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从欧Ⅳ到欧Ⅴ汽油的FCC汽油选择加氢脱硫工艺流程选择

 

 

彭成华(北京海顺德钛催化剂有限公司,北京,100176

 

【摘要】海顺德公司开发了 FCC汽油选择性加氢脱硫技术 CDOS,并在工业装置上成功应用。根FCC汽油原料特性、反应动力学及工业应用需要确定选择性加氢脱硫的工艺流程,为生产欧Ⅳ和欧Ⅴ汽油的工艺流程选择提供一定的指导。

【关键词】 FCC汽油选择性加氢脱硫 CDOS

1、前言

随着环保要求的进一步提高和汽车发动机技术的提高,对车用汽油的质量提出了更高的要求,因此生产低硫、超低硫清洁汽油成为各炼油厂迫切解决的问题。在欧盟,从 2005年已经开始执行汽油硫含量不大于 50µg/g的欧 IV标准;2008年开始执行汽油硫含量不大于 10µg/g的欧 V标准。在我国,从 20091231日起,陆续执行汽油硫含量不大于 150µg/gGB17930-2006标准(国Ⅲ)。 20081月起北京市已开始执行汽油硫含量不大于50µg/g的京DB11/238-2007标准(京标Ⅳ);200911月起上海市开始执行汽油硫含量不大于 50µg/g的沪Ⅳ标准;20108月起广州也将执行汽油硫含量不大于 50µg/g的国 IV标准;因此,国内近期汽油质量目标是汽油硫含量不大于 50µg/g的欧 IV(国 IV)标准,中远期目标是实现汽油硫含量不大于 10µg/g的超低硫标准,即欧 V标准(国 V)。所以,未来我国汽油质量升级任务仍很严重。在我国,催化裂化(下简称 FCC)汽油组分占汽油池的比例高达到 75%以上,汽油池中 90%以上的硫化物来源于 FCC汽油,且汽油烯烃含量普遍超标。因此降低 FCC汽油硫含量及烯烃含量是国内生产欧 IV和欧 V清洁汽油的关键。

一般来说,降低 FCC汽油中的硫含量有三种途径:FCC原料的预加氢处理、FCC过程脱硫和 FCC汽油脱硫。目前应用最为广泛的是 FCC汽油选择加氢脱硫技术。

北京海顺德钛催化剂有限公司(简称海顺德)在深入研究 FCC汽油性质的基础上,成功开发了 CDOS FCC汽油选择性加氢脱硫技术 [1]。该技术在中石油华北石化分公司和锦州石化分公司进行了成功应用,可满足这二家公司生产欧 IV汽油的技术要求。本文主要对国内硫含量和烯烃含量不同的 FCC汽油选择性加氢脱硫的工艺流程进行了探讨,为生产满足欧Ⅳ和欧Ⅴ标准的汽油提供一些必要的技术支撑。2、国内 FCC汽油的特点

我国的炼油装置结构决定着我国汽油调和组分的比例。表 1列出了国内外汽油组成的对比。从表 1可以看出,我国汽油池中的 FCC汽油所占比列高达 76.7%,是欧美 FCC汽油比例的 2倍;而催化重整汽油只占 14.8%,仅为欧洲比例的 1/3;优质的高辛烷值汽油,如烷基化油和异构化油的比例更低[2]

1 国内外汽油组成对比

汽油组分 美国 欧洲 中国
FCC汽油 38 32 76.7
重整汽油 24 45 14.8
烷基化油 14 6 0.2
异构化油 5 11 \
其他 19 6 8.3

FCC汽油是汽油硫含量的主要来源,占汽油硫含量的 90%以上。表 2列举了国内典型的 FCC汽油性质。

2 国内典型的 FCC汽油性质

项目 FCC汽油A FCC汽油B FCC汽油C FCC汽油D FCC汽油E
密度, g/ml 0.7322 0.7334 0.7148 0.7209 0.7455
, µg/g 220 230 547 731 1047
硫醇硫, µg/g 17 58 48 53 54
RON 92.0 93.2 91.0 88.4 97.6
烷烃, v% 34.8 47.4 46.0 48.6 20.1
烯烃, v% 47.3 28.0 40.6 33.9 49.0
芳烃, v% 17.9 24.6 13.4 17.5 30.9

从表 2中可以看出,国内各企业由于加工原料的不同以及 FCC技术的不断改进,FCC汽油硫含量有所差别,但烯烃含量均较高,芳烃含量较低。目前,我国 FCC汽油硫含量一般为 200~800µg/g,烯烃含量一般为 25v%~50v%

3FCC汽油选择性加氢脱硫工艺流程的选择

3.1 CDOS FCC汽油选择性加氢脱硫技术

CDOS技术相比其它技术的最大优势是选择加氢脱硫单元(下简称 SHDSU)不仅能对分馏切割后的重催化汽油(下简称 HCN)进行加氢脱硫,也能直接对来自选择加氢单元(下简称 SHU)的全馏分催化汽油(下简称 FRCN)进行加氢脱硫。本技术无需任何脱臭装置即可满足产品对硫醇硫指标的要求。

1CDOS技术的 HCN加氢脱硫工艺方案的原则流程图,即先将 FCC汽油在较低温度、临氢条件下进入 SHU,在选择加氢催化剂作用下进行双烯烃饱和和绝大部分硫醇脱除以及部分低沸点硫化物转化为二硫化物等高沸点硫化物的反应,从而保证 SHDSU催化剂的运行周期,同时可保证分馏切割后的 LCN馏分总硫含量下降及硫醇硫含量可降至小于 2µg/g;分馏后的 HCN进入 SHDSU,在选择加氢脱硫催化剂作用下进行深度加氢脱硫,加氢后 HCNLCN混合,最后得到硫含量 10~50µg/g的低硫汽油。

2CDOS技术的 FRCN加氢脱硫工艺方案的原则流程图,相比上述 CDOS-HCN流程省去了汽油馏分切割,使流程简单化,从而节省了投资、降低了运行成本,其是 FCC汽油选择加氢脱硫工艺中最经济的方案。

图 1 CDOS-HCN工艺流程示意图

图 2 CDOS-FRCN工艺流程示意图

  1. FCC汽油选择性加氢脱硫工艺流程的选择

     

  2. 工艺流程的主要设计原则

     

众所周知,FCC汽油选择性加氢脱硫是指在降低汽油硫含量的同时尽量降低汽油的辛烷值损失,这就要求选择合适的加氢脱硫工艺及开发高选择性的加氢脱硫催化剂。因此,在 FCC汽油加氢脱硫工艺设计方面首先要考虑汽油硫化物的脱除与辛烷值的损失这一矛盾,同时也要考虑技术的可实施性、经济合理性、灵活性以及进一步升级的可行性和衔接性[3]

3.2.2 工艺流程的选择与应用针对 FCC汽油原料的不同性质以及炼厂的实际情况,选择不同工艺流程。

流程一:CDOS-HCN工艺

对于高硫(>350µg/g)高烯烃 (>30v%)含量的 FCC汽油,如表 2中的 FCC汽油 C和 FCC汽油 D,采用图 1工艺流程可以生产硫含量满足欧 IV标准的汽油。表 3是某炼厂 FCC汽油 C采用该技术流程的工业应用结果。从表中数据可以看出, FCC汽油 C硫含量从 564µg/g降低到 45µg/g,硫醇硫降低到 8µg/g,其脱硫率达到 92%,而烯烃饱和率只有 22%,相应的 RON损失仅有 1.2个单位。此工艺很好的满足了该炼厂汽油质量升级要求,可生产供应北京市场需求的京 IV汽油。

表 3 FCC汽油加氢前后性质变化

项目 原料油(FCC汽油 C) 产品
总硫, µg/g 564 45
硫醇硫, µg/g 47 8
烯烃, v% 40.4 30.4
RON 91.0 89.8
△RON   -1.2

针对未来生产硫含量不大于 10µg/g的欧 V汽油,如果继续提高脱硫深度,虽然可以降低硫含量,但是烯烃饱和也同时增加,从而导致辛烷值损失增大。为了降低 SHDS过程中硫化氢和硫醇硫间的化学平衡,在此流程(图 1)基础上再增添一个 SHDSUⅡ,通过非常缓和的条件可将汽油硫含量从 50µg/g降至 10µg/g,从而达到该装置生产欧 V汽油的要求,并达到汽油辛烷值的最少损失。当然该工艺的轻组分 LCN也完全能满足醚化技术要求,如达到 CDtech醚化/异构化的技术要求。

流程二:CDOS-FRCN工艺

对于低硫(<350µg/g)低烯烃 (<30v%)含量的 FCC汽油,这类 FCC汽油的硫含量一般小于 350µg/g,烯烃含量一般小于 30v%,如表 2中的 FCC汽油 B。针对这类汽油的特点,结合炼厂的实际情况以及汽油标准的要求可以选取图 2所示的 CDOS-FR工艺。FCC汽油原料无需切割,可直接生产 10~50µg/g低硫汽油。

该工艺在生产从欧Ⅳ到欧Ⅴ汽油时,对选择加氢催化剂及选择加氢脱硫催化剂性能要求非常高,即这二种催化剂必须具有很高加氢脱双烯烃及加氢脱硫的选择性,能够满足脱硫率在不小于 95%情况下,其烯烃饱和率不大于 25%,从而保证汽油辛烷值损失控制在可接受范围,即汽油抗爆指数损失不超过 1.0单位,其中 RON损失不超过 1.5个单位。

表 4是某炼厂 FCC汽油 B采用该流程工艺的中试结果。从表中数据可以看出,采用该流程可将汽油硫含量降低到 10~50µg/g,硫醇硫降低到 10µg/g以下,而辛烷值损失却很少。因此,针对这类硫含硫不高、烯烃含量偏低的 FCC汽油,采用这种流程不仅可以生产满足欧Ⅳ标准的汽油,而且也可以满足生产欧 V汽油的需要。

表 4 FCC汽油加氢前后性质变化

项目 原料(FCC汽油 B) 产品一 产品二
总硫, µg/g 230 20 10
硫醇硫, µg/g 58 8 7
烯烃, v% 28.0 24.4 22.7
RON 93.2 92.7 92.0
△RON   -0.5 -1.2

对于其它两类高硫( >350µg/g)低烯烃 (<30v%)和低硫(<350µg/g)高烯烃 (>30v%)含量的 FCC汽油,可根据炼厂具体情况结合针对该原料进行的中试结果及工业应用经验灵活选择流程一或流程二。

4、结论

  1. (1)FCC汽油选择性加氢脱硫流程选择不仅需要考虑硫化物的脱除与烯烃含量的保持,而且要考虑汽油中硫醇硫的脱除和二烯烃的存在对装置长周期运转的影响等因素。

     

  2. (2)对于国内不同 FCC汽油的性质进行了研究分析,针对不同性质的 FCC汽油原料可通过 CDOS-HCN或 CDOS-FRCN工艺流程处理,能够满足生产欧Ⅳ和欧Ⅴ的低硫汽油的技术要求。