液相加氫技術現狀及發展前景

王 萌, 金月昶, 王鐵剛, 李國萍

（1. 遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001； 2. 中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006;3. 中國石油撫順石化公司石油三廠，遼寧 撫順 113001）

隨著環保法規日益嚴格，全球燃料清潔化的總趨勢是汽油向低硫、低烯烴、低芳烴、低苯和低蒸汽壓發展；柴油向低硫、低芳烴（主要是稠環芳烴）、低密度和高十六烷值發展。低硫和超低硫已成為今后清潔燃料的發展趨勢[1]。目前，國內外的各種加氫精制技術已經比較成熟，為尋找一種更加簡捷且滿足節能減排要求的柴油生產新工藝，液相加氫技術便應運而生。

1 液相加氫技術

1.1 概 述

液相加氫技術將氫氣溶解于原料油中來滿足加氫反應所需氫氣，取消傳統的氫氣循環系統，在反應器中為純液相反應，沒有氫氣的傳質，并通過液體循環以溶解足量的氫氣，以滿足加氫反應的需要[2]。

主要技術包括：杜邦公司的Iso Therming加氫技術、中石化洛陽院和撫研共同開發的SRH液相循環加氫技術 、中石化 SEI和北京石科院共同開發的液相循環加氫技術。

1.2 與常規加氫技術的不同

采用常規加氫技術，為滿足產業升級的需要，應在工程上對裝置加以改進，常規加氫技術提高油品質量改進方案見表1。

表1 常規加氫技術改進方案Table 1 Improvement program of conventional hydrogenation technology

通過表1可知，以上這些工程解決方案均對裝置的投資或運行成本有不利影響，在煉油行業微利的時代，以上解決辦法都不是最佳方案。

為了更好的進行液相加氫技術與常規加氫技術對比，下面以某煉廠220萬t/a柴油加氫裝置為例，對兩個技術從工藝條件、主要公用工程消耗、主要設備和生產成本等方面的主要參數進行對比，見表2。

表2 主要參數對比Table 2 Comparison of main parameters

在常規加氫工藝過程中，通常采用較大的氫油體積比。反應后富余氫氣經循環氫壓縮機增壓并與新氫混合后繼續作為反應的氫氣進料。循環氫壓縮機的投資占整個加氫裝置成本的比例較高，氫氣換熱系統能耗較大。

液相加氫技術較常規加氫技術在裝置節能降耗方面具有較大優勢，并且在改造常規柴油加氫裝置生產超低硫柴油方面具有改動小、投資低等得天獨厚的優勢。采用液相加氫技術可以實現循環氫系統的作用，加氫裝置在今后的發展中可能取消循環氫系統[3]。

2 Iso Therming液相加氫技術

2.1 工藝簡介

Iso Therming技術的核心是能夠通過飽和液體循環油提供反應需要的氫氣，這樣就不再需用循環氫壓縮機。混合進料和循環物流與反應所需的全部氫氣一起進入催化劑床層。流體在反應器中呈單一的液相。加氫處理過的液體循環油的作用是把所需要的氫氣送到反應器中，也起到冷源的作用并實現更等溫的反應條件。

2.2 工藝流程

工藝流程簡圖見圖1。

圖1 Iso Therming技術工藝流程簡圖Fig.1 Brief flow diagram of Iso Therming technology

2.3 Iso Therming液相的特點

1）反應器的氫氣通過油循環來提供，氫氣溶解在油里，反應器內無需氫氣的傳質過程，這加快了反應速率；

2）催化劑床層完全濕潤，浸泡在油里。這使全部的催化劑活性中心可以被利用，降低了所需催化劑總量，反應器尺寸變小，并且可以減少催化劑局部失活/結焦，減少輕組分形成，減少柴油組分損失；

3）反應放熱被大量循環油吸收，反應器溫升比傳統工藝低，反應器趨于向等溫操作。

2.4 Iso Therming加氫技術特點

1）取消了復雜的循環氫系統，代之以簡單的循環油系統

a)無需循環氫壓縮機

b)無需冷、熱高壓分離器

c)無需高壓胺液吸收系統對循環氫進行脫硫

d)安裝2臺循環油泵

2）反應器的形狀可靈活設計

因為反應器內為全液相，所以，

a)反應器長徑比不再受雙相流動模型的限制

b)反應器的床層高度也不受雙相流動模型的限制

c)反應器的壁厚可以降低，制造成本和制造周期大大減少

反應器的大小可以完全不受各種場地和運輸條件的限制，采用Iso Therming技術可以降低裝置總投資。

2.5 Iso Therming技術對比常規加氫技術

在常規加氫系統中，氫氣與液體進行混合，并通過分配器，平衡地進入催化劑床層。隨著反應發生，氫氣從液體中耗去，必須從氣相加以補充。反應速率受到液相中氣相氫氣傳質的制約。

在新工藝中先用氫氣使混合進料和之前已被加氫處理的液體循環物流飽和，從而改變了這一狀況。混合進料和循環物流與反應所需的全部氫氣一起進入催化劑床層。氫氣呈液相以溶解氫形式進入反應器。

加氫過程中發生的絕大多數反應為高放熱反應。被處理過的流體循環物流不僅可向反應器釋出更多氫氣，而且也作為熱阱，利于吸收反應熱，使反應器在更為等溫的模式中運行。Iso Therming技術還能大大減少催化劑的結焦現象[4]。

3 SRH液相循環加氫技術

3.1 工藝簡介

FRIPP開發的SRH液相循環加氫技術，可以通過液相產品大量循環時攜帶進反應系統的溶解氫來提供新鮮原料進行加氫反應所需要的氫氣。這樣不僅可以消除催化劑的潤濕因子影響，大大提高催化劑的利用效率，而且反應器內進行全液相反應，原料油浸泡整個催化劑床層，不需要額外工藝設備來確保氫氣與油混合，液相在催化劑上獲得良好分散。另外，循環油的比熱大，從而使催化劑床層接近等溫操作，延長催化劑壽命，降低裂化等副反應，提高產品收率。

SRH液相循環加氫技術裝置取消了循環氫壓縮機系統、高壓換熱器、高壓空冷器、高壓分離器、循環氫脫硫塔，熱量損失小，大幅度降低裝置能耗。同時投資費用和操作費用均低，是低成本實現油品質量升級的較好技術。

3.2 工藝流程

工藝流程簡圖見圖2。

3.3 主要創新點

1）開發了分兩路循環的SRH液相循環加氫工藝技術；

2）采用反應器頂部排氣和反應器出口流量控制液位的控制系統；

3）在反應器上部設置特殊內構件和排氣設施。

4 結 語

經過對液相加氫技術的分析，以及液相加氫與常規加氫的對比可知：液相加氫技術與國內常規加氫技術在投資方面基本持平，而取消了循環氫系統的液相加氫技術電耗和蒸汽消耗都大幅下降，較常規加氫技術節約能耗20%以上。同時液相加氫系統高壓設備相對較少，降低了設備維護成本和裝置的運行安全風險。在工藝流程得到簡化的基礎上，液相加氫技術產品收率高于常規加氫技術。

液相加氫技術不僅可以應用于柴油加氫精制裝置中，還可以拓展到煤油加氫精制、蠟油加氫處理以及低轉化率的加氫裂化裝置中，充分發揮其技術優勢，擁有廣闊的發展空間。

［1］李大東. 加氫處理工藝與工程[M]. 北京：中國石化出版社，2004:917-962.

［2］李哲，康久常，孟慶巍. 液相加氫技術進展[J]. 當代化工，2012,41(03):292-294.

［3］劉凱祥，李浩，孫麗麗,等.連續液相加氫技術工藝計算驗證[J].石油煉制與化工，2012,43(07):67-70.

［4］杜邦公司購得煉油廠用超低硫柴油加氫新技術[G].石油商報，2007-09.

［5］宋永一，方向晨，劉繼華.SRH液相循環加氫技術的開發及工業應用[J].化工進展，2012,31(01):240-246.