氣相加氫與液相加氫工藝在柴油加氫中的對(duì)比分析

＊武釗 蒙毅

（中國(guó)石化濟(jì)南煉化公司 山東 250101）

氣相加氫與液相加氫工藝在柴油加氫中的對(duì)比分析

＊武釗 蒙毅

（中國(guó)石化濟(jì)南煉化公司 山東 250101）

簡(jiǎn)要概述了液相加氫技術(shù)，通過(guò)氣相加氫與液相加氫這兩種工藝在加工工藝、設(shè)備數(shù)量、操作條件等方面比較來(lái)闡述了液相加氫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及局限性，說(shuō)明哪種工藝更適合、更有優(yōu)勢(shì)。

液相加氫；氣相加氫；柴油脫硫；氣液混合

為了滿足國(guó)家不斷提高的環(huán)保要求、提高油品的使用性能，全國(guó)汽柴油質(zhì)量升級(jí)步伐加快，2017年1月成品柴油將實(shí)現(xiàn)國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)。而加氫精制是提升柴油品質(zhì)的最重要手段。傳統(tǒng)的氣相加氫進(jìn)入反應(yīng)器的是富含大量氫氣的循環(huán)氣與粗柴油，以確保柴油加氫反應(yīng)完全進(jìn)行。液相加氫技術(shù)循環(huán)的介質(zhì)是進(jìn)料的液相柴油組分，將反應(yīng)用新氫溶解于其中，滿足柴油加氫反應(yīng)的需要。本研究旨在對(duì)比兩種柴油加氫技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而為指導(dǎo)工業(yè)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

目前，我國(guó)海外進(jìn)口原油品質(zhì)不高，其中重組分含量較多，原料油硫含量大，二次加工油總量多，柴油產(chǎn)品的安定性和使用效率受到硫、氮、芳烴和膠質(zhì)等組分的影響。國(guó)內(nèi)的加氫工藝已經(jīng)較為成熟，但該工藝需在一定的氫分壓下維持較高的氫油比，因而需要借用大量的循環(huán)氫用于相間傳質(zhì)、傳熱等程序，帶來(lái)大量的動(dòng)力消耗和資金投入。為了降低裝置的能耗和投資，液相加氫工藝IsoTherming技術(shù)由工藝動(dòng)力學(xué)公司(設(shè)在美國(guó)阿肯色州的技術(shù)開(kāi)發(fā)公司)開(kāi)發(fā)而成，于2003年首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。杜邦在2007年8月并購(gòu)了IsoTherming液相加氫處理技術(shù)。

1.氣、液加氫工藝流程對(duì)比

(1)氣相加氫工藝流程

氣相加氫工藝作為一種傳統(tǒng)技術(shù)，其反應(yīng)器的主要型式為滴流床反應(yīng)器，是固定床反應(yīng)器的一種。氫氣和原料柴油并流通過(guò)固體顆粒狀催化劑床層，以進(jìn)行氣液固相反應(yīng)。滴流床反應(yīng)器常在加壓下操作，以促進(jìn)氣液相的相互溶解。氫氣和柴油在催化劑微孔內(nèi)進(jìn)行充分接觸和加氫反應(yīng)。滴流床反應(yīng)器通常采用多段絕熱式,在段間換熱或補(bǔ)充冷氫以調(diào)節(jié)溫度，反應(yīng)器頂部設(shè)置分布器使液流均布，以保證催化劑顆粒的充分潤(rùn)濕。濟(jì)南煉化160萬(wàn)噸/年柴油加氫為中國(guó)石化工程建設(shè)公司（SEI）設(shè)計(jì)，2011年9月3日一次開(kāi)車成功；2014年9月裝置進(jìn)行RTS質(zhì)量升級(jí)改造，以滿足生產(chǎn)國(guó)IV和國(guó)V排放標(biāo)準(zhǔn)柴油的要求。其中兩個(gè)加氫反應(yīng)器都是典型的滴流床反應(yīng)器，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 濟(jì)南煉化160萬(wàn)噸/年柴油氣相加氫工藝流程圖

(2)液相加氫工藝流程

將足量的氫氣溶解在液相循環(huán)物料中，用以滿足加氫反應(yīng)的需要，所以液相循環(huán)加氫工藝不必設(shè)置氫氣循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)氫氣溶解在原料油中進(jìn)入反應(yīng)器，省去了氣液相之間的傳質(zhì)，消除了潤(rùn)濕因子的影響、反應(yīng)器溫度梯度降低，催化劑床層接近于等溫操作。液相加氫同樣能消除了反應(yīng)熱點(diǎn)，減少結(jié)碳，延長(zhǎng)了催化劑使用的壽命。而且物料單向通過(guò)催化劑床層，催化劑床層溫差小，加氫裂化反應(yīng)少，液體收率高；同時(shí)使得工藝流程更加簡(jiǎn)單，投資也有大幅度降低。

一段液相加氫技術(shù)方案是液相加氫工藝中最典型的流程。這種工藝流程反應(yīng)產(chǎn)物自加氫反應(yīng)器產(chǎn)出后加壓分離、分餾，取消高換、冷熱高分、循環(huán)氫脫硫、循環(huán)氫壓縮機(jī)系統(tǒng)。從裝置的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看：這種技術(shù)加工用常三線直餾柴油少量摻入二次加工柴油的原料可以生產(chǎn)國(guó)IV柴油，也可以根據(jù)需要生產(chǎn)國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)的車柴。

圖2 一段液相加氫流程

2.氣、液加氫工藝主要設(shè)備對(duì)比

表1 主要設(shè)備對(duì)比表

由表1可以看出，液相加氫技術(shù)的工藝流程中不含有冷高分、熱高分、循環(huán)氫壓縮機(jī)及前后分液罐、循環(huán)氫脫硫塔、高壓空冷等設(shè)備，增加了反應(yīng)循環(huán)泵和低壓空冷。這樣既降低了裝置運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備維護(hù)的成本，也減少了占地面積和設(shè)備投資。此外，由于液相加氫反應(yīng)器反應(yīng)器床層較多，各床層間有氣液分離空間，所以液相加氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

3.氣、液加氫操作條件對(duì)比

取濟(jì)南煉化160萬(wàn)噸/年柴油加氫參數(shù)與安慶石化廠液相加氫的主要操作條件見(jiàn)對(duì)比表2。

序號(hào) 主要操作條件 濟(jì)南160萬(wàn) 安慶液相加氫1進(jìn)料量 130 230 2新氫量 10471 19000 3反應(yīng)器入口總壓/MPa(g) 6.9 9.2 4反應(yīng)器進(jìn)出口溫度/℃ 328/358 359/374

表2 主要操作條件對(duì)比表

表3 原料及產(chǎn)品性質(zhì)

上述兩個(gè)裝置生產(chǎn)能夠滿足國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)的柴油，采用的氣相、液相加氫催化劑都是超深度脫硫催化劑RS-2000。由表中數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，當(dāng)二次油摻煉量低時(shí)，液相加氫完全能滿足國(guó)IV柴油的生產(chǎn)要求。

當(dāng)柴油餾程超過(guò)340℃，二苯并噻吩類物質(zhì)很難通過(guò)加氫精制將硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到10μg/g以下。直接脫硫氫氣消耗增加，降低了反應(yīng)系統(tǒng)中的有效氫濃度，影響液相柴油加氫深度脫硫效果。國(guó)內(nèi)外常用的方式是通過(guò)提高催化劑的裝填量，降低新鮮原料體積空速來(lái)實(shí)現(xiàn)。受現(xiàn)有反應(yīng)器限制，液相柴油加氫質(zhì)量升級(jí)通常需要增加第二反應(yīng)器，并增加配套原料/二反產(chǎn)物換熱器高壓設(shè)備。

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在工藝流程、設(shè)備數(shù)量及操作條件等方面的比較分析，可見(jiàn)液相加氫技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)化，熱量損失少，裝置能耗低，是低成本實(shí)現(xiàn)油品質(zhì)量升級(jí)的先進(jìn)技術(shù)。近年來(lái)，液相加氫技術(shù)已在國(guó)內(nèi)多套柴油加氫裝置成功應(yīng)用。但從國(guó)內(nèi)的多套工業(yè)裝置的使用情況來(lái)看，液相加氫工藝不適用于高氫耗、高氮油，尤其不能適應(yīng)耗氫高的劣質(zhì)二次加工柴油的深度加氫精制。對(duì)于原料主要是常三線直餾柴油，摻入少量焦柴或催柴的裝置，生產(chǎn)國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)的車用柴油，選擇液相循環(huán)加氫工藝技術(shù)既節(jié)省投資又節(jié)約能源。因此，液相加氫與氣相加氫手段各有優(yōu)劣，可以根據(jù)裝置實(shí)際工藝條件進(jìn)行合理選擇。

[1]杜燕飛．世界規(guī)模最大柴油液相加氫裝置成功開(kāi)車[J]． 石油化工腐蝕與防護(hù), 2014(3):54-54．

[2]劉兵兵． SRH液相加氫技術(shù)在柴油加氫裝置中的工業(yè)應(yīng)用[J]．廣東化工, 2013, 40(4):109-110．

[3]李哲, 康久常, 孟慶?。?液相加氫技術(shù)進(jìn)展[J]． 當(dāng)代化工2012, 41(3):292-294．

[4]李大東． 加氫處理工藝與工程(精)[M]． 中國(guó)石化出版社, 2004．

[5]張志強(qiáng)．柴油液相加氫技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用．廣東化工, 2015,10

武釗（1986．5～），男，中國(guó)石化濟(jì)南煉化公司，研究方向：煉油技術(shù)．

蒙毅（1983．8～），中國(guó)石化濟(jì)南煉化公司，研究方向：煉油技術(shù)．

(責(zé)任編輯 李鵬波)

Contrastive Analysis of Liquid Phase Hydrogenation and Gas Phase Hydrogenation in Diesel Fuels Hydrogenation

Wu Zhao, Meng Yi

（Sinopec Jinan Refining&Chemical Company, Shandong, 250101）

This paper takes a brief introduction of the liquid phase hydrogenation technology, through the contrast of gas phase hydrogenatio n and liquid phase hydrogenation in the aspects of processing technology, equipment quantity, operating conditions etc. it expounds the advantages an d limitations of liquid phase hydrogenation technology and show us which technology is more suitable and has more advantages.

liquid phase hydrogenation；gas phase hydrogenation；diesel fuels desulfurization；gas-liquid mixture

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