液相加氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景

王 萌, 金月昶, 王鐵剛, 李國萍

（1. 遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001； 2. 中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006;3. 中國石油撫順石化公司石油三廠，遼寧 撫順 113001）

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，全球燃料清潔化的總趨勢是汽油向低硫、低烯烴、低芳烴、低苯和低蒸汽壓發(fā)展；柴油向低硫、低芳烴（主要是稠環(huán)芳烴）、低密度和高十六烷值發(fā)展。低硫和超低硫已成為今后清潔燃料的發(fā)展趨勢[1]。目前，國內(nèi)外的各種加氫精制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，為尋找一種更加簡捷且滿足節(jié)能減排要求的柴油生產(chǎn)新工藝，液相加氫技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。

1 液相加氫技術(shù)

1.1 概 述

液相加氫技術(shù)將氫氣溶解于原料油中來滿足加氫反應(yīng)所需氫氣，取消傳統(tǒng)的氫氣循環(huán)系統(tǒng)，在反應(yīng)器中為純液相反應(yīng)，沒有氫氣的傳質(zhì)，并通過液體循環(huán)以溶解足量的氫氣，以滿足加氫反應(yīng)的需要[2]。

主要技術(shù)包括：杜邦公司的Iso Therming加氫技術(shù)、中石化洛陽院和撫研共同開發(fā)的SRH液相循環(huán)加氫技術(shù) 、中石化 SEI和北京石科院共同開發(fā)的液相循環(huán)加氫技術(shù)。

1.2 與常規(guī)加氫技術(shù)的不同

采用常規(guī)加氫技術(shù)，為滿足產(chǎn)業(yè)升級的需要，應(yīng)在工程上對裝置加以改進(jìn)，常規(guī)加氫技術(shù)提高油品質(zhì)量改進(jìn)方案見表1。

表1 常規(guī)加氫技術(shù)改進(jìn)方案Table 1 Improvement program of conventional hydrogenation technology

通過表1可知，以上這些工程解決方案均對裝置的投資或運(yùn)行成本有不利影響，在煉油行業(yè)微利的時(shí)代，以上解決辦法都不是最佳方案。

為了更好的進(jìn)行液相加氫技術(shù)與常規(guī)加氫技術(shù)對比，下面以某煉廠220萬t/a柴油加氫裝置為例，對兩個(gè)技術(shù)從工藝條件、主要公用工程消耗、主要設(shè)備和生產(chǎn)成本等方面的主要參數(shù)進(jìn)行對比，見表2。

表2 主要參數(shù)對比Table 2 Comparison of main parameters

在常規(guī)加氫工藝過程中，通常采用較大的氫油體積比。反應(yīng)后富余氫氣經(jīng)循環(huán)氫壓縮機(jī)增壓并與新氫混合后繼續(xù)作為反應(yīng)的氫氣進(jìn)料。循環(huán)氫壓縮機(jī)的投資占整個(gè)加氫裝置成本的比例較高，氫氣換熱系統(tǒng)能耗較大。

液相加氫技術(shù)較常規(guī)加氫技術(shù)在裝置節(jié)能降耗方面具有較大優(yōu)勢，并且在改造常規(guī)柴油加氫裝置生產(chǎn)超低硫柴油方面具有改動(dòng)小、投資低等得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。采用液相加氫技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)氫系統(tǒng)的作用，加氫裝置在今后的發(fā)展中可能取消循環(huán)氫系統(tǒng)[3]。

2 Iso Therming液相加氫技術(shù)

2.1 工藝簡介

Iso Therming技術(shù)的核心是能夠通過飽和液體循環(huán)油提供反應(yīng)需要的氫氣，這樣就不再需用循環(huán)氫壓縮機(jī)。混合進(jìn)料和循環(huán)物流與反應(yīng)所需的全部氫氣一起進(jìn)入催化劑床層。流體在反應(yīng)器中呈單一的液相。加氫處理過的液體循環(huán)油的作用是把所需要的氫氣送到反應(yīng)器中，也起到冷源的作用并實(shí)現(xiàn)更等溫的反應(yīng)條件。

2.2 工藝流程

工藝流程簡圖見圖1。

圖1 Iso Therming技術(shù)工藝流程簡圖Fig.1 Brief flow diagram of Iso Therming technology

2.3 Iso Therming液相的特點(diǎn)

1）反應(yīng)器的氫氣通過油循環(huán)來提供，氫氣溶解在油里，反應(yīng)器內(nèi)無需氫氣的傳質(zhì)過程，這加快了反應(yīng)速率；

2）催化劑床層完全濕潤，浸泡在油里。這使全部的催化劑活性中心可以被利用，降低了所需催化劑總量，反應(yīng)器尺寸變小，并且可以減少催化劑局部失活/結(jié)焦，減少輕組分形成，減少柴油組分損失；

3）反應(yīng)放熱被大量循環(huán)油吸收，反應(yīng)器溫升比傳統(tǒng)工藝低，反應(yīng)器趨于向等溫操作。

2.4 Iso Therming加氫技術(shù)特點(diǎn)

1）取消了復(fù)雜的循環(huán)氫系統(tǒng)，代之以簡單的循環(huán)油系統(tǒng)

a)無需循環(huán)氫壓縮機(jī)

b)無需冷、熱高壓分離器

c)無需高壓胺液吸收系統(tǒng)對循環(huán)氫進(jìn)行脫硫

d)安裝2臺(tái)循環(huán)油泵

2）反應(yīng)器的形狀可靈活設(shè)計(jì)

因?yàn)榉磻?yīng)器內(nèi)為全液相，所以，

a)反應(yīng)器長徑比不再受雙相流動(dòng)模型的限制

b)反應(yīng)器的床層高度也不受雙相流動(dòng)模型的限制

c)反應(yīng)器的壁厚可以降低，制造成本和制造周期大大減少

反應(yīng)器的大小可以完全不受各種場地和運(yùn)輸條件的限制，采用Iso Therming技術(shù)可以降低裝置總投資。

2.5 Iso Therming技術(shù)對比常規(guī)加氫技術(shù)

在常規(guī)加氫系統(tǒng)中，氫氣與液體進(jìn)行混合，并通過分配器，平衡地進(jìn)入催化劑床層。隨著反應(yīng)發(fā)生，氫氣從液體中耗去，必須從氣相加以補(bǔ)充。反應(yīng)速率受到液相中氣相氫氣傳質(zhì)的制約。

在新工藝中先用氫氣使混合進(jìn)料和之前已被加氫處理的液體循環(huán)物流飽和，從而改變了這一狀況。混合進(jìn)料和循環(huán)物流與反應(yīng)所需的全部氫氣一起進(jìn)入催化劑床層。氫氣呈液相以溶解氫形式進(jìn)入反應(yīng)器。

加氫過程中發(fā)生的絕大多數(shù)反應(yīng)為高放熱反應(yīng)。被處理過的流體循環(huán)物流不僅可向反應(yīng)器釋出更多氫氣，而且也作為熱阱，利于吸收反應(yīng)熱，使反應(yīng)器在更為等溫的模式中運(yùn)行。Iso Therming技術(shù)還能大大減少催化劑的結(jié)焦現(xiàn)象[4]。

3 SRH液相循環(huán)加氫技術(shù)

3.1 工藝簡介

FRIPP開發(fā)的SRH液相循環(huán)加氫技術(shù)，可以通過液相產(chǎn)品大量循環(huán)時(shí)攜帶進(jìn)反應(yīng)系統(tǒng)的溶解氫來提供新鮮原料進(jìn)行加氫反應(yīng)所需要的氫氣。這樣不僅可以消除催化劑的潤濕因子影響，大大提高催化劑的利用效率，而且反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行全液相反應(yīng)，原料油浸泡整個(gè)催化劑床層，不需要額外工藝設(shè)備來確保氫氣與油混合，液相在催化劑上獲得良好分散。另外，循環(huán)油的比熱大，從而使催化劑床層接近等溫操作，延長催化劑壽命，降低裂化等副反應(yīng)，提高產(chǎn)品收率。

SRH液相循環(huán)加氫技術(shù)裝置取消了循環(huán)氫壓縮機(jī)系統(tǒng)、高壓換熱器、高壓空冷器、高壓分離器、循環(huán)氫脫硫塔，熱量損失小，大幅度降低裝置能耗。同時(shí)投資費(fèi)用和操作費(fèi)用均低，是低成本實(shí)現(xiàn)油品質(zhì)量升級的較好技術(shù)。

3.2 工藝流程

工藝流程簡圖見圖2。

3.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1）開發(fā)了分兩路循環(huán)的SRH液相循環(huán)加氫工藝技術(shù)；

2）采用反應(yīng)器頂部排氣和反應(yīng)器出口流量控制液位的控制系統(tǒng)；

3）在反應(yīng)器上部設(shè)置特殊內(nèi)構(gòu)件和排氣設(shè)施。

4 結(jié) 語

經(jīng)過對液相加氫技術(shù)的分析，以及液相加氫與常規(guī)加氫的對比可知：液相加氫技術(shù)與國內(nèi)常規(guī)加氫技術(shù)在投資方面基本持平，而取消了循環(huán)氫系統(tǒng)的液相加氫技術(shù)電耗和蒸汽消耗都大幅下降，較常規(guī)加氫技術(shù)節(jié)約能耗20%以上。同時(shí)液相加氫系統(tǒng)高壓設(shè)備相對較少，降低了設(shè)備維護(hù)成本和裝置的運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。在工藝流程得到簡化的基礎(chǔ)上，液相加氫技術(shù)產(chǎn)品收率高于常規(guī)加氫技術(shù)。

液相加氫技術(shù)不僅可以應(yīng)用于柴油加氫精制裝置中，還可以拓展到煤油加氫精制、蠟油加氫處理以及低轉(zhuǎn)化率的加氫裂化裝置中，充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，擁有廣闊的發(fā)展空間。

［1］李大東. 加氫處理工藝與工程[M]. 北京：中國石化出版社，2004:917-962.

［2］李哲，康久常，孟慶巍. 液相加氫技術(shù)進(jìn)展[J]. 當(dāng)代化工，2012,41(03):292-294.

［3］劉凱祥，李浩，孫麗麗,等.連續(xù)液相加氫技術(shù)工藝計(jì)算驗(yàn)證[J].石油煉制與化工，2012,43(07):67-70.

［4］杜邦公司購得煉油廠用超低硫柴油加氫新技術(shù)[G].石油商報(bào)，2007-09.

［5］宋永一，方向晨，劉繼華.SRH液相循環(huán)加氫技術(shù)的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用[J].化工進(jìn)展，2012,31(01):240-246.