180萬t/a柴油加氫改質反應工藝流程研究

潘 超，袁 飛，于姣洋，陳維思

（中國寰球工程公司 遼寧分公司， 遼寧 沈陽 110167）

180萬t/a柴油加氫改質反應工藝流程研究

潘 超，袁 飛，于姣洋，陳維思

（中國寰球工程公司 遼寧分公司， 遼寧 沈陽 110167）

柴油加氫改質是提高劣質柴油十六烷值的重要加工手段，正確的選擇反應加工流程對生產合格柴油至關重要。文章以某柴油加氫改質裝置為例，對反應部分工藝流程的選擇進行了研究。反應部分選擇一段串聯加氫流程，設置加氫精制和加氫改質兩臺反應器，設置原料油自動反沖洗過濾器和惰性氣體保護，采用爐前混氫方案，反應注水和熱高分流程。

柴油；加氫改質；加工流程

柴油作為主要運輸燃料，需求量逐年增長，但柴油中的含硫和含氮化合物燃燒后，排放出SOx和NOx對大氣造成嚴重污染。我國柴油質量在 2017年要滿足國V標準，主要向超低硫、低芳烴和高十六烷值的方向發展。

加氫改質是催柴改質的重要技術方法，具有良好的脫硫、脫氮以及烯烴和芳烴加氫飽和效果，同時可大幅度提高十六烷值。國外研發的采用貴金屬兩段加氫工藝，雖能達到提高十六烷值的目的要求，但工藝流程復雜，投資及操作費用高。為了適應環保法規和柴油質量升級的緊迫要求，對劣質催柴進行改質，是直接關系到我國柴油總體質量達標的重要技措之一。

烏魯木齊石化公司為滿足柴油質量升級的要求新建一套180萬t/a柴油加氫改質裝置，降低產品硫含量，提高十六烷值。

1 工藝流程和技術方案選擇

1.1 工藝流程方案選擇

本裝置工藝采用國內成熟的加氫改質技術，設置一臺加氫精制反應器和一臺加氫改質反應器，采用一段串聯加工流程，裝填高活性加氫精制催化劑、加氫改質催化劑及保護劑。

1.2 原料油過濾方案的選擇

原料油中常帶有一些固體顆粒，尤其是當原料油是高酸值原料時，設備腐蝕會生成一些腐蝕物。這些雜質會沉積在催化劑空隙中，使反應器壓降升高，裝置無法正常操作。因此，為了脫除固體顆粒和雜質，原料油在進入反應器以前一般應設置過濾裝置[1]。加氫精制裝置一般采用自動反沖洗式過濾器對原料油進行過濾。自動反沖洗過濾器根據反吹介質的不同可以分為氣-液式和液-液式兩種，氣-液式的反吹介質一般為氮氣或煉廠干氣，液-液式的反吹介質為濾后油。液-液式反吹效果好于氣-液式，對于較臟的介質，如焦化汽柴油建議使用液-液式自動反沖洗過濾器。

本裝置原料為直柴、重油催柴、蠟油催柴和焦化汽油，催化柴油中可能會含有催化劑顆粒，焦化汽油中可能會含有焦粉，因此需要設置自動反沖洗過濾器脫除其中大于25 μm的機械雜質。反沖洗型式選用液-液式反吹。

1.3 原料油的保護方案的選擇

來自罐區的原料油，不論是直餾油還是二次加工油，都要在儲罐中進行氣體保護。保護的目的主要是防止油品接觸空氣中的氧。因為原料油在儲存過程中若接觸氧氣會形成沉渣，沉渣容易在下游設備中的較高溫部位縮合結焦，比如生成油-原料油換熱器及反應器頂部，造成反應器和系統壓降升高、換熱器效果下降[2]。

本裝置濾前原料油緩沖罐采用燃料氣氣封、濾后原料油緩沖罐采用天然氣氣封，防止油品接觸空氣被氧化。

1.4 混氫方式方案的選擇

混氫方式一般分為爐前混氫和爐后混氫。

爐前混氫是指原料和氫氣混合后進入反應進料加熱爐。其優點是換熱流程比較簡單，高壓換熱器少，節省投資，缺點是混氫原料采用多路物流進入加熱爐時，兩相流很難均勻分配，容易出現偏流的狀況，對配管的要求比較嚴格，需要對稱布置，否則爐管有可能出現結焦狀況[3]。

爐后混氫是指氫氣經過氫氣加熱爐加熱后和原料油混合，直接進入反應器。其優點是加熱爐里只走氫氣介質，可避免爐管結焦，適用于易結焦的油品，對加熱爐配管要求不需要很嚴格，簡化了工程設計。其缺點是油品和氫氣分別與反應產物換熱，氫氣傳熱系數小，換熱流程比較復雜，投資比較高；氫氣爐爐管只走氫氣介質，因傳熱系數小，爐出口溫度通常比較高，爐管表面和煙氣溫度高，提高了爐管材質，增加爐管壁厚，投資增大。

本裝置加工的原料油是直柴（52.83%）、催化柴油（40.53%）和焦化汽油（6.64%）的混合汽柴油，以直柴和催柴為主，不易結焦，只要嚴格按對稱布置進行配管，不會在爐管里發生結焦，因此采用爐前混氫。

1.5 反應注水流程方案的選擇

在高壓空冷前注水可以防止銨鹽結晶而堵塞管線，同時可以降低反應氣中H2S和NH3等雜質含量，可以在一定程度上影響加氫反應的深度、選擇性和裝置操作[4]。

加氫裝置注水介質包括除鹽水、除氧水和加氫酸性水汽提裝置凈化水。

根據本裝置原料中硫含量3 350 ppm、氮含量573 ppm，需要設反應注水系統，由于國V標準車用柴油對雜質含量更為嚴格，因此注水介質采用更為純凈的除氧水，防止氧氣和凈化水的雜質污染柴油產品。

1.6 高分工藝方案研究

加氫裝置反應部分流程一般可分為熱高分流程和冷高分流程。選擇高分流程時主要對比循環氫純度、溶解氫量、加熱爐負荷和能耗等工藝條件。要考慮的經濟因素是兩種流程情況下主要設備規格、投資以及操作成本的變化。

熱高分流程的特點是能量利用較好，降低了裝置能耗，高壓空冷器管束中稠環芳烴含量低，可避免沉積和堵塞；但是，其工藝流程比較復雜，高壓設備操作條件苛刻，投資較大；循環氫純度較低，氫分壓下降，為保持一定的氫分壓，需要提高系統的總壓力，造成投資增加；氫氣在熱油中溶解量較大，利用率降低，生產成本增高。

冷高分流程的特點是工藝流程較簡單，高壓設備數量相對較少，操作條件相對緩和，循環氫濃度相對較高，投資較節省。但是，冷高分流程沒有充分利用反應流出物中的熱能，能耗稍高。

有數據表明[5]，熱高分溫度在 180 ℃左右時，循環氫中氫濃度最低；當熱高分溫度>180 ℃時，隨著熱高分溫度的增加，循環氫中氫濃度增大；當熱高分溫度>240 ℃時，隨著熱高分溫度的增加，循環氫中氫濃度增大趨勢變緩。熱高分溶解氫在熱高分溫度240 ℃左右時最高，此后隨著熱高分溫度增加而降低；熱高分溶解氫隨著熱高分溫度增加而增加；總溶解氫隨著熱高分溫度增加而增加，但在熱高分溫度 240 ℃后增加的趨勢比在熱高分溫度240 ℃前平緩。

本研究利用 HYSYS流程模擬軟件分別對 180萬噸/年柴油加氫改質裝置熱高分流程和冷高分流程進行了模擬，利用流程模擬的數據初步估算了兩種方案下壓縮機、高低壓分離器、高壓空冷器和高壓換熱器的規格和尺寸，裝置能耗。熱高分流程圖見圖1、冷高分流程圖見圖2。熱高分和冷高分操作條件見表 1。熱高分流程和冷高分流程設備和能耗尺寸對比表見表 2，熱高分流程和冷高分流程費用對比表見表3。

表3比較了熱高分流程和冷高分流程反應部分主要設備的設備費用和裝置能耗。對比設備包括高壓容器、高壓換熱器和高壓空冷器，熱高分流程比冷高分流程設備費用高出16%。

圖1 柴油加氫改質熱高分流程圖Fig. 1 Diesel hydro-upgrading hot high pressure separator flow diagram

圖2 柴油加氫改質冷高分流程圖Fig. 2 Diesel hydro-upgrading cold high pressure separator flow diagram

表1 熱高分流程和冷高分流程主要操作參數Table 1 The main operation parameters of hot high pressure separator and cold high pressure separator

表2 熱高分流程和冷高分流程設備尺寸和能耗對比Table 2 Hot high pressure separator and cold high pressure equipment size and energy consumption

新氫消耗熱高分流程比冷高分流程高 2.82%，循環氫純度熱高分流程比冷高分流程低1.0%，能耗熱高分流程比冷高分流程降低 1.0標油/t原料。通過以上綜合比較，對于本裝置的原料特性，熱高分流程投資增加的不多，但是能耗降低 1.0標油/t原料，長周期運行成本更低，所以建議采用熱高分流程。

表3 熱高分流程和冷高分流程費用對比Table 3 Hot high pressure separator and cold high pressure Cost comparison

2 結 論

180萬t/a柴油加氫改質裝置反應部分選擇一段串聯加氫流程，設置加氫精制和加氫改質兩臺反應器，設置原料油自動反沖洗過濾器和惰性氣體保護，采用爐前混氫方案，反應注除氧水防止胺液結晶，采用熱高分工藝方案，可降低能耗。

［1］李大東. 加氫處理工藝與工程[M]. 北京: 中國石化出版社, 2004:36.

［2］李立權. 加氫裂化裝置工藝計算與技術分析[M]. 北京, 中國石化出版社, 2009:89.

［3］黃新露, 曾榕輝. 催化裂化柴油加工方案的探討[J]. 中外能源, 2012, 17(7) :75-80.

［4］胡志海, 石玉林, 史建文. 劣質催化裂化柴油加氫改質技術的開發及工業應用[J]. 石油煉制與化工, 2000, 31(9):6-9.

［5］王福江. 催化裂化柴油餾分加氫精制提高十六烷值研究[J]. 石油煉制與化工, 2013, 44(10):27-31.

我國染料助劑企業經營堪憂 轉型升級是出路

隨著印染行業的快速發展，染料上游產品的助劑也隨之興起。目前我國小型助劑企業生存狀態不如人意，更有甚者很多中型印染助劑老企業也出現經營困難。很多人認為行業整合即將到來，必須要實現轉型升級。

染料助劑行業需求主要來源于紡織印染，紡織行業的發展有利于帶動印染助劑需求的穩定上升。據悉，我國染料助劑生產企業多達近3000家，主要是民營企業，大多集中于江蘇與浙江兩省。這些企業的規模都不大、產品比較單一、集中度很低。2013年國內生產印染助劑的企業中產能在5萬噸以上的才3家。

天津市盛天強化工有限公司主要經營洗滌劑、印染助劑、勻染劑、消泡劑、柔軟劑、回復劑、防水劑和分散劑。是一家集研發、設計、生產和銷售于一體的企業，是國內最早涉足紡織行業的企業，并形成了獨特風格。公司本著不斷創新、追求卓越的服務理念，客戶第一，誠信至上的原則，以靈活快捷的經營方式，完善的服務，優質的價格，贏得了更多的客戶。

Research on Reaction Process of 1.8 Mt/a Diesel Hydrotreating Unit

PAN Chao,YUAN Fei,YU Jiao-yang,CHEN Wei-si

（ China Huanqiu Contracting & Engineering Corp. Liaoning Company, Liaoning Shenyang 110167, China）

Diesel hydrotreating process is one of the most important technologies to improve the cetane number of poor-quality diesel, and it is crucial to choose the right and reasonable reaction process to produce qualified diesel. In this paper,1.8 Mt/a diesel hydrotreating unit was chosen as research model, and the process scheme of reaction section was well studied. The reaction section used one-stage serial hydrotreating process, which consisted of hydrotreating reactor and hydrorefining reactor; the feedstock was protected by both automatic backwash filter and inactive gas to respectively remove solid particles and prevent oil oxidization, the H2was blended into the feedstock before it entered into the furnace, meanwhile the reaction water injection and the hot HP separator were also utilized.

Diesel; Hydrotreating;Production process

TE 624

A

1671-0460（2017）04-0685-04

2016-03-09

潘超（1984-），女，遼寧撫順人，工程師，碩士學位，2015年畢業于北京化工大學化工工程專業，研究方向：從事柴油加氫裝置設計和冷換設備工藝設計技術工作。E-mail：panchao@hqcec.com。