加氢裂化装置喷气燃料芳烃含量调整措施与应用实践

胡 勇，莫昌艺，余 顺，涂连涛

(1.中国石油独山子石化公司，新疆 克拉玛依 833699；2.中国石化石油化工科学研究院)

芳烃含量为喷气燃料质量的一项重要指标，过高的芳烃含量不仅导致喷气燃料燃烧性能降低，而且会由于芳烃与部分喷气燃料油箱橡胶密封圈材质配伍性较差，从而产生溶剂化作用而导致密封圈体积过度膨胀[1]。我国颁布的GB 6537—2018 《3号喷气燃料》对芳烃体积分数要求为不大于20%[2]；美国最新颁布的ASTM D7566—2019a 《含合成烃航空涡轮发动机燃料标准》对喷气燃料中芳烃含量不仅提出了上限要求，同时也提出了下限要求，要求其体积分数不小于8%。有研究报道部分喷气燃料油箱密封胶，如锰固化密封胶在芳烃体积分数小于8%的喷气燃料中浸泡28天后出现密封圈收缩现象，可见喷气燃料芳烃含量过低是引起喷气燃料芳烃配伍性差的密封胶体积收缩而使喷气燃料油箱漏油的重要原因[1，3-4]。为杜绝上述安全隐患，《国产航空(舰艇)油料鉴定委员会秘书组2019年度工作会会议纪要》对军用3号喷气燃料提出了新要求，指出其需满足芳烃体积分数不小于8%的出厂指标。

2018年，中国石油独山子石化公司炼油厂(简称独山子炼油厂)3号喷气燃料产量近400 kt，其中军用3号喷气燃料产量为70 kt。由于全厂无加氢精制喷气燃料馏分可调合，现有喷气燃料馏分主要来源于2.0 Mt/a加氢裂化装置，因此加氢裂化装置喷气燃料馏分性质对全厂喷气燃料产品性能有直接影响。2019年9月，该加氢裂化装置采用增产喷气燃料兼顾改善尾油质量的加氢裂化技术及配伍精制剂RN-410B、裂化剂RHC-133B一次开车成功。运行初期，装置所产喷气燃料馏分的烟点达到33.9 mm，芳烃体积分数小于4%，尾油BMCI为5.6，产品质量符合预期。此后，通过对原料性质、工艺参数、切割方案和分析化验等多个措施的优化，该装置成功生产出芳烃含量满足军用3号喷气燃料指标要求的喷气燃料馏分。以下对装置所采取的调整措施进行具体阐述。

1 加氢裂化装置喷气燃料芳烃含量调整措施

1.1 调整原料芳烃含量

通常在反应条件和喷气燃料切割馏程不变情况下，加氢裂化装置原料的芳烃含量增加，产品喷气燃料馏分中的芳烃含量也相应增加。独山子炼油厂2.0 Mt/a加氢裂化装置所加工原料的种类和性质如表1所示。由表1可知，装置所加工原料中，按照芳烃含量从高到低排序，依次为催化裂化柴油(催化柴油)、减压蜡油、常三线油、焦化蜡油和常一线油。在装置初期运行结果的基础上，为了使产品喷气燃料馏分中的芳烃含量尽量提高，宜选择原料芳烃含量较高的减压蜡油和催化柴油作为生产军用3号喷气燃料的主要原料，并结合装置具体负荷掺炼部分常三线油。

表1 2.0 Mt/a加氢裂化装置加工原料性质

另外，受加氢裂化装置生产喷气燃料时二次加工油质量比例不大于15%的限制，仅通过提高原料中催化柴油比例方式来增加装置原料芳烃含量的效果相对有限，因此采用进一步优化减压蜡油原料的方式来提高原料的芳烃含量。

在不同切割终馏点下，减压蜡油原料的BMCI以及金属(Ni+V)、金属(Fe+Ca)含量的变化趋势如图1所示。由图1可知：提高减压蜡油原料切割终馏点，其95%馏出温度由495 ℃提高至530 ℃，其BMCI由40增加至43，金属(Ni+V)质量分数由0.1 μg/g增加至0.9 μg/g，金属(Fe+Ca)质量分数由1.0 μg/g增加至5.8 μg/g；当减压蜡油原料95%馏出温度不大于516 ℃时，金属(Fe+Ca)含量增加得较为缓慢；当减压蜡油原料95%馏出温度大于516 ℃时，金属(Fe+Ca)含量增加得较快。这些结果表明，提高减压蜡油原料95%馏出温度，其BMCI增加有限，而金属杂质含量快速增加，因此在不调整原油品种情况下，根据装置保护催化剂和脱金属催化剂对原料中金属(Fe+Ca)含量的限制条件(金属(Fe+Ca)质量分数不大于3 μg/g)，应当控制减压蜡油原料95%馏出温度不大于520 ℃。

图1 不同95%馏出温度下减压蜡油原料的BMCI和金属含量

加氢裂化装置原料构成调整前后的滤后混合原料油的性质见表2。由表2可知，优化后的滤后混合原料芳烃质量分数较优化前增加6.3百分点，达到了提高原料芳烃含量的预期目标。

表2 2.0 Mt/a加氢裂化装置原料构成调整前后的滤后混合原料油的性质

1.2 调整工艺条件

在兼顾装置现有设备能力和生产负荷的要求下，可通过调整装置的操作压力(即反应压力)、精制反应温度和裂化反应温度来调整其喷气燃料馏分的芳烃含量。

当装置以中东某减压蜡油为原料时，在反应压力为15.0 MPa、精制反应深度不变的条件下，不同裂化转化深度(以原料中大于350 ℃馏分转化率表征)下所得140～260 ℃喷气燃料馏分芳烃含量的变化趋势如图2所示。

由图2可知，在反应压力为15.0 MPa、精制反应深度不变的条件下，140～260 ℃喷气燃料馏分芳烃含量随大于350 ℃馏分转化率的提高而缓慢降低，总体上看喷气燃料馏分中芳烃含量变化幅度较小，由此推断，在不大幅度调整本装置产品分布的条件下，调整裂化反应温度对产品喷气燃料馏分中芳烃含量的影响有限。

采用相同蜡油原料，调节精制反应温度和空速，得到氮质量分数小于20 μg/g且芳烃含量不同的精制油进行试验，通过调整裂化反应温度控制大于350 ℃馏分转化率相近，得到的喷气燃料馏分性质如表3所示。由表3可知，相同裂化反应深度下，提高精制油芳烃含量有利于提高喷气燃料芳烃含量。因此,主要考察调整反应压力和精制反应温度对精制油芳烃含量的影响。

表3 不同精制油及相应喷气燃料馏分性质对比

以中间基减压蜡油为原料，在相同反应压力、不同精制反应温度下，精制油芳烃含量和氮含量变化趋势如图3所示；相同精制反应温度、不同反应压力下，精制油芳烃含量和氮含量的变化趋势如图4所示。

图3 相同反应压力、不同精制反应温度下精制油芳烃含量和氮含量变化趋势

图4 相同精制反应温度、不同反应压力下精制油芳烃含量和氮含量变化趋势

由图3可知：随着精制反应温度降低，精制油芳烃含量和氮含量均呈逐步增加趋势；但当精制反应温度小于(基准+10)℃时，精制油的氮质量分数大于20 μg/g，不能满足加氢裂化装置裂化催化剂对精制油氮含量的要求(氮质量分数不大于20 μg/g)。由图4可知：随着反应压力降低，精制油芳烃含量和氮含量也均呈增加趋势；与芳烃含量变化趋势不同的是，在反应压力为(基准-3)～(基准+3)MPa的范围内，随着反应压力的降低，精制油氮含量的增加幅度较小；在反应压力为基准～(基准+3)MPa的范围内，精制油的氮质量分数不大于20 μg/g。

基于上述精制反应温度和精制反应压力对精制油芳烃含量和氮含量的影响规律，考虑到加氢裂化装置裂化催化剂对精制油氮含量的要求[5-9]，主要采取适当降低反应压力的方式来提高精制油芳烃含量。

1.3 调整喷气燃料馏分切割方案

因芳烃在喷气燃料馏分中分布不均匀，可以通过优化喷气燃料馏分切割方案达到调整其芳烃含量的目的。在不调整原料和工艺条件参数下，喷气燃料窄馏分的芳烃含量分布如图5所示。

图5 喷气燃料窄馏分的芳烃含量分布

由图5可以看出，随着馏程变重，喷气燃料窄馏分的芳烃含量呈先增加后降低的趋势。为满足喷气燃料闪点(闭口)不大于50 ℃的出厂指标要求，将喷气燃料初馏点控制为(150±5)℃较为合适；在限定的喷气燃料初馏点的前提下，为提高喷气燃料芳烃含量,使之满足军用喷气燃料的要求，将喷气燃料终馏点控制为240～250 ℃较为合适。

2 加氢裂化装置喷气燃料芳烃含量调整实践效果

表4为独山子炼油厂2.0 Mt/a加氢裂化装置上，通过调整原料构成、反应工艺条件及喷气燃料馏分切割方案等提高喷气燃料馏分芳烃含量、生产军用喷气燃料的实践结果。

表4 2.0 Mt/a加氢裂化装置上提高喷气燃料馏分芳烃含量的实践结果

由表4可以看出，通过改变原料构成、提高滤后混合原料油芳烃含量，以及降低反应压力、适当调整精制与裂化反应温度、优化喷气燃料切割方案，在相近的加氢裂化产品分布情况下，产品喷气燃料馏分的芳烃体积分数由5.4%提高至8.9%，喷气燃料馏分的各项性质满足军用3号喷气燃料的指标要求。

3 结 论

在独山子炼油厂2.0 Mt/a加氢裂化装置上，通过改变原料构成、提高滤后混合原料油芳烃含量，以及降低反应压力、适当调整精制与裂化反应温度、优化喷气燃料切割方案，在相近的加氢裂化产品分布情况下，使产品喷气燃料馏分的芳烃体积分数由5.4%提高至8.9%，生产的喷气燃料馏分的各项性质满足军用3号喷气燃料的指标要求。