本发明涉及焦化柴油加氢脱硫精制工艺，具体涉及一种采用特定催化剂进行的焦化柴油加氢精制工艺。
背景技术：
延迟焦化工艺是以重质油，例如减压渣油、裂化渣油等为原料，在高温(约500℃)条件下进行的热裂化和缩合反应，生产出气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦。
焦化柴油的硫含量、烯烃含量高，十六烷值高于催化柴油，但很不稳定，易变色(氧化)，杂质多，经过稳定后的焦化柴油只能作为半成品，一般需经过加氢精制，除去其中含氮、含硫化合物及二烯烃，才可用作车用柴油调合组分或作为石油化工原料使用。
焦化柴油的含硫量一般在1.0％左右甚至更高，也就是10000ppm以上，如此高的含硫量严重限制了焦化柴油的使用。因此必须对焦化柴油进行处理，以脱除如此之高的硫含量。
现有的除硫工艺中，加氢精制因环境友好技术成熟，已经得到广泛的应用，但现有的加氢过程针对的原料中，硫含量多在几百ppm级别，对于高达1万ppm的含硫量，现有的加氢精制过程采用的催化剂，难以适应如此高的含硫量，一般会存在两个问题：一是催化剂的活性下降快，装置在处理其他原料的工况下催化剂的使用周期都可以达到6a(6年)甚至更长，但在处理焦化柴油之后，催化剂的使用周期只有1-2a。频繁的更换催化剂严重的影响了装置的经济效益。二是装置反应器床层压力降升高得很快，在处理焦化柴油3-6个月之后装置就由于反应器压力降达到指标的上限而被迫停工。通过对同类装置的调研发现，在焦化柴油加氢精制过程中都不同程度地存在着反应器压力降升高过快的现象。
经过分析发现，现有的加氢精制采用的催化剂用于焦化柴油加氢精制时，催化剂的金属组分损失较大，说明催化剂上活性组分减少，同时孔容变小很多，导致反应物与催化剂接触面积下降，这都直接反应在催化剂活性的下降上。同时，焦化柴油在生产乙烯料、重整料和合成氨料时，均要求较高的操作苛刻度，加氢深度高，导致催化剂床层积碳加剧，压力降迅速上升。而当压力降上升到设备允许的上限0.38MPa时，就必须对催化剂床层进行处理。
因此如何提供焦化柴油精制工艺，采用改进的催化剂能有效将焦化柴油中的硫含量控制在5ppm以下，以符合国五要求，并提高使用寿命，是本领域面临的一个难题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种焦化柴油加氢脱硫精制工艺，该工艺可以将焦化柴油中的总硫含量降低到5ppm以下，并将催化剂使用寿命提高到8a以上。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种焦化柴油加氢精制工艺，所述工艺采用固定床反应器，固定床反应器中装填有加氢催化剂，所述催化剂包括载体和活性组分。
所述载体为MSU-G、SBA-15和HMS的复合物或混合物。
所述活性组分为氮化二钼MO2N、氮化钨W2N、碳化钼Mo2C和碳化钨WC的混合物。
所述固定床反应器的反应条件为：反应温度为300-450℃，氢分压为6-9MPa，氢油体积比450-700，体积空速1.5-3h-1。
本发明的目的之一就在于，提供一种3种不同介孔分子筛的复合以表现出协同效应和特殊催化性能，所述协同效应表现在脱硫精制方面，而特殊的催化性能则是表现在对催化剂的使用寿命及催化活性的提高上。
在催化剂领域，根据国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的定义，孔径小于2nm的称为微孔；孔径大于50nm的称为大孔；孔径在2到50nm之间的称为介孔(或称中孔)。介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大比表面积和三维孔道结构的新型材料，它具有其它多孔材料所不具有的优异特性：具有高度有序的孔道结构；孔径单一分布，且孔径尺寸可在较宽范围变化；介孔形状多样，孔壁组成和性质可调控；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性。
但在目前的应用中，所述介孔材料在用于催化领域时，都是单独使用，比如MCM系列，如MCM-22、MCM-36、MCM-41、MCM-48、MCM-49、MCM56，比如MSU系列，如MSU-1、MSU-2、MSU-4、MSU-X、MSU-G、MSU-S、MSU-J等，以及SBA系列，如SBA-1、SBA-2、SBA-3、SBA-6、SBA-7、SBA-8、SBA-11、SBA-15、SBA-16等，以及其他的介孔系列等。
少数研究文献研究了两种载体的复合，比如Y/SBA-15、Y/SAPO-5等，多数是以介孔-微孔复合分子筛和微孔-微孔复合分子筛为主。采用3种不同介孔分子筛的复合以表现出协同效应和特殊催化性能的研究，目前尚未见报导。
本发明的催化剂载体是MSU-G、SBA-15和HMS的复合物或混合物。所述复合物或混合物中，MSU-G、SBA-15和HMS的重量比为1:(0.8-1.2):(0.4-0.7)，优选为1:(1-1.15):(0.5-0.7)。
本发明采用的MSU-G、SBA-15和HMS介孔分子筛均是催化领域已有的分子筛，其已经在催化领域获得广泛研究和应用。
MSU-G是一种具有泡囊结构状粒子形态和层状骨架结构的介孔分子筛，其具有高度的骨架交联和相对较厚的骨架壁而具有超强的热稳定性和水热稳定性，其骨架孔与垂直于层和平行于层的孔相互交联，扩散路程因其囊泡壳厚而很短。MSU-G分子筛的囊泡状粒子形态方便试剂进入层状骨架的催化中心，其催化活性很高。
SBA-15属于介孔分子筛的一种，具有二维六方通孔结构，具有P3mm空间群。在XRD衍射图谱中，主峰在约1°附近，为(10)晶面峰。次强峰依次为(11)峰以及(20)峰。其他峰较弱，不易观察到。此外，SBA-15骨架上的二氧化硅一般为无定形态，在广角XRD衍射中观察不到明显衍射峰。SBA-15具有较大的孔径(最大可达30nm)，较厚的孔壁(壁厚可达6.4nm)，因而具有较好的水热稳定性。
六方介孔硅HMS具有长程有序而短程相对无序的六方介孔孔道，其孔壁比HCM41S型介孔材料更厚，因而水热稳定性更好，同时短程相对无序的组织结构及孔径调变范围更大，使HMS材料具有更高的分子传输效率和吸附性能，适宜于作为大分子催化反应的活性中心。
本发明从各个介孔材料中，进行复合配对，经过广泛的筛选，筛选出MSU-G、SBA-15和HMS的复合或混合。发明人发现，在众多的复合物/混合物中，只有MSU-G、SBA-15和HMS三者的复合或混合，才能实现加氢精制效果的协同提升，并能够使得催化活性长期不降低，使用寿命能够大大增加。换言之，只有本发明的MSU-G、SBA-15和HMS三者的特定复合或混合，才同时解决了协同和使用寿命两个技术问题。其他配合，要么不具备协同作用，要么使用寿命较短。
所述复合物，可以采用MSU-G、SBA-15和HMS三者的简单混合，也可以采用两两复合后的混合，比如MSU-G/SBA-15复合物、MSU-G/HMS和SBA-15/HMS复合物的混合。所述复合可以采用已知的静电匹配法、离子交换法、两步晶化法等进行制备。这些介孔分子筛和其复合物的制备方法是催化剂领域的已知方法，本发明不再就其进行赘述。
本发明中，特别限定活性组分为氮化二钼MO2N、氮化钨W2N、碳化钼Mo2C和碳化钨WC的混合比例，发明人发现，不同的混合比例达到的效果完全不同。发明人发现，氮化二钼MO2N、氮化钨W2N、碳化钼Mo2C和碳化钨WC的混合比例(摩尔比)为1:(0.4-0.6):(0.28-0.45):(0.8-1.2)，只有控制氮化二钼MO2N、氮化钨W2N、碳化钼Mo2C和碳化钨WC的摩尔比在该范围内，才能够实现焦化柴油中含硫量控制在10ppm以下且脱氮能力显著。也就是说，本发明的四种活性组分只有在摩尔比为1:(0.4-0.6):(0.28-0.45):(0.8-1.2)时，才具备协同效应。除开该摩尔比范围之外，或者省略或者替换任意一种组分，都不能实现协同效应。
优选的，氮化二钼MO2N、氮化钨W2N、碳化钼Mo2C和碳化钨WC的摩尔比为1:(0.45-0.5):(0.35-0.45):(0.8-1.0)，进一步优选为1:(0.45-0.48):(0.4-0.45):(0.9-1.0)，最优选1:0.48:0.42:0.95。
所述活性组分的总含量为载体重量的1％-15％，优选3-12％，进一步优选5-10％。例如，所述含量可以为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。
所述催化剂的制备方法可以采取常规的浸渍法以及其他替代方法，本领域技术人员可以根据其掌握的现有技术自由选择，本发明不再赘述。
优选的，所述固定床反应器的反应条件为：320-350℃，氢分压为7.8-8.3MPa，氢油体积比450-550，体积空速1.5-2h-1。
优选的，所述工艺流程包括，装置主要包括原料预分馏部分(脱水和切尾)、反应部分和分馏部分。
1、原料预分馏部分
从罐区来的原料油经原料油过滤器除去大于25μm的固体颗粒，与预分馏塔顶汽换热升温后，与预分馏塔中段回流液换热升温，然后与预分馏塔底重油换热升温，最后经预分馏塔进料加热炉加热进入原料油预分馏塔(脱水)，塔顶汽经冷凝后进入预分馏塔顶回流罐并分离为柴油和含油污水，一部分柴油作塔顶回流使用，一部分柴油作加氢单元原料使用；预分馏塔(脱水)的拔头油由塔底排出，再经过换热和加热炉加热后进入预分馏塔(切尾)，预分馏塔(切尾)底重油，作为沥青出装置，而其他馏出馏分混合后作加氢单元原料使用。
2、反应部分
经过预处理后的煤焦油进入加氢原料油缓冲罐，原料油缓冲罐用燃料气气封。自原料油缓冲罐来的原料油经加氢进料泵增压后，在流量控制下与混合氢混合，经反应流出物/反应进料换热器换热后，然后经反应进料加热炉加热至反应所需温度，进入加氢改质反应器，反应器间设有注急冷氢设施。
自反应器出来的反应流出物经反应流出物/反应进料换热器、反应流出物/低分油换热器、反应流出物/反应进料换热器依次与反应进料、低分油、反应进料换热，然后经反应流出物空冷器及水冷器冷却，进入高压分离器。为了防止反应流出物中的铵盐在低温部位析出，通过注水泵将冲洗水注到反应流出物空冷器上游侧的管道中。
冷却后的反应流出物在高压分离器中进行油、气、水三相分离。高分气(循环氢)经循环氢压缩机入口分液罐分液后，进入循环氢压缩机升压，然后分两路：一路作为急冷氢进反应器；一路与来自新氢压缩机的新氢混合，混合氢与原料油混合作为反应进料。含硫、含氨污水自高压分离器底部排出至酸性水汽提装置处理。高分油相在液位控制下经减压调节阀进入低压分离器，其闪蒸气体排至工厂燃料气管网。
低分油经换热后进入分馏塔。入塔温度用反应流出物/低分油换热器旁路调节控制。
新氢经新氢压缩机入口分液罐经分液后进入新氢压缩机，经两级升压后与循环氢混合。
3、分馏部分
从反应部分来的低分油经换热器换热进入分馏塔。塔底设重沸炉，塔顶油气经塔顶空冷器和水冷器冷凝冷却至40℃，进入分馏塔顶回流罐进行气、油、水三相分离。闪蒸出的气体排至燃料气管网。含硫含氨污水与高分污水一起送出装置。油相经分馏塔顶回流泵升压后一部分作为塔顶回流，一部分作为粗柴油去稳定塔。
从分馏塔顶回流罐来的粗柴油经稳定柴油(精制石脑油)/粗柴油换热后进入柴油稳定塔。稳定塔塔顶油气经稳定塔顶水冷器冷凝冷却至40℃，进入稳定塔顶回流罐进行气、油、水三相分离。闪蒸出的气体排至燃料气管网。含硫含氨污水与高分污水一起送出装置。油相经稳定塔顶回流泵升压后大部分作为塔顶回流，小部分作为轻油排入不合格油中出装置。塔底稳定柴油作为石脑油去罐区。
为了抑制硫化氢对塔顶管道和冷换设备的腐蚀，在分馏塔和稳定塔塔顶管道采用注入缓蚀剂措施。缓蚀剂自缓蚀剂罐经缓蚀剂泵注入塔顶管道。
分馏塔塔底精制油经精制油泵增压后与低分油换热，然后进入柴油空冷器冷却至50℃后出装置作为优质燃料油去罐区。
优选的，所述固定床反应器包括1-5个催化剂床层，进一步优选2-3个催化剂床层。
本发明的加氢精制工艺通过选取特定的催化剂，所述催化剂通过选取特定比例的MSU-G、SBA-15和HMS复合物/混合物作为载体，以及选取特定比例的氮化二钼MO2N、氮化钨W2N、碳化钼Mo2C和碳化钨WC作为活性成分，使得该催化剂产生协同效应，对焦化柴油的加氢脱硫能控制在总硫含量低于5ppm，同时减少了催化剂活性成分的流失及焦炭的形成，使得催化剂的使用寿命能够达到8a以上。
具体实施方式
本发明通过下述实施例对本发明的加氢精制工艺进行说明。
实施例1
通过浸渍法制备得到催化剂，载体为MSU-G、SBA-15和HMS的混合物，混合比例是1:1.1:0.5。所述活性组分氮化二钼MO2N、氮化钨W2N、碳化钼Mo2C和碳化钨WC的总含量为载体质量的10％，其摩尔比为1:0.4:0.3:0.8。
将所述催化剂装填入固定床反应器，所述反应器的反应管由内径50mm的不锈钢制成，催化剂床层设置为3层，催化剂床层温度用UGU808型温控表测量，原材料焦化柴油由北京卫星制造厂制造的双柱塞微量泵连续输送，氢气由高压气瓶供给并用北京七星华创D07-11A/ZM气体质量流量计控制流速，催化剂装填量为2kg。反应后的产物经水浴室温冷却后进行气液分离。
所用原料为委内瑞拉焦化柴油，其含硫量高达10300ppm。
控制反应条件为：340℃，氢分压为8.0MPa，氢油体积比500，体积空速2h-1。
测试最终的产品，总硫含量降低到2ppm，装置运行半年之后，催化剂床层压力降无任何变化。
实施例2
通过浸渍法制备得到催化剂，载体为MSU-G/SBA-15复合物、MSU-G/HMS和SBA-15/HMS复合物的混合，其中MSU-G、SBA-15和HMS的比例与实施例1相同。所述活性组分氮化二钼MO2N、氮化钨W2N、碳化钼Mo2C和碳化钨WC的总含量为载体质量的10％，其摩尔比为1:0.6:0.45):1.2。
其余条件与实施例1相同。
测试最终的产品，总硫含量降低到3ppm，装置运行半年之后，催化剂床层压力降无任何变化。
对比例1
将实施例1的载体替换为MSU-G，其余条件不变。
测试最终的产品，总硫含量降低到39ppm，催化剂床层压力降上升超过5％。
对比例2
将实施例1的载体替换为SBA-15，其余条件不变。
测试最终的产品，总硫含量降低到34ppm，催化剂床层压力降上升超过5％。
对比例3
将实施例1的载体替换为HMS，其余条件不变。
测试最终的产品，总硫含量降低到40ppm，催化剂床层压力降上升超过5％。
对比例4
将实施例1中的载体替换为MSU-G/SBA-15复合物，其余条件不变。
测试最终的产品，总硫含量降低到37ppm，催化剂床层压力降上升超过5％。
对比例5
将实施例1中的载体替换为SBA-15/HMS复合物，其余条件不变。
测试最终的产品，总硫含量降低到42ppm，催化剂床层压力降上升超过5％。
对比例6
将实施例1中的载体替换为MSU-G/HMS复合物，其余条件不变。
测试最终的产品，总硫含量降低到33ppm，催化剂床层压力降上升超过5％。
实施例1与对比例1-6表明，本发明采用特定比例的MSU-G、SBA-15和HMS复合物/混合物作为载体，当替换为单一载体或两两复合载体时，均达不到本发明的技术效果，因此本发明的特定比例的MSU-G、SBA-15和HMS复合物/混合物作为载体与催化剂其他组分之间具备协同效应，所述加氢精制工艺产生了预料不到的技术效果。
对比例7
省略实施例1中的MO2N，其余条件不变。
测试最终的产品，总硫含量降低到30ppm，催化剂床层压力降上升超过5％。
对比例7
省略实施例1中的WC，其余条件不变。
测试最终的产品，总硫含量降低到48ppm，催化剂床层压力降上升超过5％。
上述实施例及对比例7-8说明，本发明的加氢精制工艺的催化剂几种活性组分之间存在特定的联系，省略或替换其中一种或几种，都不能达到本申请的特定效果，证明其产生了协同效应。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺，但本发明并不局限于上述工艺，即不意味着本发明必须依赖上述详细催化剂才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。