王云飛，繆希平，蘭創(chuàng)宏（.中國寰球工程公司 遼寧分公司，遼寧 撫順 3006； .中國石油慶陽石化公司，甘肅 慶陽 745000）

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低餾分油液相加氫與氣相加氫技術(shù)方案對比分析

王云飛1，繆希平2，蘭創(chuàng)宏2
（1.中國寰球工程公司 遼寧分公司，遼寧 撫順 113006； 2.中國石油慶陽石化公司，甘肅 慶陽 745000）

摘要：低餾分油在煉廠里通常被用來加工低凝柴油。由于油品里硫、氮含量都不高，通常通過低壓氣相加氫方式就能夠?qū)⑺鼈兇蟛糠置摮?。液相加氫工藝取消了氣相加氫工藝中氫循環(huán)系統(tǒng)，利用油品中溶解的氫氣進(jìn)行全液相加氫反應(yīng)。由于該工藝存在上述優(yōu)點，近幾年在一些煉廠投入了應(yīng)用。2017年我國即將實施國Ⅴ柴油標(biāo)準(zhǔn)，油品更加環(huán)保，導(dǎo)致加氫工藝條件變得更加苛刻。在這樣的背景下，氣相加氫、液相加氫哪個工藝更加適合，通過對一套40萬t/a低餾分油加氫裝置采用這兩種工藝在加工工藝、設(shè)備數(shù)量、投資額、能耗等方面比較來說明哪種工藝更適合、更有優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：液相加氫；氣相加氫；脫硫；低凝柴油

低餾分油一般指常一線油和常二線油的混合油。在國內(nèi)航空煤油市場較好的時候，通常把常一線油用來加工航空煤油，當(dāng)市場不好的時候，就把兩種油混對來生產(chǎn)低凝柴油，該混合油的餾程（ASTM D86）范圍通常在165～330 ℃之間。低餾分油里硫、氮含量不高，硫低于 500×10-6；氮低于 100×10-6，硫是以烷基硫醇、硫醚及少量的芳基硫醚形式存在在油品中，容易脫除［1，2］，因此通過傳統(tǒng)的低壓氣相加氫方式就能夠?qū)⒘蛎摮?0×10-6甚至達(dá)到10×10-6以下，氮含量也能降低到10×10-6。隨著人們對節(jié)能、減排要求日益提高，液相加氫技術(shù)應(yīng)運而生，它采用全液相反應(yīng)器，以溶解到油品中的氫氣通過飽和液態(tài)循環(huán)物料提供反應(yīng)所需的氫氣［3］。加氫反應(yīng)全部處于液相中減少了催化劑部位的熱點及結(jié)焦造成催化劑失活，延長了催化劑使用壽命。此外，液相加氫不設(shè)置循環(huán)氫壓縮機(jī)有利于節(jié)能。

由于存在上述優(yōu)點，近幾年油品液相加氫技術(shù)得到推廣，國外如美國的杜邦公司和國內(nèi)的撫順石油化工研究院都相繼開發(fā)了液相加氫 IsoTherming工藝和循環(huán)液相加氫SRH工藝［4］。隨著國內(nèi)燃油標(biāo)準(zhǔn)這幾年不斷的提高，生產(chǎn)滿足國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)柴油時氣相加氫和液相加氫哪個更適合，我們從下面幾個方面進(jìn)行比較、說明。

1　氣相加氫、液相加氫工藝流程

1.1氣相加氫工藝

低餾分油傳統(tǒng)氣相加氫工藝流程見圖1。

圖1　低餾分油氣相加氫工藝流程圖Fig.1 Gas phase hydrogenation process flow diagram

低餾分油氣相加氫反應(yīng)器通常只設(shè)置一個，且為單床層。爐前混氫，反應(yīng)產(chǎn)物通過與原料換熱、再冷卻進(jìn)入分離器進(jìn)行氣、液分離，頂部分離出的氣體進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)升壓，然后再返回注入到原料中［5］。分餾部分通常設(shè)置單塔流程，塔底熱源常采用重沸爐或蒸汽汽提的方式。

1.2液相加氫工藝

國內(nèi)低餾分油液相加氫工藝流程見圖2。

圖2　低餾分油液相加氫工藝流程圖Fig.2 Liquid phase hydrogenation process flow diagram

液相加氫的工藝流程與氣相加氫中一次通過的加氫形式有些相近，都不設(shè)有循環(huán)氫壓縮機(jī)，由于它是利用溶解在油品里的氫氣進(jìn)行加氫，反應(yīng)器通常設(shè)置3個或3個以上的床層，床層之間需要補氫和排放廢氣。此外為了提高油品中的溶氫量，在反應(yīng)器外設(shè)置有循環(huán)泵，這也是液相加氫獨特的地方。

2　氣相、液相加氫主要操作條件比較

本方案用低餾分油生產(chǎn)能夠滿足國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的低凝柴油，采用的氣相、液相加氫技術(shù)是來自國內(nèi)同一家研究院，這樣的比較更能說明問題。具體參數(shù)見表1。

由于氣、液相加氫形式不同，在相同的原料處理量下，液相加氫所用催化劑的數(shù)量要多于氣相加氫催化劑的量約20%。同時，液相加氫反應(yīng)器的操作壓力也要高于氣相加氫。這兩個方面液相加氫相對于氣相加氫并無優(yōu)勢。

表1　氣相、液相加氫操作條件對比Table 1　Comparison of operating parameters between gas phase hydrogenation and liquid phase hydrogenation

3　氣相、液相加氫主要設(shè)備比較

通常規(guī)模在150萬t/a處理量以下的氣相加氫采用冷高分流程，而液相加氫基本采用熱高分流程。由于兩方案加工工藝流程不同，因此兩種方案在數(shù)量、條件上存在著差異，詳見表2。

盡管液相加氫的技術(shù)方案中取消了循環(huán)氫壓縮機(jī)和反應(yīng)產(chǎn)物空冷器，但是液相加氫的方案中又增加了反應(yīng)循環(huán)泵和原料增壓泵、排放氣冷卻器等設(shè)備。綜合上述情況，兩種方案在設(shè)備數(shù)量上相差不大，設(shè)備投資方面液相加氫節(jié)省的費用也是有限的，具體可參見表4（投資額對比表）。

表2　設(shè)備數(shù)量對比Table 2　Comparison of equipment amount

4　氣相、液相加氫方案能耗比較

表3是氣相、液相加氫能耗對比。

表3　能耗對比表Table 3　Comparison of energy consumption

從能耗表中反映，兩方案能耗主要集中在電能和燃料氣的消耗上。在設(shè)備對比中已經(jīng)說明液相加氫工藝中沒有循環(huán)氫壓縮機(jī)和反應(yīng)產(chǎn)物空冷器等用電較大的設(shè)備，因此用電負(fù)荷上要低于氣相加氫。但是液相加氫通常采用熱高分流程，原料通過換熱器對反應(yīng)產(chǎn)物的取熱上受到了限制，導(dǎo)致液相反應(yīng)進(jìn)料加熱爐的負(fù)荷高于氣相加氫，燃料氣的用量上要高于氣相加氫。

上述數(shù)據(jù)說明氣相加氫、液相加氫在用電和燃料氣總的消耗上相差不多，甚至氣相加氫還低一些。然而，液相加氫總的能耗低是由于該方案采用熱高分流程，它將剩余的低溫?zé)嵊糜诋a(chǎn)生低溫?zé)崴虻蛪赫羝厥者@部分熱量。

雖然這種做法達(dá)到了節(jié)能的目的，然而在許多煉廠低壓蒸汽或低溫?zé)崴疅o實際用途，特別是處理量低于100萬t/a的裝置，節(jié)能有限、意義不大。

5　氣相、液相加氫兩種方案投資對比

兩種方案主要設(shè)備、儀表、藥劑等方面的投資情況詳見表4。

前面我們已經(jīng)分析了液相加氫機(jī)械設(shè)備投資費用低的原因。然而由于液相加氫操作壓力高于氣相加氫，導(dǎo)致工藝管道壁厚增加、管道法蘭和緊固件等級都相應(yīng)提高。此外，反應(yīng)器及管道上的儀表及管道上的調(diào)節(jié)閥也都相應(yīng)提高壓力等級使得液相加氫在靜設(shè)備、工藝管道、儀表等方面的投資都高于氣相加氫。

綜合上述原因液相加氫的費用略高于氣相加氫，液相加氫在投資上沒有優(yōu)勢可言。

表4　投資額對比表Table 4　Comparison of investment

6　結(jié)束語

液相加氫由于采用全液態(tài)加氫，催化劑全部侵入到液相中，因此反應(yīng)器內(nèi)催化劑幾乎沒有局部熱點和結(jié)焦的情況，催化劑失活差、壽命長，同時不采用循環(huán)氫壓縮機(jī)簡化了工藝流程。然而，隨著油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級，對油品加氫要求越來越苛刻，通過飽和態(tài)物料提供反應(yīng)所需氫氣的液相加氫自然弱于氣相加氫，只有通過增加催化劑床層和反應(yīng)壓力來彌補這方面的不足。通過在工藝流程、設(shè)備數(shù)量、投資及能耗等方面的比較、分析也驗證了這個的問題。

當(dāng)采用原料性質(zhì)較差的油品生產(chǎn)滿足高標(biāo)準(zhǔn)、特別是國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的油品時，首先還是選擇氣相加氫方案。在油品加氫精制的前提下也可以考慮液相加氫方案。

參考文獻(xiàn)：

［1］張德義.含硫含酸原油加工技術(shù)［M］.北京∶ 中國石化出版社，2012.［2］石亞華.石油加工過程中的脫硫［M］.北京∶ 中國石化出版社，2008.［3］王萌，金月昶，王鐵剛，等.液相加氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.當(dāng)代化工 2013，42（4）：436-438.

［4］宋永一，方向晨.SRH液相循環(huán)加氫技術(shù)的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用［J］.化工進(jìn)展，2012，31（01）：242-243.

［5］李大東.加氫處理工藝與工程［M］.北京∶ 中國石化出版社，2004.

Program Comparison Between Liquid Phase Hydrogenation and Gas Phase Hydrogenation of Low Distillates

WANG Yun-fei1，MIAO Xi-ping2，LAN Chuang-hong2
（1.HQC（Liaoning）Company，Liaoning Fushun 113001，China；
2.Qingyang Petrochemical Company，Gansu Qingyang 745000，China）

Abstract：Low distillates are often used to produce low condensation point diesel.As result of containing low level of sulfur and nitrogen in the low distillates，gas phase hydrogenation has always been adopted to remove them in low pressure.Hydrogen dissolved in the oil is fully used to finish hydrogenation reaction in the liquid phase hydrogenation.No cyclic hydrogen system is one of the features of liquid phase hydrogenation.As result of it，the process has been applied in some plants during these years.In 2017，the countryⅤdiesel standard will be adopted in our country，the quality of diesel will be better than before，some conditions of hydrogenation reaction will be more stringent.The two hydrogenation ways were respectively applied in a 0.4 Mt/a hydrogenation plant，then application results were compared to select suitable hydrogenation way.

Key words：Liquid phase hydrogenation；Gas phase hydrogenation；Desulfurization；Low point condensation diesel

中圖分類號：TE 624

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0146-03

收稿日期：2015-11-18

作者簡介：王云飛（1970-），男，高級工程師，2004年畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)，現(xiàn)從事石油化工和化工工藝設(shè)計，組織完成多套油品加氫裝置設(shè)計。Tel ：024-31957329，E-mail：wangyunfei@hqcec.com。