本發(fā)明涉及航空煤油加氫脫硫精制工藝，具體涉及一種采用特定催化劑進(jìn)行的航空煤油加氫脫硫精制工藝。

背景技術(shù)：

航空煤油是石油產(chǎn)品之一。英文名稱Jet fuel No.3，別名噴氣燃料。主要由不同餾分的烴類化合物組成。航空煤油主要用作航空渦輪發(fā)動機(jī)的燃料。

隨著交通運(yùn)輸業(yè)對經(jīng)濟(jì)刺激作用越來越強(qiáng)，我國交通運(yùn)輸事業(yè)近年來發(fā)展迅猛。從國家統(tǒng)計局統(tǒng)計的消費(fèi)量來看，我國在2008年整年的噴氣燃料消費(fèi)量為1279.9萬噸，與2007年同期的消費(fèi)量相比上漲了3.6％，而從海關(guān)統(tǒng)計的進(jìn)口量來看，我國在2008年噴氣燃料總共進(jìn)口了647.8萬噸，同比增長了23.5％，月均進(jìn)口量達(dá)到54萬噸。

國際上對噴氣燃料的品質(zhì)一貫按照J(rèn)ETA-1的標(biāo)準(zhǔn)來要求，這也成為國際上噴氣燃料交易買賣的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)要求其總酸值(mgKOH/g)不大于0.015，總硫含量最大不得超過0.30wt％，即不得大于30ppm，同時航空煤油對腐蝕性能也有要求。試驗分析表明，影響航煤銀片腐蝕的主要原因是活性硫化物中的元素硫，其含量達(dá)2μg/g時航煤銀片腐蝕就不合格，硫醇和二硫化物等與元素硫共存時可促進(jìn)銀片腐蝕。

隨著世界原油的重質(zhì)化、劣質(zhì)化日益加深，原油含硫量越來越高，高品質(zhì)的輕質(zhì)原油在不斷減少。近年來煉廠加工的原油多為進(jìn)口原油，相對密度逐年增高，本世紀(jì)初幾年內(nèi)全球煉廠加工原油的平均密度上升到0.8633左右。含硫量高的問題也十分嚴(yán)重，目前世界上含硫原油和高硫原油的產(chǎn)量占世界原油總產(chǎn)量的75％以上。20世紀(jì)90年代中期全球煉廠加工的原油平均含硫量為0.9％，本世紀(jì)初已經(jīng)上升到1.6％。

為生產(chǎn)高品質(zhì)的清潔噴氣燃油(航空煤油)，脫硫技術(shù)得到巨大重視。目前的脫硫技術(shù)，從是否加氫的角度來分，分為加氫脫硫和非加氫脫硫。加氫脫硫技術(shù)由于其固有的優(yōu)勢成為目前世界上最為成熟的加工優(yōu)質(zhì)燃料油的技術(shù)。相較于常規(guī)的精制工藝，航煤加氫工藝減少了堿渣和白土排放污染，其對于原料的適應(yīng)性也更強(qiáng)，因此加氫工藝是未來發(fā)展的主要方向。

目前的噴氣燃料(航空煤油)的加氫工藝大同小異，典型的工藝如下：直餾煤油自原料罐區(qū)送進(jìn)原料緩沖罐，經(jīng)進(jìn)料泵升壓至約3.0MPa后與精制煤油換熱，然后與氫氣混合再和反應(yīng)產(chǎn)物換熱。混氫原料與反應(yīng)產(chǎn)物換熱后進(jìn)入進(jìn)料加熱爐加熱至反應(yīng)所需溫度進(jìn)入加氫反應(yīng)器?；鞖湓显诖呋瘎┑淖饔孟逻M(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物與混氫原料換熱后進(jìn)入熱高壓分離器分離出大部分生成油，高壓分離器頂油氣先后與循環(huán)氫、冷高壓分離器底油換熱后注入脫鹽水，再進(jìn)空冷器、水冷器冷卻至40℃進(jìn)入冷高壓分離器分離出氫氣。冷高壓分離器油與熱高壓分離器氣換熱后與熱高壓分離器底油合并進(jìn)入汽提塔。

然而現(xiàn)有的加氫精制工藝均是針對以前的優(yōu)質(zhì)清油設(shè)置的。對于目前的高硫含量原油生產(chǎn)得到的直餾煤油，由于其高硫含量，其采用的催化劑及加氫條件都難以適用，生產(chǎn)符合要求設(shè)置是降低硫含量到10ppm以下，已經(jīng)不能適用。

因此如何提供一種噴氣燃料(航空煤油)加氫脫硫工藝，能有效將高硫含量的航空煤油中的硫含量控制在10ppm以下，以滿足排放和腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，是本領(lǐng)域面臨的一個難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種航空煤油加氫脫硫精制工藝，該工藝可以將航空煤油中的總硫含量降低到10ppm以下，以滿足排放和腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種航空煤油加氫精制工藝，所述工藝采用固定床反應(yīng)器，固定床反應(yīng)器中裝填有加氫催化劑，所述催化劑包括載體和活性組分。

所述載體為合成骨架結(jié)構(gòu)中摻入雜原子Co²⁺的MCM-41。

所述活性組分為氮化二鉬MO₂N、氮化鎢W₂N、碳化鉬Mo₂C和碳化鎢WC的混合物。

所述的催化劑還含有催化助劑，所述催化助劑為Cr₂O₃、ZrO₂、CeO₂、V₂O₅和NbOPO₄的混合物。

所述固定床反應(yīng)器的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為260-320℃，氫分壓為2.8-3.6MPa，氫油體積比150-250，體積空速2.0-4.0h^-1。

MCM-41是有序介孔材料，其孔道呈六方有序排列、大小均勻，孔徑尺寸可隨合成時加入導(dǎo)向劑及合成件的不同在1.5～10nm之間變化，晶格參數(shù)約4.5nm，比孔容約1mL/g，MCM-41孔徑均勻，具有較高的比表面積(1000m²/g)和大的吸附容量(0.7mL/g)，有利于有機(jī)分子的自由擴(kuò)散。本發(fā)明經(jīng)過在眾多介孔材料中，比如MCM-22、MCM-36、MCM-48、MCM-49、MCM56，進(jìn)行對比試驗選擇，發(fā)現(xiàn)只有MCM-41能夠達(dá)到本發(fā)明的發(fā)明目的，其他介孔材料都有這樣那樣的缺陷，在應(yīng)用到本發(fā)明中時存在難以克服的技術(shù)困難，因此本發(fā)明選擇用MCM-41作為載體基礎(chǔ)。

純硅MCM-41本身酸性很弱，直接用作催化劑活性較低。因此，本發(fā)明對其進(jìn)行改性，以增加其催化活性。本發(fā)明對MCM-41介孔分子篩改性的途徑是：在MCM-41合成過程中，加入Co²⁺鹽溶液，在MCM-41分子篩骨架結(jié)構(gòu)形成之前，通過同晶取代將Co²⁺替換部分骨架元素從而嵌入分子篩的骨架中，在整體上改善了MCM-41介孔分子篩的催化活性、吸附以及熱力學(xué)穩(wěn)定性能等。

盡管對MCM-41介孔分子篩進(jìn)行改性的方法或途徑很多，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的催化劑只能采用摻雜Co²⁺的MCM-41作為載體才能實(shí)現(xiàn)硫含量控制與辛烷值損失的平衡，發(fā)明人嘗試了在MCM-41中摻雜:Al³⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ga³⁺等產(chǎn)生陰離子表面中心的離子，發(fā)現(xiàn)都不能實(shí)現(xiàn)所述效果。與發(fā)明人另一改性途徑通過離子交換將Cu²⁺負(fù)載在MCM-41孔道內(nèi)表面相比，本發(fā)明的同晶取代途徑更為穩(wěn)定。盡管所述機(jī)理目前并不清楚，但這并不影響本發(fā)明的實(shí)施，發(fā)明人根據(jù)已知理論與實(shí)驗證實(shí)，其與本發(fā)明的活性成分之間存在協(xié)同效應(yīng)。

所述Co²⁺在MCM-41中的摻雜量必須控制在特定的含量范圍之內(nèi)，其摻雜量以重量計，為MCM-41重量的0.56％-0.75％，例如0.57％、0.58％、0.59％、0.6％、0.61％、0.62％、0.63％、0.64％、0.65％、0.66％、0.67％、0.68％、0.69％、0.7％、0.71％、0.72％、0.73％、0.74等。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在該范圍之外，會導(dǎo)致航空煤油脫硫效果的急劇降低。更令人欣喜的是，當(dāng)Co²⁺在MCM-41中的摻雜量控制在0.63％-0.72％范圍內(nèi)時，其脫硫能力最強(qiáng)，當(dāng)繪制以Co²⁺摻雜量為橫軸，以目標(biāo)脫硫效果為縱軸的曲線圖時，該含量范圍內(nèi)硫含量能控制在極低的范圍之內(nèi)，其產(chǎn)生的脫硫效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期，屬于預(yù)料不到的技術(shù)效果。

所述活性組分的總含量為載體MCM-41重量的1％-15％，優(yōu)選3-12％，進(jìn)一步優(yōu)選5-10％。例如，所述含量可以為2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％等。

本發(fā)明中，特別限定活性組分為氮化二鉬MO₂N、氮化鎢W₂N、碳化鉬Mo₂C和碳化鎢WC的混合比例，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，不同的混合比例達(dá)到的效果完全不同。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，氮化二鉬MO₂N、氮化鎢W₂N、碳化鉬Mo₂C和碳化鎢WC的混合比例(摩爾比)為1:(0.4-0.6):(0.28-0.45):(0.8-1.2)，只有控制氮化二鉬MO₂N、氮化鎢W₂N、碳化鉬Mo₂C和碳化鎢WC的摩爾比在該范圍內(nèi)，才能夠?qū)崿F(xiàn)航空煤油中含硫量控制在10ppm以下且脫氮能力顯著。也就是說，本發(fā)明的四種活性組分只有在摩爾比為1:(0.4-0.6):(0.28-0.45):(0.8-1.2)時，才具備協(xié)同效應(yīng)。除開該摩爾比范圍之外，或者省略或者替換任意一種組分，都不能實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。

優(yōu)選的，氮化二鉬MO₂N、氮化鎢W₂N、碳化鉬Mo₂C和碳化鎢WC的摩爾比為1:(0.45-0.5):(0.35-0.45):(0.8-1.0)，進(jìn)一步優(yōu)選為1:(0.45-0.48):(0.4-0.45):(0.9-1.0)，最優(yōu)選1:0.48:0.42:0.95。

本發(fā)明的目的之三在于提供所述催化劑的助催化劑。本發(fā)明所述的催化劑還含有催化助劑，所述催化助劑為Cr₂O₃、ZrO₂、CeO₂、V₂O₅和NbOPO₄(磷酸鈮)的混合物。

盡管在加氫精制特別是加氫脫硫領(lǐng)域，已經(jīng)有成熟的催化助劑，比如P、F和B等，其用于調(diào)節(jié)載體的性質(zhì)，減弱金屬與載體間強(qiáng)的相互作用，改善催化劑的表面結(jié)構(gòu)，提高金屬的可還原性，促使活性組分還原為低價態(tài)，以提高催化劑的催化性能。但上述P、F和B催化助劑在應(yīng)用與本發(fā)明的載體與活性組分時，針對高硫組分，其促進(jìn)催化脫硫/精制的作用了了。

本發(fā)明經(jīng)過在眾多常用助催化劑組分，以及部分活性組分中進(jìn)行遴選、復(fù)配等，最終發(fā)現(xiàn)采用Cr₂O₃、ZrO₂、CeO₂、V₂O₅和NbOPO₄(磷酸鈮)的混合物對本發(fā)明的催化劑促進(jìn)作用明顯，能顯著提高其水熱穩(wěn)定性，并提高其防結(jié)焦失活能力，從而提高其使用壽命。

所述Cr₂O₃、ZrO₂、CeO₂、V₂O₅和NbOPO₄之間沒有固定的比例，也就是說，Cr₂O₃、ZrO₂、CeO₂、V₂O₅和NbOPO₄每一種各自的含量達(dá)到有效量即可。優(yōu)選的，本發(fā)明采用的Cr₂O₃、ZrO₂、CeO₂、V₂O₅和NbOPO₄各自的含量均為(分別為)載體質(zhì)量的1-7％，優(yōu)選2-4％。

盡管本發(fā)明所述的催化助劑之間沒有特定的比例要求，但每一種助劑必須能夠達(dá)到有效量的要求，即能夠起到催化助劑作用的含量，例如載體質(zhì)量的1-7％。本發(fā)明在遴選過程中發(fā)現(xiàn)，省略或者替換所述助劑中的一種或幾種，均達(dá)不到本發(fā)明的技術(shù)效果(提高水熱穩(wěn)定性，減少結(jié)焦提高使用壽命)，也就是說，本發(fā)明的催化助劑之間存在特定的配合關(guān)系。

事實(shí)上，本發(fā)明曾經(jīng)嘗試將催化助劑中的磷酸鈮NbOPO₄替換為五氧化二妮Nb₂O₅，發(fā)現(xiàn)盡管助劑中也引入了Nb，但其技術(shù)效果明顯低于磷酸鈮NbOPO₄，其不僅水熱穩(wěn)定性稍差，其催化劑床層結(jié)焦相對快速，從而導(dǎo)致催化劑孔道堵塞，催化劑床層壓降上升相對較快。本發(fā)明也曾嘗試引入其他磷酸鹽，但這種嘗試盡管引入了磷酸根離子，但同樣存在水熱穩(wěn)定性相對稍差，其催化劑床層結(jié)焦相對快速，從而導(dǎo)致催化劑孔道堵塞，催化劑床層壓降上升相對較快。

盡管本發(fā)明引入催化助劑有如此之多的優(yōu)勢，但本發(fā)明必須說明的是，引入催化助劑僅僅是優(yōu)選方案之一，即使不引入該催化助劑，也不影響本發(fā)明主要發(fā)明目的的實(shí)施。不引入本發(fā)明的催化助劑特別是磷酸鈮，其相較于引入催化助劑的方案，其缺陷僅僅是相對的。即該缺陷是相對于引入催化助劑之后的缺陷，其相對于本發(fā)明之外的其他現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提及的所有優(yōu)勢或者新特性仍然存在。該催化助劑不是解決本發(fā)明主要技術(shù)問題所不可或缺的技術(shù)手段，其只是對本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，解決新的技術(shù)問題。

所述催化劑的制備方法可以采取常規(guī)的浸漬法以及其他替代方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)其掌握的現(xiàn)有技術(shù)自由選擇，本發(fā)明不再贅述。

優(yōu)選的，所述固定床反應(yīng)器的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為280-300℃，氫分壓為3.0-3.4MPa，氫油體積比180-220，體積空速2.0-4.0h^-1。

優(yōu)選的，所述工藝流程包括，直餾煤油經(jīng)過濾器、緩沖罐后，由進(jìn)料泵泵入換熱器與產(chǎn)品航煤換熱，換熱后與循環(huán)氫和新氫混合形成氫油混合物，再次與反應(yīng)產(chǎn)物換熱后進(jìn)入加熱爐，加熱到反應(yīng)溫度進(jìn)入加氫精制反應(yīng)器(固定床反應(yīng)器)，在反應(yīng)器中氫油混合物在催化劑作用下，進(jìn)行加氫脫硫、脫氮、脫氧、烯烴飽和及芳烴飽和等反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱，再經(jīng)水冷至預(yù)定溫度，進(jìn)入高壓分離器，高壓分離器頂部氣相作為循環(huán)氫返回循環(huán)氫緩沖罐，油相進(jìn)入低壓分離器，低壓分離器底部引出的生成油與反應(yīng)產(chǎn)物換熱后進(jìn)入汽提塔，塔頂油氣經(jīng)空冷、水冷后進(jìn)入分液罐得到石腦油，汽提塔底得到航空煤油。

優(yōu)選的，所述固定床反應(yīng)器包括1-5個催化劑床層，進(jìn)一步優(yōu)選2-3個催化劑床層。

本發(fā)明的加氫精制工藝通過選取特定的催化劑，所述催化劑通過摻入雜原子Co²⁺的MCM-41作為載體，以及選取特定比例的氮化二鉬MO₂N、氮化鎢W₂N、碳化鉬Mo₂C和碳化鎢WC作為活性成分，所述的催化劑還含有催化助劑，所述催化助劑為Cr₂O₃、ZrO₂、CeO₂、V₂O₅和NbOPO₄的混合物，使得該催化劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，對航空煤油的加氫脫硫能控制在總硫含量低于5ppm，同時對航空煤油中的總氮含量控制在10ppm之內(nèi)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過下述實(shí)施例對本發(fā)明的加氫精制工藝進(jìn)行說明。

實(shí)施例1

通過浸漬法制備得到催化劑，載體為摻雜Co²⁺的MCM-41，Co²⁺在MCM-41中的摻雜量控制在載體質(zhì)量的0.65％。所述活性組分氮化二鉬MO₂N、氮化鎢W₂N、碳化鉬Mo₂C和碳化鎢WC的總含量為載體質(zhì)量的10％，其摩爾比為1:0.4:0.3:0.8。

將所述催化劑裝填入固定床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器的反應(yīng)管由內(nèi)徑50mm的不銹鋼制成，催化劑床層設(shè)置為3層，催化劑床層溫度用UGU808型溫控表測量，原材料航空煤油由北京衛(wèi)星制造廠制造的雙柱塞微量泵連續(xù)輸送，氫氣由高壓氣瓶供給并用北京七星華創(chuàng)D07-11A/ZM氣體質(zhì)量流量計控制流速，催化劑裝填量為2kg。反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)水浴室溫冷卻后進(jìn)行氣液分離。

所用原料為直餾煤油，其總硫含量267ppm，堿性氮含量為299ppm。

控制反應(yīng)條件為：溫度300℃，氫分壓3.2MPa，氫油體積比200，體積空速2h^-1。

測試最終的產(chǎn)品，總硫含量降低到2ppm，總堿性氮含量降低到8ppm。

實(shí)施例2

通過浸漬法制備得到催化劑，載體為摻雜Co²⁺的MCM-41，Co²⁺在MCM-41中的摻雜量控制在載體質(zhì)量的0.7％。所述活性組分氮化二鉬MO₂N、氮化鎢W₂N、碳化鉬Mo₂C和碳化鎢WC的總含量為載體質(zhì)量的10％，其摩爾比為1:0.6:0.45):1.2。

其余條件與實(shí)施例1相同。

測試最終的產(chǎn)品，總硫含量降低到3ppm，總堿性氮含量降低到6ppm。

對比例1

將實(shí)施例1的載體替換為γ-Al₂O₃，其余條件不變。

測試最終的產(chǎn)品，總硫含量降低到21ppm，總堿性氮含量降低到32ppm。

對比例2

將實(shí)施例1的載體替換為未摻雜的MCM-41，其余條件不變。

測試最終的產(chǎn)品，總硫含量降低到32ppm，總堿性氮含量降低到37ppm。

對比例3

將實(shí)施例1的Co²⁺替換為Zn²⁺，其余條件不變。

測試最終的產(chǎn)品，總硫含量降低到28ppm，總堿性氮含量降低到39ppm。

對比例4

將實(shí)施例1中的Co²⁺在MCM-41中的摻雜量控制在載體質(zhì)量的0.5％，其余條件不變。

測試最終的產(chǎn)品，總硫含量降低到33ppm，總堿性氮含量降低到44ppm。

對比例5

將實(shí)施例1中的Co²⁺在MCM-41中的摻雜量控制在載體質(zhì)量的0.8％，其余條件不變。

測試最終的產(chǎn)品，總硫含量降低到25ppm，總堿性氮含量降低到37ppm。

實(shí)施例1與對比例1-5表明，本申請采用的特定含量范圍和特定負(fù)載金屬離子的MCM-41載體，當(dāng)替換為本領(lǐng)域的其他已知載體時，或者載體相同但Co²⁺摻雜量不同時，均達(dá)不到本發(fā)明的技術(shù)效果，因此本發(fā)明的特定含量范圍的Co²⁺摻雜MCM-41載體與催化劑其他組分之間具備協(xié)同效應(yīng)，所述加氫精制工藝產(chǎn)生了預(yù)料不到的技術(shù)效果。

對比例6

省略實(shí)施例1中的MO₂N，其余條件不變。

測試最終的產(chǎn)品，總硫含量降低到34ppm，總堿性氮含量降低到47ppm。

對比例7

省略實(shí)施例1中的WC，其余條件不變。

測試最終的產(chǎn)品，總硫含量降低到38ppm，總堿性氮含量降低到46ppm。

上述實(shí)施例及對比例6-7說明，本發(fā)明的加氫精制工藝的催化劑幾種活性組分之間存在特定的聯(lián)系，省略或替換其中一種或幾種，都不能達(dá)到本申請的特定效果，證明其產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)。

實(shí)施例3

催化劑中含有催化助劑Cr₂O₃、ZrO₂、CeO₂、V₂O₅和NbOPO₄，其含量分別為1％、2％、1.5％、1％和3％，其余與實(shí)施例1相同。

測試最終的產(chǎn)品，其使用3個月后，催化劑床層壓降無任何變化，相較于同樣使用時間實(shí)施例1的催化劑床層壓降減少14.9％。

對比例8

相較于實(shí)施例3，將其中的NbOPO₄省略，其余條件相同。

測試最終的產(chǎn)品，其使用3個月后，催化劑床層壓降升高，相較于同樣使用時間實(shí)施例1的催化劑床層壓降只減少3.6％。

對比例9

相較于實(shí)施例3，將其中的CeO₂省略，其余條件相同。

測試最終的產(chǎn)品，其使用3個月后，催化劑床層壓降升高，相較于同樣使用時間實(shí)施例1的催化劑床層壓降只減少4.2％。

實(shí)施例3與對比例8-9表明，本發(fā)明的催化助劑之間存在協(xié)同關(guān)系，當(dāng)省略或替換其中一個或幾個組分時，都不能達(dá)到本發(fā)明加入催化助劑時的減少結(jié)焦從而阻止催化劑床層壓降升高的技術(shù)效果。即，其驗證了本發(fā)明的催化助劑能夠提高所述催化劑的使用壽命，而其他催化助劑效果不如該特定催化助劑。

申請人聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的工藝，但本發(fā)明并不局限于上述工藝，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)催化劑才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。