在末期活性和选择性受到损害，导致原料转化率低、产物中轻组分增多、柴油凝点高等问题。本文结合400万吨/年煤制油项目加氢裂化装置运行中存在的问题进行分析，并提出相应解决措施。

关键词：煤炭间接液化;加氢裂化;催化剂;柴油凝点

1  前言

石油是保障国家经济命脉，关系国计民生的重要资源。我国能源结构的特点是富煤、缺油、少气。近年来我国原油进口量增长迅速，石油进口依存度已经超过55%。为保证能源安全，实现经济可持续性发展，煤炭高效清洁利用显得尤为重要。煤炭液化途径有两种，一种是以壳牌公司为代表的直接液化技术，一种是以南非沙索尔公司为代表的间接液化技术。近年来，随着中科合成油公司、兖矿集团公司浆态床费托合成技术的开发，国能集团宁煤公司400万吨/年煤制油项目建成投产，标志着国内煤炭间接液化技术达到世界先进水平。煤炭间接液化的中间产品具有无硫、无氮、芳烃含量低、链烷烃含量高等特点，通常需进行二次加工。在石油二次加工技术中，加氢裂化技术具有对原料油适应性强、生产操作和产品方案选择灵活、目标产品选择性高、液体产品收率高、产品质量好等优点，是重油轻质化和清洁化最有效的加工手段之一。费托合成油加氢裂化单元主要以加氢精制尾油、重柴油为原料，通过加氢裂化技术，转化为优质中间馏分油（喷气燃料和柴油）、石脑油、润滑油基础油、乙烯等原料。与传统石油炼制加氢裂化原料相比，费托合成油加氢裂化原料具有链烷烃含量高（>90%）、环烷烃和芳烃含量低的特点，其加氢裂化反应主要以链烷烃的断裂及异构化为主。煤炭间接液化大型工业化应用在国内发展时间较短，适用于费托合成油加氢裂化催化剂种类较少，目前，国内费托合成油加氢裂化催化剂主要由中石化大连化工研究院、中石化石油化工科学研究院等单位研发。

2  加氢裂化装置工艺技术特点

400万吨/年煤炭间接项目加氢裂化单元采用单段全循环加氢裂化技术，催化剂为中石化大连化工研究院研发的FZC系列加氢裂化催化剂。该加氢裂化工艺以费托合成油加氢精制尾油、重柴油为原料，经加氢裂化、异构降凝生产柴油、稳定石脑油、LPG，工艺技术特点见表2.1。

3  加氢裂化装置末期运行分析

3.1  运行中存在的问题

该加氢裂化催化剂设计使用寿命为3年，实际运行周期已超过3年，期间催化剂未进行更换或撇头。加氢裂化反应催化剂在末期活性和选择性受到损害，导致原料转化率低、产物中轻组分增多、干气量大，尾油循环量大、柴油凝点高、反应器床层温升难以控制等问题，造成装置能耗高，运行经济效益差。

3.2  原因分析

（1）加氢裂化单元原料进料量和组分波动大。加氢裂化原料馏程300℃～800℃，馏程范围大。同时因上游间歇性采出精制蜡，加氢裂化单元进料量波动大，升降负荷频繁;

（2）催化剂失硫，破坏催化剂原有裂化功能与加氢功能的匹配平衡，催化剂裂化功能相对加强，导致催化剂选择性下降;

（3）加氢装置进料中铁含量超标（5～6ppm），在裂化催化剂表面吸附，堵塞孔道，造成催化剂活性下降;

（4）催化剂床层因装填不均匀、飞温，出现“沟流”、“偏流”、“贴壁”、“短路”等现象，造成局部床层出现热点。

3.3  解决措施

（1）该加氢裂化单元配备2台裂化反应器，各反应器运行时间、运行状况存在差异。裂化反应器1运行周期长，催化剂活性低，运行过程中反应器曾出现飞温情况，催化剂床层有热点。裂化反应器2运行周期短，催化剂活性高。通过降低裂化反应器1原料精制尾油/循环油比例，提高裂化反应器2原料精制尾油/循环油比例，让组分较重的精制尾油在活性较高的裂化反应器2中反应，提高裂化反应深度，降低柴油凝点。通过调整，从表3.1中可以看出，加氢裂化单元总体柴油收率增加，凝点降低。

（2）在加氢精制单元进料前增加保安过滤系统，采用吸附剂吸附，降低加氢精制进料蜡油中的铁杂质，避免铁杂质通过精制尾油进入裂化反应器。

（3）催化剂装填阶段严格把控装填质量，确保催化剂装填均匀，催化剂床层同一水平面的各个温度测点在同一水平面，防止因测量误差产生径向温差。

（4）严格执行工艺操作规程，保证加氢裂化单元进料量稳定，防止催化剂床层“超温、飞温”现象发生。

4  新一代费托合成油加氢裂化催化剂开发展望

费托合成油具有无硫、无氮、芳烃含量低、链烷烃含量高的特点，未来将以生产航空煤油、白油、润滑油基础油等高附加值化工品为主要方向。多元化的产品结构要求配套的加氢裂化催化剂具有活性高、选择性好，结构稳定等特点，在生产过程中，要求加氢裂化催化剂能承受原料性质变化和进料量波动的影响。接下来，是否可通过改善催化剂载体孔结构、表面酸性分布和调整载体与金属之间的作用力，增加易于活化的二类活性中心数目，以此来提高催化剂的活性，扩大原料适应性、催化剂稳定性。同时，充分剖析分子筛对加氢裂化催化剂反应性能的影响，在分子筛合成和改性方面投入大量工作，成功开发出新一代高性能加氢裂化催化剂。

参考文献：

[1] 杜艳泽，黄新露，关明华，汪琦.FRIPP加氢裂化技术研发新进展[J].工当代石油化工，2013，233（7）：34-38.

[2] 高飞，于会永，杨有亮.浅议加氢裂化技术的发展[J].石化技术，2010，17（2）：67-70.

[3] 许丽恒，高军虎，郝栩，李永旺.费-托合成蜡加氢裂化工艺条件的研究[J].石油炼制与化工，2013，44（6）：86-90.

[4] 刘尚利，陈大方.F-T合成加氢裂化催化剂的工业应用[J].工业催化，2014，22（11）：879-880.

（作者单位：国能集团宁夏煤业煤制油分公司）