低餾分油液相加氫與氣相加氫技術方案對比分析

王云飛，繆希平，蘭創宏（.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方案對比分析

王云飛1，繆希平2，蘭創宏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將它們大部分脫除。液相加氫工藝取消了氣相加氫工藝中氫循環系統，利用油品中溶解的氫氣進行全液相加氫反應。由于該工藝存在上述優點，近幾年在一些煉廠投入了應用。2017年我國即將實施國Ⅴ柴油標準，油品更加環保，導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、設備數量、投資額、能耗等方面比較來說明哪種工藝更適合、更有優勢。

關鍵詞：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，當市場不好的時候，就把兩種油混對來生產低凝柴油，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］，因此通過傳統的低壓氣相加氫方式就能夠將硫脫除到50×10-6甚至達到10×10-6以下，氮含量也能降低到10×10-6。隨著人們對節能、減排要求日益提高，液相加氫技術應運而生，它采用全液相反應器，以溶解到油品中的氫氣通過飽和液態循環物料提供反應所需的氫氣［3］。加氫反應全部處于液相中減少了催化劑部位的熱點及結焦造成催化劑失活，延長了催化劑使用壽命。此外，液相加氫不設置循環氫壓縮機有利于節能。

由于存在上述優點，近幾年油品液相加氫技術得到推廣，國外如美國的杜邦公司和國內的撫順石油化工研究院都相繼開發了液相加氫 IsoTherming工藝和循環液相加氫SRH工藝［4］。隨著國內燃油標準這幾年不斷的提高，生產滿足國Ⅴ標準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器通常只設置一個，且為單床層。爐前混氫，反應產物通過與原料換熱、再冷卻進入分離器進行氣、液分離，頂部分離出的氣體進入循環氫壓縮機升壓，然后再返回注入到原料中［5］。分餾部分通常設置單塔流程，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，都不設有循環氫壓縮機，由于它是利用溶解在油品里的氫氣進行加氫，反應器通常設置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，在反應器外設置有循環泵，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能夠滿足國Ⅴ標準的低凝柴油，采用的氣相、液相加氫技術是來自國內同一家研究院，這樣的比較更能說明問題。具體參數見表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量要多于氣相加氫催化劑的量約20%。同時，液相加氫反應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、液相加氫主要設備比較

通常規模在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，因此兩種方案在數量、條件上存在著差異，詳見表2。

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

表2　設備數量對比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。在設備對比中已經說明液相加氫工藝中沒有循環氫壓縮機和反應產物空冷器等用電較大的設備，因此用電負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產物的取熱上受到了限制，導致液相反應進料加熱爐的負荷高于氣相加氫，燃料氣的用量上要高于氣相加氫。

上述數據說明氣相加氫、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，它將剩余的低溫熱用于產生低溫熱水或低壓蒸汽，回收這部分熱量。

雖然這種做法達到了節能的目的，然而在許多煉廠低壓蒸汽或低溫熱水無實際用途，特別是處理量低于100萬t/a的裝置，節能有限、意義不大。

5　氣相、液相加氫兩種方案投資對比

兩種方案主要設備、儀表、藥劑等方面的投資情況詳見表4。

前面我們已經分析了液相加氫機械設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，導致工藝管道壁厚增加、管道法蘭和緊固件等級都相應提高。此外，反應器及管道上的儀表及管道上的調節閥也都相應提高壓力等級使得液相加氫在靜設備、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勢可言。

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

6　結束語

液相加氫由于采用全液態加氫，催化劑全部侵入到液相中，因此反應器內催化劑幾乎沒有局部熱點和結焦的情況，催化劑失活差、壽命長，同時不采用循環氫壓縮機簡化了工藝流程。然而，隨著油品質量標準升級，對油品加氫要求越來越苛刻，通過飽和態物料提供反應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壓力來彌補這方面的不足。通過在工藝流程、設備數量、投資及能耗等方面的比較、分析也驗證了這個的問題。

當采用原料性質較差的油品生產滿足高標準、特別是國Ⅴ標準的油品時，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：

［1］張德義.含硫含酸原油加工技術［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.液相加氫技術現狀及發展前景［J］.當代化工 2013，42（4）：436-438.

［4］宋永一，方向晨.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）：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

文獻標識碼：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年畢業于沈陽化工大學，現從事石油化工和化工工藝設計，組織完成多套油品加氫裝置設計。Tel ：024-31957329，E-mail：wangyunfei@hqcec.com。