柴油加氫工藝路線選擇

李曉倩 關士文 樸大文

摘? ? ? 要： 對國內某石化公司120萬t·a-1柴油加氫裝置，在原裝置內增加一個處理量為40萬t·a-1的加氫單元，使其規模擴大到160萬t·a-1，實現產品升級。通過對氣相加氫技術方案和液相加氫技術方案的產品收率、操作條件、設備設置、工程投資、裝置能耗、業績等方面進行了比較，最終確定采用氣相加氫的方案。

關? 鍵? 詞：柴油加氫;氣相加氫;液相加氫;工藝路線

中圖分類號：TE 624? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）09-2041-04

Abstract： For 1.2 Mt·a-1 diesel hydrogenation unit in a domestic petrochemical company， a 0.4 Mt·a-1 hydrogenation unit was added in the original unit to expand its capacity to 1.6 Mt·a-1 and upgrade its products. By comparing product yields， operating conditions， equipment layout， engineering investments， energy consumptions and efficiencies of liquid-phase and gas-phase hydrogenation technologies， the gas-phase hydrogenation was finally adopted.

Key words： Diesel hydrogenation; Gas-phase hydrogenation; Liquid-phase hydrogenation; Process route

國內某石化公司現有120萬t·a-1柴油加氫裝置，不能滿足全廠柴油加工的要求。由于原料處理量加大，反應空速增大，最大加工規模下柴油達不到國Ⅴ標準。在原裝置內增加一個處理量為? ? ? 40萬t·a-1的加氫單元，使其規模擴大到160萬t·a-1，實現產品升級。該公司新增柴油加氫單元的原料主要來自常一、常二線油，反應壓力不高、且年處理量小，為研究氣相加氫和液相加氫哪一個方式更合適，本文選取了一套40萬t·a-1液相加氫單元和氣相加氫單元，分別從產品質量、收率、操作條件、設備、能耗、業績等方面進行比較。長期以來，雖然氣相柴油加氫技術一直占據主導地位，但是液相柴油加氫技術近年來發展很快[9]，兩種工藝技術的發展均得益于柴油加氫催化劑的發展和進步[11]。

1? 柴油加氫技術的發展

柴油質量升級的主要手段為柴油深度加氫，這已成為全球主推的技術手段[10]。低硫優質高標準柴油技術已成為各個國家競相追逐的技術[1]。在這其中，對于高活、高穩、高強、低成本新型催化劑的研究和開發尤為重要。國內外石油公司、科研院校、研究機構及催化劑生產商都在不斷加大投入，進行新的研究。

國外的氣相加氫技術代表：STARS加氫催化劑技術，已經工業化了兩種催化劑KF-757和KF-848。KF-757超深脫硫催化劑（柴油）擁有非常高的深度脫硫、深度脫氮、深度脫芳烴能力，在行業具有超前沿的能力[2];Prime-DTM脫硫技術，核心催化劑是雙或多元催化劑，該技術核心內容為：中壓超深一、二段脫硫，使得硫含量能≯50 μg·g-1，極限值（超深）≯10 μg·g-1。另外一個突出的附帶優點是可以大幅的降低油品中的N含量和稠環芳烴的含量，以此還能提高柴油的十六烷值，一舉多得[3];MQD聯合重整工藝，其技術要點是采用特殊的非貴金屬催化劑（核心催材）在相應的操作條件下通過單段深度脫硫。

國內的氣相加氫技術代表：中石油化工研究院在原有一代、二代柴油加氫精制催化劑的平臺上經過不斷努力，反復實驗，終于在2008年取得了突破，開發研制了新一代PHF系列催化劑，主要適用于國Ⅳ、國Ⅴ柴油的升級換代[8];高加氫活性的RN-10催化劑是石油化工科學研究院開發一代產品，它主要用于生產低硫、低芳烴柴油;MHUG技術也是該院開發的又一杰出中壓加氫改質技術，該技術主要是以直柴油（或輕蠟油）附以循環油為原料，將兩個工藝過程進行串聯（加氫精制、加氫裂化）[4];FH-UDS是撫順石油化工研究院研發的新一代加氫脫硫催化劑，通過更好的比表面積、更高的孔容以及新型高效助劑使得FH-UDS具有較好的催化核心金屬負載率和更加優異的機械強度[5]。

國外液相加氫技術代表：IsoTherming?加氫技術，其催化劑活性中心周圍存在著液體，全濕狀態，催化劑活性中心得到了充分得以利用，可有效地降低催化劑表面和內部的結焦、失活[6]。

國內液相加氫技術很具有代表性的是SRH液相循環加氫技術[6]。該技術優勢在于與IsoTherming?加氫技術非常相似，整個催化劑在液相噴淋的澆噴下，反應器內的催化劑90%處于全濕狀態，即全液相狀態。這一狀態的最大好處為減小濕潤因子對催化劑活性能力的影響，使得其值基本接近于1，極大地提高了其活性中心的利用率;同時，溶解有H2的原料油自上而下利用重力作用噴淋，對整個催化劑床層進行噴浸，由此減少了利用外構件強制分散液相，分散能力得到了最大的利用（規整填料），這樣設備內全部空間得到充分使用，進而設備的尺寸被大幅縮小了。自上而下的液相循環物料具有較大的比熱容，較大的流量，因此反應基本處于等溫操作，極大地延長了催化劑壽命。溫度控制也較為穩定，避免了較多的副反應，產品的收率和選擇性都比較高。最后，由于該技術不需要循環氫壓縮系統，所以就不需要設置其相關的配套等設備，能耗得到了極大的降低，熱損也較小，長周期操作費用較低，安全性較高，是較為安定的技術。此外，RIPP、SEI聯合多家煉化企業經過多年的反復實驗、中試，聯合開發了連續液相柴油加氫（SLHT）技術。該技術核心設備為是全國產化上流式反應器，具有構件高效、停留時間短、收率和選擇性高、投資低、運行成本低等多種優點，其中液相為連續相，氣相為分散相、過剩氫。

2? 氣相和液相柴油加氫技術方案比較

2.1? 原料性質、產品質量及收率的對比

兩種方案采用相同的原料，產品的質量要求也相同。它們的對比情況見表1。

從表1數據對比可以看出，原料相同時，兩者收率相差不大。但是，液相加氫是利用溶解在原料中的氫氣，在催化劑的作用下與原料油的硫、氧、氮等雜質和不飽和烯烴發生化學反應達到精制目的。由于溶解油品中氫氣量的多少與反應操作壓力、溫度有直接關系，當反應條件確定后，液相加氫裝置的原料的性質不能有太大的變化，一旦發生變化，原料性質出現波動，液相柴油加氫裝置就很難保證產品質量達到國Ⅴ標準。

2.2? 操作條件、設備對比

該公司柴油加氫能同時滿足氣相加氫、液相加氫工藝，兩種工藝產品都能滿足國Ⅴ標準。兩種工藝都采用單臺反應器、原料混氫后進入加熱爐，設置一臺分餾塔。兩種工藝區別在于氣相加氫采用循環氫壓縮機保持氣相循環，液相加氫雖無循環氫壓縮機，但是采用反應循環泵。具體操作條件和設備設置上的差異詳細見表2。

2.3? 投資對比

兩個方案的投資比較見表3。從投資對比表中可以看出，采用氣相技術方案裝置工程費用? ? ? ?9 992.36萬元，液相技術方案裝置工程費用? ? ? 10 559.40萬元，液相加氫的總投資要比氣相加氫的總投資高了567.04萬元，主要原因如下。

2.3.1? 靜設備

靜設備費用增加主要原因是反應器操作條件和參數發生變化。由于液相加氫催化劑體積空速

1.6 h-1低于氣相加氫的3.0 h-1，且液相加氫的催化劑床層是3而氣相加氫床層數是1，所以反應器由原Φ 2 200×8 800 mm增大到Φ2 200×12 500 mm。同時反應器的操作壓力由原來的4.0 MPa（g）升高到5.0 MPa（g），反應器的材質和制造方式要求更高。

2.3.2? 催化劑

雖然氣相與液相加氫采用的是同一催化劑，但是液相加氫的催化劑使用量約為32 t，而氣相加氫只用25 t，導致催化劑一項就增加費用130萬元。

2.3.3? 機械設備

在液相加氫技術方案中，減少了兩臺設備，增加了若干設備。減少的設備分別是機械部分的循環氫壓縮機及反應部分的反應產物空冷器，增設的設備有反應部分的循環泵、氣相冷卻器、原料進料的增壓泵等設備，導致機械設備減少的投資約為220萬元。

2.3.4? 無形資產費用

該方案選取的是撫順石化研究院的液相循環SRH技術，該方案收取專利費用約640萬元。

2.3.5? 其他方面

由于液相加氫相對氣相加氫反應壓力有所提高，使得電氣、儀表（引進）等都有變化，這些變化導致費用增加。

2.4? 能耗對比

通常液相加氫在能耗上會優于氣相加氫，我們將兩個方案的用電、用水、燃料氣等方面做了比較，具體見表4。

從上面的能耗表中可以看出，加氫裝置電量和燃料氣量的消耗在整個裝置的能耗中占很大的權重。液相加氫方案只是通過產生低壓飽和蒸汽來降低整個裝置的能耗。而某公司目前的生產情況對于能量回收產生的低壓蒸汽或低溫熱水沒有太多的實際意義，因此從能耗上雖然液相加氫能耗低，但并不太合適該公司。

2.5? 業績對比

氣相加氫工藝經過多年的實踐技術非常成熟，隨著國家政策的大力扶持，行業人員的不斷努力，我國的柴油加氫技術也已取得了斐然的成績，無論在中石油還是中石化都有相當多的業績。中石油化工研究院在原有一代、二代柴油加氫精制催化劑的平臺上經過不斷努力、反復實驗，終于在2008年取得了突破，取得了成功，開發研制了新一代PHF系列催化劑，主要適用于國Ⅳ、國Ⅴ柴油的升級換代。經過近兩年工業化前沿實驗，先后在大慶石化的120萬t·a-1柴油加氫裝置和烏石化的200萬t·a-1柴油加氫裝置實現一次開車成功[2]。而液相加氫應用的案例雖然有，但相對于氣相加氫而言就顯得少多了。因此，氣相加氫從理論、技術、經驗上還是好于液相加氫。

3? 結 論

通過對氣液相加氫技術的產品收率、操作條件、設備設置、工程投資、裝置能耗、業績等方面的比較，可以得出如下結論：

1）氣相加氫和液相加氫產品質量及收率差別不大;

2）兩者都能達到生產的目的，只是選用設備的差別;

3）氣相加氫比液相加氫節省投資567.04萬元;

4）氣相加氫的能耗要略高于液相加氫;

5）氣相加氫在國內應用廣泛，技術成熟。

6）要根據企業的具體情況確定采用何種技術。

參考文獻：

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