加氫裂化

類型：石化工業術語

拼音:jiaqingliehua

英文名稱：hydrocracking

條件 10-15兆帕（100-150大氣壓），400℃左右。

加氫裂化是石油煉製過程之一，是在加熱、高氫壓和催化劑存在的條件下，使重質油發生裂化反應，轉化為氣體、汽油、噴氣燃料、柴油等的過程。加氫裂化原料通常為原油蒸餾所得到的重質餾分油，包括減壓渣油經溶劑脱瀝青後的輕脱瀝青油。其主要特點是生產靈活性大，產品產率可以用不同操作條件控制，或以生產汽油為主，或以生產低冰點噴氣燃料、低凝點柴油為主，或用於生產潤滑油原料。產品質量穩定性好（含硫、氧、氮等雜質少）。汽油通常需再經催化重整才能成為高辛烷值汽油。但設備投資和加工費用高，應用不如催化裂化廣泛，後者常用於處理含硫等雜質和含芳烴較多的原料，如催化裂化重質餾分油或頁岩油等。

沿革：20世紀30年代,德國和英國利用二硫化鎢-酸性白土作為加氫裂化催化劑處理煤焦油。50～60年代，美國採用較高活性的催化劑，使加氫裂化的應用逐步得到推廣，並建成了固定牀加氫裂化和流化牀加氫裂化裝置(見固定牀反應器、流化牀反應器)。前者在工業生產中得到較廣泛的應用,出現了許多專利技術; 後者因設備昂貴，工業裝置較少。1966年，中國自行開發的年處理能力 300kt加氫裂化裝置在大慶煉油廠投入生產。

加氫裂化的液體產品收率達98%以上，其質量也遠較催化裂化高。雖然加氫裂化有許多優點，但由於它是在高壓下操作，條件較苛刻，需較多的合金鋼材，耗氫較多，投資較高，故沒有像催化裂化那樣普遍應用。

烴類在加氫裂化條件下的反應方向和深度，取決於烴的組成、催化劑性能以及操作條件，主要發生的反應類型包括裂化、加氫、異構化、環化、脱硫、脱氮、脱氧以及脱金屬等。① 烷烴的加氫裂化反應。在加氫裂化條件下，烷烴主要發生C-C鍵的斷裂反應，以及生成的不飽和分子碎片的加氫反應，此外還可以發生異構化反應。

② 環烷烴的加氫裂化反應。加氫裂化過程中，環烷烴發生的反應受環數的多少、側鏈的長度以及催化劑性質等因素的影響。單環環烷烴一般發生異構化、斷鏈和脱烷基側鏈等反應；雙環環烷烴和多環環烷烴首先異構化成五元環衍生物，然後再斷鏈。

③ 烯烴的加氫裂化反應。加氫裂化條件下，烯烴很容易加氫變成飽和烴，此外還會進行聚合和環化等反應。

④芳香烴的加氫裂化反應。對於側鏈有三個以上碳原子的芳香烴，首先會發生斷側鏈生成相應的芳香烴和烷烴，少部分芳香烴也可能加氫飽和生成環烷烴。雙環、多環芳香烴加氫裂化是分步進行的，首先是一個芳香環加氫成為環烷芳香烴，接着環烷環斷裂生成烷基芳香烴，然後再繼續反應。⑤非烴化合物的加氫裂化反應。在加氫裂化條件下，含硫、氮、氧雜原子的非烴化合物進行加氫反應生成相應的烴類以及硫化氫、氨和水。

加氫裂化催化劑是由金屬加氫組分和酸性擔體組成的雙功能催化劑。該類催化劑不但要求具有加氫活性，而且要求具有裂解活性和異構化活性。

① 加氫裂化催化劑的加氫活性組分，由Ⅵb族和VIII族中的幾種金屬元素（如Fe、Co、Ni、Cr、Mo、W）的氧化物或硫化物組成。

② 催化劑的擔體。加氫裂化催化劑的擔體有酸性和弱酸性兩種。酸性擔體為硅酸鋁、分子篩等，弱酸性擔體為氧化鋁等。催化劑的擔體具有如下幾方面的作用：增加催化劑的有效表面積；提供合適的孔結構；提供酸性中心；提高催化劑的機械強度；提高催化劑的熱穩定性；增加催化劑的抗毒能力；節省金屬組分的用量，降低成本。新的研究表明，單體也可能直接參與反應過程。

③ 催化劑的預硫化。加氫裂化催化劑的活性組分是以氧化物的形態存在的，而其活性只有呈硫化物的形態時才較高，因此加氫裂化催化劑使用之前需要將其預硫化。預硫化就是使其活性組分在一定温度下與H₂S反應，由氧化物轉變為硫化物。預硫化的效果取決於預硫化的條件，加氫裂化催化劑原位預硫化常用氣相硫化法，預硫化温度一般為370℃。

影響石油餾分加氫過程（加氫精制和加氫裂化）的主要因素包括：反應壓力、反應温度、空速、原料性質和催化劑性能等。

① 反應壓力。反應壓力的影響是通過氫分壓來體現的，而系統中氫分壓決定於操作壓力、氫油比、循環氫純度以及原料的氣化率。含硫化合物加氫脱硫和烯烴加氫飽和的反應速度較快，在壓力不高時就有較高的轉化率；而含氮化合物的加氫脱氮反應速度較低，需要提高反應壓力或降低空速來保證一定的脱氮率。對於芳香烴加氫反應，提高反應壓力不僅能夠提高轉化率，而且能夠提高反應速度。

② 反應温度。提高反應温度會使加氫精制和加氫裂化的反應速度加快。在通常的反應壓力範圍內，加氫精制的反應温度一般最高不超過420℃，加氫裂化的反應温度一般為360～450℃。當然，具體的加氫反應温度需要根據原料性質、產品要求以及催化劑性能進行合理確定。

③ 空速。空速反映了裝置的處理能力。工業上希望採用較高的空速，但是空速會受到反應温度的制約。根據催化劑活性、原料油性質和反應深度的不同，空速在較大的範圍內（0.5～10h）波動。重質油料和二次加工得到的油料一般採用較低的空速. 降低空速可使脱硫率、脱氮率以及烯烴飽和率上升。

④ 氫油比。提高氫油比可以增大氫分壓，這不僅有利於加氫反應，而且能夠抑制生成積炭的縮合反應，但是卻增加了動力消耗和操作費用。此外，加氫過程是放熱反應，大量的循環氫可以提高反應系統的熱容量，減小反應温度變化的幅度。在加氫精制過程中，反應的熱效應不大，可採用較低的氫油比；在加氫裂化過程中，熱效應較大，氫耗量較大，可採用較高的氫油比。

目前的加氫裂化工藝絕大多數都採用固定牀反應器，根據原料性質、產品要求和處理量的大小，加氫裂化裝置一般按照兩種流程操作：一段加氫裂化和兩段加氫裂化。除固定牀加氫裂化外，還有沸騰牀加氫裂化和懸浮牀加氫裂化等工藝。

① 固定牀一段加氫裂化工藝

一段加氫裂化主要用於由粗汽油生產液化氣，由減壓蠟油和脱瀝青油生產航空煤油和柴油等。

一段加氫裂化只有一個反應器，原料油的加氫精制和加氫裂化在同一個反應器內進行，反應器上部為精製段，下部為裂化段。

以大慶直餾柴油餾分（330～490℃）一段加氫裂化為例。原料油經泵升壓至16.0MPa，與新氫和循環氫混合換熱後進入加熱爐加熱，然後進入反應器進行反應。反應器的進料温度為370～450℃，原料在反應温度380～440℃、空速1.0h、氫油體積比約為2500的條件下進行反應。反應產物與原料換熱至200℃左右，注入軟化水溶解NH3、H2S等，以防止水合物析出堵塞管道，然後再冷卻至30～40℃後進入高壓分離器。頂部分出循環氫，經壓縮機升壓後返回系統使用；底部分出生成油，減壓至0.5MPa後進入低壓分離器，脱除水，並釋放出部分溶解氣體（燃料氣）。生成油加熱後進入穩定塔，在1.0～1.2MPa下蒸出液化氣，塔底液體加熱至320℃後進入分餾塔，得到輕汽油、航空煤油、低凝柴油和塔底油（尾油）。一段加氫裂化可用三種方案進行操作：原料一次通過、尾油部分循環和尾油全部循環。

② 固定牀兩段加氫裂化工藝

兩段加氫裂化裝置中有兩個反應器，分別裝有不同性能的催化劑。第一個反應器主要進行原料油的精製，使用活性高的催化劑對原料油進行預處理；第二個反應器主要進行加氫裂化反應，在裂化活性較高的催化劑上進行裂化反應和異構化反應，最大限度的生產汽油和中間餾分油。兩段加氫裂化有兩種操作方案：第一段精製，第二段加氫裂化；第一段除進行精製外，還進行部分裂化，第二段進行加氫裂化。兩段加氫裂化工藝對原料的適應性大，操作比較靈活。

③ 固定牀串聯加氫裂化工藝

固定牀串聯加氫裂化裝置是將兩個反應器進行串聯，並且在反應器中填裝不同的催化劑：第一個反應器裝入脱硫脱氮活性好的加氫催化劑，第二個反應器裝入抗氨、抗硫化氫的分子篩加氫裂化催化劑。其它部分與一段加氫裂化流程相同。同一段加氫裂化流程相比，串聯流程的優點在於：只要通過改變操作條件，就可以最大限度的生產汽油或航空煤油和柴油。

④ 沸騰牀加氫裂化

沸騰牀加氫裂化工藝是藉助於流體流速帶動一定顆粒粒度的催化劑運動，形成氣、液、固三相牀層，從而使氫氣、原料油和催化劑充分接觸而完成加氫裂化反應。該工藝可以處理金屬含量和殘炭值較高的原料（如減壓渣油），並可使重油深度轉化。但是該工藝的操作温度較高，一般在400～450℃。

⑤ 懸浮牀加氫裂化工藝

懸浮牀加氫裂化工藝可以使用非常劣質的原料，其原理與沸騰牀相似。其基本流程是以細粉狀催化劑與原料預先混合，再與氫氣一同進入反應器自下而上流動，並進行加氫裂化反應，催化劑懸浮於液相中，且隨着反應產物一起從反應器頂部流出。