提高加氫裂化裝置氫氣利用率的探討

張超（中石化股份天津分公司煉油部）

提高加氫裂化裝置氫氣利用率的探討

張超（中石化股份天津分公司煉油部）

氫氣利用率是中國石化總部加氫裂化裝置達(dá)標(biāo)競賽排名的一項(xiàng)重要指標(biāo)，近年來，隨著總部節(jié)能減排力度的加大，各石化企業(yè)紛紛采取一系列措施降低裝置能耗，效果顯著，但降低氫氣耗量，提高裝置氫氣利用率方面相比關(guān)注較少。加氫裂化裝置降低氫氣消耗，提高石腦油收率，是裝置降低加工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)重要措施。本文對影響加氫裂化裝置氫氣利用率的因素進(jìn)行分析，并以天津公司1.8Mt/a加氫裂化裝置為例，對提高氫氣利用率方面進(jìn)行探討。

加氫裂化；氫氣利用率；化學(xué)氫耗；實(shí)際氫耗；措施

1 裝置概況

天津煉油乙烯項(xiàng)目1.8Mt/a加氫裂化裝置（以下簡稱2#加氫裂化裝置），是以3#常減壓裝置減壓蠟油為原料，采用單段串聯(lián)一次通過的工藝流程，以生產(chǎn)尾油方案進(jìn)行生產(chǎn)操作。主要產(chǎn)品輕石腦油作為汽油調(diào)和組分，重石腦油為催化重整裝置提供原料，航空煤油作為優(yōu)質(zhì)噴氣燃料出廠，柴油為優(yōu)質(zhì)低硫產(chǎn)品，加氫裂化尾油為乙烯裝置提供原料。同時(shí)副產(chǎn)一部分液化氣及酸性氣送脫硫制硫裝置。

該裝置由中國石化工程建設(shè)公司（SEI）設(shè)計(jì)，采用撫研院（FRIPP）提供的FZC系列保護(hù)劑、FF-36精制劑和FC-32裂化劑。

該裝置主要由反應(yīng)單元、分餾單元、吸收穩(wěn)定單元、壓縮機(jī)單元、公用工程以及輔助系統(tǒng)等單元組成。其中反應(yīng)單元可以分為原料預(yù)處理系統(tǒng)、原料升壓系統(tǒng)、原料加熱系統(tǒng)，反應(yīng)器分離系統(tǒng)和循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)等。

2 氫氣利用率的計(jì)算方法及裝置現(xiàn)狀

2.1 氫氣利用率的計(jì)算公式：

氫氣利用效率=化學(xué)氫耗（%）/實(shí)際氫耗（%），

其中：化學(xué)氫耗（%）=0.0249×［輕石腦油收率（%）+重石腦油收率（%）］+1.4684；

實(shí)際氫耗（%）=耗氫量/加工量×100。

2.22#加氫裂化裝置現(xiàn)狀

本裝置新氫來自制氫裝置、重整裝置、乙烯裝置等混合氫氣；煉廠加工原油種類較為復(fù)雜，主要有阿曼、沙輕、沙中、沙重、卡斯蒂利亞、科威特、巴士拉等。生產(chǎn)方案主要依據(jù)全廠油種的平衡，根據(jù)“宜芳則芳、宜烯則烯”的市場行情，主要有生產(chǎn)石腦油方案、尾油方案等。

2#加氫裂化裝置氫氣利用率在98%～108%之間，在總部同類裝置達(dá)標(biāo)競賽中排名前列。造成裝置氫氣利用率月均波動較大的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，主要有原料性質(zhì)、生產(chǎn)方案、裝置處理量變化等，在此不詳細(xì)分析。

3 影響氫氣利用率的因素及調(diào)節(jié)措施

由計(jì)算公式可以看出，加氫裂化裝置氫氣利用率是由化學(xué)氫耗與實(shí)際氫耗比值得出的結(jié)果，提高氫氣利用率的關(guān)鍵在于提高化學(xué)氫耗和降低裝置實(shí)際氫耗。

3.1 化學(xué)氫耗

化學(xué)氫耗與加氫裂化裝置的輕、重石腦油收率成正比，要提高裝置的化學(xué)氫耗就要提高石腦油收率，提高石腦油收率主要有如下途徑：

（1）規(guī)范原料性質(zhì)。實(shí)踐表明，在相同的反應(yīng)條件下，加氫裂化裝置加工原料變重，石腦油收率下降明顯，尾油收率增加。如要提高石腦油收率，方法較多，最為常用的就是提高反應(yīng)溫度，但無論使用何種方法提高轉(zhuǎn)化率，耗氫量均需增加。因此規(guī)范原料性質(zhì)，確保原料性質(zhì)在可控范圍內(nèi)，不僅可降低裝置的耗氫量，更重要的是確保裝置安全運(yùn)行。

（2）控制合適的反應(yīng)深度。煉廠在選擇尾油方案時(shí)，加氫裂化裝置不可將轉(zhuǎn)化率控制過低，這樣加大了分餾系統(tǒng)的操作難度，也降低了石腦油收率，不利于加氫裂化裝置的氫氣利用率。

（3）提高重石腦油與航煤組分的切割清晰度，將航煤中的重石腦油組分盡量拔凈，也可增產(chǎn)重石腦油。

3.2 實(shí)際氫耗

加氫裂化裝置的實(shí)際氫耗包括化學(xué)耗氫、溶解耗氫、設(shè)備泄漏損耗、排廢氫四個(gè)方面［1］。下面逐一進(jìn)行探討。

（1）化學(xué)耗氫。加氫過程中大部分氫氣消耗在化學(xué)反應(yīng)上，即消耗在脫硫、氮、氧以及烯烴和芳烴飽和反應(yīng)、加氫裂化和開環(huán)反應(yīng)中。不同的反應(yīng)過程、不同的進(jìn)料化學(xué)組成和對產(chǎn)品質(zhì)量的不同要求而導(dǎo)致的不同苛刻度，是影響化學(xué)耗氫量的主要因素，下面以2#加氫裂化裝置為例，對化學(xué)耗氫著重探討。

化學(xué)耗氫量與裝置加工原料的種類和反應(yīng)深度密切相關(guān)，對于加氫裂化裝置，在裝置規(guī)模和目的產(chǎn)品相同的情況下，以直餾蠟油做原料，同時(shí)摻煉催化柴油或焦化蠟油，其化學(xué)耗氫量較全部直餾蠟油進(jìn)料要增加很多，這是因?yàn)榇呋裼突蚪够炗椭卸嗪伙柡蜔N類、硫氮含量，為飽和這部分烴類、降低產(chǎn)品中的硫氮含量，以滿足清潔生產(chǎn)的要求，就要多消耗氫氣。反應(yīng)深度則取決于催化劑的性能和對產(chǎn)品質(zhì)量的要求所設(shè)定的工藝條件。

實(shí)踐證明，對于加氫裂化裝置而言，原料油干點(diǎn)及硫、氮等雜質(zhì)含量越高、其所需的反應(yīng)溫度就越高，所消耗的氫氣量也就越大。實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)溫度較設(shè)計(jì)值高出較多，因?yàn)檠b置在實(shí)際生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化率較設(shè)計(jì)高（滿足重整料），反應(yīng)溫度也相應(yīng)提高，反應(yīng)速率增加，故耗氫增加。因此反應(yīng)溫度是影響加氫裂化裝置的氫氣利用率的重要因素之一。

（2）溶解耗氫。溶解耗氫是指在高壓下溶于加氫生成油中的氫氣，在加氫生成油從高壓分離器減壓流入低壓分離器時(shí)隨油排出而造成的損失。這部分的損失與高壓分離器的操作壓力、溫度和生成油的性質(zhì)及氣體（含氫氣）的溶解度有關(guān)。

氫氣是非極性分子，其溶解度隨溶液溫度升高而增加，2#加氫裂化裝置采用熱高分流程，采用此種流程優(yōu)點(diǎn)是能耗降低，但溶解在低分氣中的氫氣增加，造成氫氣損失，現(xiàn)煉廠工藝流程中，一般均設(shè)計(jì)膜分離吸附系統(tǒng)，回收這部分氫氣。

（3）設(shè)備泄露損耗。泄漏氫氣損耗是指管道或高壓設(shè)備的法蘭連接處及壓縮機(jī)密封點(diǎn)等部位的泄漏損失，該泄漏量大小與設(shè)備制造和安裝質(zhì)量有關(guān)。主要的漏損出自新氫壓縮機(jī)的運(yùn)動部位，一般在開車前均經(jīng)過試漏檢查，因此泄漏量很小，一般設(shè)備漏損量取值為總循環(huán)氫量體積的1%～1.5%。

加氫裂化裝置系統(tǒng)壓力高，且原料油中含有腐蝕性雜質(zhì)，運(yùn)行過程中許多部位易出現(xiàn)氫氣泄漏，也會增加裝置的氫耗。例如，高壓換熱器出入口和反應(yīng)器出入口及器壁法蘭等部位，在實(shí)際生產(chǎn)操作時(shí)遇到大幅降量或系統(tǒng)壓力大幅波動時(shí)，上述部位就會因法蘭口與鋼圈膨脹系數(shù)的不同，導(dǎo)致氫氣泄漏。此外，新氫壓縮機(jī)由于正常切換開停機(jī)次數(shù)較多，尤其在停機(jī)檢修時(shí)，機(jī)體需泄壓置換，此時(shí)造成氫氣大量放空浪費(fèi)。另外，節(jié)能降耗力度的增加，導(dǎo)致新氫機(jī)級間冷卻器內(nèi)漏現(xiàn)象頻繁發(fā)生。

鑒于上述情況，為降低因設(shè)備泄漏或檢修造成的氫氣損失，要求裝置操作人員精心操作，加強(qiáng)巡檢質(zhì)量，盡量減少壓縮機(jī)級間冷卻器循環(huán)水的調(diào)節(jié)，嚴(yán)禁超溫超壓，保證安全生產(chǎn)。同時(shí)加氫類裝置應(yīng)定期進(jìn)行黑燈試驗(yàn)檢查臨氫系統(tǒng)是否存在凈密封點(diǎn)的泄漏。

（4）排廢氫。加氫裂化裝置要求系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)氫純度不低于85%，循環(huán)氫純度低時(shí)，一方面直接影響系統(tǒng)的氫分壓，增加氫氣耗量；另一方面循環(huán)氫純度降低，其中H2S，NH3等雜質(zhì)增加，不利于裝置的防腐工作。低于此值時(shí)需要排放廢氫，加大新氫補(bǔ)充量。造成了可避免的氫氣的損失。

目前煉廠加工原油品質(zhì)日趨劣質(zhì)，加氫裂化裝置在設(shè)計(jì)時(shí)增加循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)，維持較高的循環(huán)氫純度，避免排廢氫。

4 結(jié)語

①加氫裂化裝置生產(chǎn)方案靈活，在催化劑性能固定的前提下，在以生產(chǎn)尾油方案操作時(shí)，所需的反應(yīng)深度較低，實(shí)際耗氫量較少，此時(shí)應(yīng)確保尾油產(chǎn)量，達(dá)到“夠用即可”的原則，這樣一方面避免了轉(zhuǎn)化率過低導(dǎo)致的分餾操作難度加大，另一方面可提高裝置的石腦油收率，從而提高化學(xué)氫耗，提高裝置的氫氣利用率。②加氫裂化裝置應(yīng)確保裝置加工量，加強(qiáng)巡檢力度及質(zhì)量，保證新氫機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，定期進(jìn)行裝置的黑燈試驗(yàn)，減少臨氫系統(tǒng)凈密封點(diǎn)的泄漏，切實(shí)降低裝置的實(shí)際耗氫量。③煉廠應(yīng)設(shè)置氫氣回收系統(tǒng)，以減少氫氣溶解的大量損失。加氫裂化裝置提高循環(huán)氫純度，增加循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)，避免或減少廢氫的排放。

總之，提高氫氣利用率對加氫裂化裝置來說，無論經(jīng)濟(jì)效益還是安全運(yùn)行都意義深遠(yuǎn)，應(yīng)根據(jù)煉廠生產(chǎn)方案、選擇合適的反應(yīng)溫度、保持循環(huán)氫純度、減少凈密封點(diǎn)泄漏，切實(shí)提高加氫裂化裝置的氫氣利用率，提高裝置經(jīng)濟(jì)效益，確保裝置“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運(yùn)行。

［1］金德浩.加氫裂化裝置技術(shù)問答［M］.中國石化出版社，2006.