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(guī)模擴大到160萬t·a-1，實現(xiàn)產(chǎn)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(chǎn)品收率、操作條件、設備設置、工程投資、裝置能耗、業(yè)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(xiàn)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(guī)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(guī)模擴大到160萬t·a-1，實現(xiàn)產(chǎn)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(chǎn)品質量、收率、操作條件、設備、能耗、業(yè)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(jù)主導地位，但是液相柴油加氫技術近年來發(fā)展很快[9]，兩種工藝技術的發(fā)展均得益于柴油加氫催化劑的發(fā)展和進步[11]。

1? 柴油加氫技術的發(fā)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(yōu)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(wěn)、高強、低成本新型催化劑的研究和開發(fā)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(chǎn)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(jīng)工業(yè)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(yè)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(yōu)點是可以大幅的降低油品中的N含量和稠環(huán)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(lián)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(jīng)過不斷努力，反復實驗，終于在2008年取得了突破，開發(fā)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(fā)一代產(chǎn)品，它主要用于生產(chǎn)低硫、低芳烴柴油;MHUG技術也是該院開發(fā)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(huán)油為原料，將兩個工藝過程進行串聯(lián)（加氫精制、加氫裂化）[4];FH-UDS是撫順石油化工研究院研發(fā)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(yōu)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(tài)，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(huán)加氫技術[6]。該技術優(yōu)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(tài)，即全液相狀態(tài)。這一狀態(tài)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(guī)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(huán)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(wěn)定，避免了較多的副反應，產(chǎn)品的收率和選擇性都比較高。最后，由于該技術不需要循環(huán)氫壓縮系統(tǒng)，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(lián)合多家煉化企業(yè)經(jīng)過多年的反復實驗、中試，聯(lián)合開發(fā)了連續(xù)液相柴油加氫（SLHT）技術。該技術核心設備為是全國產(chǎn)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(yōu)點，其中液相為連續(xù)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(chǎn)品質量及收率的對比

兩種方案采用相同的原料，產(chǎn)品的質量要求也相同。它們的對比情況見表1。

從表1數(shù)據(jù)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(fā)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(fā)生變化，原料性質出現(xiàn)波動，液相柴油加氫裝置就很難保證產(chǎn)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(chǎn)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(qū)別在于氣相加氫采用循環(huán)氫壓縮機保持氣相循環(huán)，液相加氫雖無循環(huán)氫壓縮機，但是采用反應循環(huán)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(shù)發(fā)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(shù)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(huán)氫壓縮機及反應部分的反應產(chǎn)物空冷器，增設的設備有反應部分的循環(huán)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(chǎn)費用

該方案選取的是撫順石化研究院的液相循環(huán)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(yōu)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(chǎn)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(chǎn)情況對于能量回收產(chǎn)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(yè)績對比

氣相加氫工藝經(jīng)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(yè)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(yè)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(jīng)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(fā)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(jīng)過近兩年工業(yè)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(xiàn)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(jīng)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(chǎn)品收率、操作條件、設備設置、工程投資、裝置能耗、業(yè)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(chǎn)品質量及收率差別不大;

2）兩者都能達到生產(chǎn)的目的，只是選用設備的差別;

3）氣相加氫比液相加氫節(jié)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(jù)企業(yè)的具體情況確定采用何種技術。

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