氣相加氫與液相加氫工藝在柴油加氫中的對比分析

＊武釗 蒙毅

（中國石化濟南煉化公司 山東 250101）

氣相加氫與液相加氫工藝在柴油加氫中的對比分析

＊武釗 蒙毅

（中國石化濟南煉化公司 山東 250101）

簡要概述了液相加氫技術，通過氣相加氫與液相加氫這兩種工藝在加工工藝、設備數量、操作條件等方面比較來闡述了液相加氫技術的優點及局限性，說明哪種工藝更適合、更有優勢。

液相加氫；氣相加氫；柴油脫硫；氣液混合

為了滿足國家不斷提高的環保要求、提高油品的使用性能，全國汽柴油質量升級步伐加快，2017年1月成品柴油將實現國V標準。而加氫精制是提升柴油品質的最重要手段。傳統的氣相加氫進入反應器的是富含大量氫氣的循環氣與粗柴油，以確保柴油加氫反應完全進行。液相加氫技術循環的介質是進料的液相柴油組分，將反應用新氫溶解于其中，滿足柴油加氫反應的需要。本研究旨在對比兩種柴油加氫技術的優缺點，從而為指導工業實踐提供理論依據。

目前，我國海外進口原油品質不高，其中重組分含量較多，原料油硫含量大，二次加工油總量多，柴油產品的安定性和使用效率受到硫、氮、芳烴和膠質等組分的影響。國內的加氫工藝已經較為成熟，但該工藝需在一定的氫分壓下維持較高的氫油比，因而需要借用大量的循環氫用于相間傳質、傳熱等程序，帶來大量的動力消耗和資金投入。為了降低裝置的能耗和投資，液相加氫工藝IsoTherming技術由工藝動力學公司(設在美國阿肯色州的技術開發公司)開發而成，于2003年首次實現商業化。杜邦在2007年8月并購了IsoTherming液相加氫處理技術。

1.氣、液加氫工藝流程對比

(1)氣相加氫工藝流程

氣相加氫工藝作為一種傳統技術，其反應器的主要型式為滴流床反應器，是固定床反應器的一種。氫氣和原料柴油并流通過固體顆粒狀催化劑床層，以進行氣液固相反應。滴流床反應器常在加壓下操作，以促進氣液相的相互溶解。氫氣和柴油在催化劑微孔內進行充分接觸和加氫反應。滴流床反應器通常采用多段絕熱式,在段間換熱或補充冷氫以調節溫度，反應器頂部設置分布器使液流均布，以保證催化劑顆粒的充分潤濕。濟南煉化160萬噸/年柴油加氫為中國石化工程建設公司（SEI）設計，2011年9月3日一次開車成功；2014年9月裝置進行RTS質量升級改造，以滿足生產國IV和國V排放標準柴油的要求。其中兩個加氫反應器都是典型的滴流床反應器，工藝流程見圖1。

圖1 濟南煉化160萬噸/年柴油氣相加氫工藝流程圖

(2)液相加氫工藝流程

將足量的氫氣溶解在液相循環物料中，用以滿足加氫反應的需要，所以液相循環加氫工藝不必設置氫氣循環系統。當氫氣溶解在原料油中進入反應器，省去了氣液相之間的傳質，消除了潤濕因子的影響、反應器溫度梯度降低，催化劑床層接近于等溫操作。液相加氫同樣能消除了反應熱點，減少結碳，延長了催化劑使用的壽命。而且物料單向通過催化劑床層，催化劑床層溫差小，加氫裂化反應少，液體收率高；同時使得工藝流程更加簡單，投資也有大幅度降低。

一段液相加氫技術方案是液相加氫工藝中最典型的流程。這種工藝流程反應產物自加氫反應器產出后加壓分離、分餾，取消高換、冷熱高分、循環氫脫硫、循環氫壓縮機系統。從裝置的實際運行情況來看：這種技術加工用常三線直餾柴油少量摻入二次加工柴油的原料可以生產國IV柴油，也可以根據需要生產國V標準的車柴。

圖2 一段液相加氫流程

2.氣、液加氫工藝主要設備對比

表1 主要設備對比表

由表1可以看出，液相加氫技術的工藝流程中不含有冷高分、熱高分、循環氫壓縮機及前后分液罐、循環氫脫硫塔、高壓空冷等設備，增加了反應循環泵和低壓空冷。這樣既降低了裝置運行安全風險和設備維護的成本，也減少了占地面積和設備投資。此外，由于液相加氫反應器反應器床層較多，各床層間有氣液分離空間，所以液相加氫反應器結構相對復雜。

3.氣、液加氫操作條件對比

取濟南煉化160萬噸/年柴油加氫參數與安慶石化廠液相加氫的主要操作條件見對比表2。

序號 主要操作條件 濟南160萬 安慶液相加氫1進料量 130 230 2新氫量 10471 19000 3反應器入口總壓/MPa(g) 6.9 9.2 4反應器進出口溫度/℃ 328/358 359/374

表2 主要操作條件對比表

表3 原料及產品性質

上述兩個裝置生產能夠滿足國IV標準的柴油，采用的氣相、液相加氫催化劑都是超深度脫硫催化劑RS-2000。由表中數據對比可以看出，當二次油摻煉量低時，液相加氫完全能滿足國IV柴油的生產要求。

當柴油餾程超過340℃，二苯并噻吩類物質很難通過加氫精制將硫質量分數降低到10μg/g以下。直接脫硫氫氣消耗增加，降低了反應系統中的有效氫濃度，影響液相柴油加氫深度脫硫效果。國內外常用的方式是通過提高催化劑的裝填量，降低新鮮原料體積空速來實現。受現有反應器限制，液相柴油加氫質量升級通常需要增加第二反應器，并增加配套原料/二反產物換熱器高壓設備。

4.結束語

通過在工藝流程、設備數量及操作條件等方面的比較分析，可見液相加氫技術工藝流程簡化，熱量損失少，裝置能耗低，是低成本實現油品質量升級的先進技術。近年來，液相加氫技術已在國內多套柴油加氫裝置成功應用。但從國內的多套工業裝置的使用情況來看，液相加氫工藝不適用于高氫耗、高氮油，尤其不能適應耗氫高的劣質二次加工柴油的深度加氫精制。對于原料主要是常三線直餾柴油，摻入少量焦柴或催柴的裝置，生產國V標準的車用柴油，選擇液相循環加氫工藝技術既節省投資又節約能源。因此，液相加氫與氣相加氫手段各有優劣，可以根據裝置實際工藝條件進行合理選擇。

[1]杜燕飛．世界規模最大柴油液相加氫裝置成功開車[J]． 石油化工腐蝕與防護, 2014(3):54-54．

[2]劉兵兵． SRH液相加氫技術在柴油加氫裝置中的工業應用[J]．廣東化工, 2013, 40(4):109-110．

[3]李哲, 康久常, 孟慶巍． 液相加氫技術進展[J]． 當代化工2012, 41(3):292-294．

[4]李大東． 加氫處理工藝與工程(精)[M]． 中國石化出版社, 2004．

[5]張志強．柴油液相加氫技術的工業應用．廣東化工, 2015,10

武釗（1986．5～），男，中國石化濟南煉化公司，研究方向：煉油技術．

蒙毅（1983．8～），中國石化濟南煉化公司，研究方向：煉油技術．

(責任編輯 李鵬波)

Contrastive Analysis of Liquid Phase Hydrogenation and Gas Phase Hydrogenation in Diesel Fuels Hydrogenation

Wu Zhao, Meng Yi

（Sinopec Jinan Refining&Chemical Company, Shandong, 250101）

This paper takes a brief introduction of the liquid phase hydrogenation technology, through the contrast of gas phase hydrogenatio n and liquid phase hydrogenation in the aspects of processing technology, equipment quantity, operating conditions etc. it expounds the advantages an d limitations of liquid phase hydrogenation technology and show us which technology is more suitable and has more advantages.

liquid phase hydrogenation；gas phase hydrogenation；diesel fuels desulfurization；gas-liquid mixture

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