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標競賽排名的一項重要指標，近年來，隨著總部節能減排力度的加大，各石化企業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，提高經濟效益的一項重要措施。本文對影響加氫裂化裝置氫氣利用率的因素進行分析，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行探討。

加氫裂化；氫氣利用率；化學氫耗；實際氫耗；措施

1 裝置概況

天津煉油乙烯項目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，采用單段串聯一次通過的工藝流程，以生產尾油方案進行生產操作。主要產品輕石腦油作為汽油調和組分，重石腦油為催化重整裝置提供原料，航空煤油作為優質噴氣燃料出廠，柴油為優質低硫產品，加氫裂化尾油為乙烯裝置提供原料。同時副產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公司（SEI）設計，采用撫研院（FRIPP）提供的FZC系列保護劑、FF-36精制劑和FC-32裂化劑。

該裝置主要由反應單元、分餾單元、吸收穩定單元、壓縮機單元、公用工程以及輔助系統等單元組成。其中反應單元可以分為原料預處理系統、原料升壓系統、原料加熱系統，反應器分離系統和循環氫脫硫系統等。

2 氫氣利用率的計算方法及裝置現狀

2.1 氫氣利用率的計算公式：

氫氣利用效率=化學氫耗（%）/實際氫耗（%），

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

實際氫耗（%）=耗氫量/加工量×100。

2.22#加氫裂化裝置現狀

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。生產方案主要依據全廠油種的平衡，根據“宜芳則芳、宜烯則烯”的市場行情，主要有生產石腦油方案、尾油方案等。

2#加氫裂化裝置氫氣利用率在98%～108%之間，在總部同類裝置達標競賽中排名前列。造成裝置氫氣利用率月均波動較大的原因錯綜復雜，主要有原料性質、生產方案、裝置處理量變化等，在此不詳細分析。

3 影響氫氣利用率的因素及調節措施

由計算公式可以看出，加氫裂化裝置氫氣利用率是由化學氫耗與實際氫耗比值得出的結果，提高氫氣利用率的關鍵在于提高化學氫耗和降低裝置實際氫耗。

3.1 化學氫耗

化學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）規范原料性質。實踐表明，在相同的反應條件下，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溫度，但無論使用何種方法提高轉化率，耗氫量均需增加。因此規范原料性質，確保原料性質在可控范圍內，不僅可降低裝置的耗氫量，更重要的是確保裝置安全運行。

（2）控制合適的反應深度。煉廠在選擇尾油方案時，加氫裂化裝置不可將轉化率控制過低，這樣加大了分餾系統的操作難度，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，也可增產重石腦油。

3.2 實際氫耗

加氫裂化裝置的實際氫耗包括化學耗氫、溶解耗氫、設備泄漏損耗、排廢氫四個方面［1］。下面逐一進行探討。

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

化學耗氫量與裝置加工原料的種類和反應深度密切相關，對于加氫裂化裝置，在裝置規模和目的產品相同的情況下，以直餾蠟油做原料，同時摻煉催化柴油或焦化蠟油，其化學耗氫量較全部直餾蠟油進料要增加很多，這是因為催化柴油或焦化蠟油中多含不飽和烴類、硫氮含量，為飽和這部分烴類、降低產品中的硫氮含量，以滿足清潔生產的要求，就要多消耗氫氣。反應深度則取決于催化劑的性能和對產品質量的要求所設定的工藝條件。

實踐證明，對于加氫裂化裝置而言，原料油干點及硫、氮等雜質含量越高、其所需的反應溫度就越高，所消耗的氫氣量也就越大。實際生產中，反應溫度較設計值高出較多，因為裝置在實際生產中轉化率較設計高（滿足重整料），反應溫度也相應提高，反應速率增加，故耗氫增加。因此反應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及氣體（含氫氣）的溶解度有關。

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，采用此種流程優點是能耗降低，但溶解在低分氣中的氫氣增加，造成氫氣損失，現煉廠工藝流程中，一般均設計膜分離吸附系統，回收這部分氫氣。

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

加氫裂化裝置系統壓力高，且原料油中含有腐蝕性雜質，運行過程中許多部位易出現氫氣泄漏，也會增加裝置的氫耗。例如，高壓換熱器出入口和反應器出入口及器壁法蘭等部位，在實際生產操作時遇到大幅降量或系統壓力大幅波動時，上述部位就會因法蘭口與鋼圈膨脹系數的不同，導致氫氣泄漏。此外，新氫壓縮機由于正常切換開停機次數較多，尤其在停機檢修時，機體需泄壓置換，此時造成氫氣大量放空浪費。另外，節能降耗力度的增加，導致新氫機級間冷卻器內漏現象頻繁發生。

鑒于上述情況，為降低因設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，加強巡檢質量，盡量減少壓縮機級間冷卻器循環水的調節，嚴禁超溫超壓，保證安全生產。同時加氫類裝置應定期進行黑燈試驗檢查臨氫系統是否存在凈密封點的泄漏。

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

目前煉廠加工原油品質日趨劣質，加氫裂化裝置在設計時增加循環氫脫硫系統，維持較高的循環氫純度，避免排廢氫。

4 結語

①加氫裂化裝置生產方案靈活，在催化劑性能固定的前提下，在以生產尾油方案操作時，所需的反應深度較低，實際耗氫量較少，此時應確保尾油產量，達到“夠用即可”的原則，這樣一方面避免了轉化率過低導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，從而提高化學氫耗，提高裝置的氫氣利用率。②加氫裂化裝置應確保裝置加工量，加強巡檢力度及質量，保證新氫機的正常運轉，定期進行裝置的黑燈試驗，減少臨氫系統凈密封點的泄漏，切實降低裝置的實際耗氫量。③煉廠應設置氫氣回收系統，以減少氫氣溶解的大量損失。加氫裂化裝置提高循環氫純度，增加循環氫脫硫系統，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，無論經濟效益還是安全運行都意義深遠，應根據煉廠生產方案、選擇合適的反應溫度、保持循環氫純度、減少凈密封點泄漏，切實提高加氫裂化裝置的氫氣利用率，提高裝置經濟效益，確保裝置“安穩長滿優”運行。

［1］金德浩.加氫裂化裝置技術問答［M］.中國石化出版社，2006.