北方地區柴油加氫工藝方案比選

孟慶巍，王鐵剛，儲宇

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順113006）

北方地區柴油加氫工藝方案比選

孟慶巍，王鐵剛，儲宇

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順113006）

重點研究我國北方寒冷地區柴油加氫裝置的工藝方案選擇，根據裝置特點對比分析并確定冬夏季柴油生產方案，經過比選后的方案工藝先進、產品質量及裝置能耗均處于全國先進水平，對于同類柴油加氫裝置，尤其在寒冷地區的裝置設計具有一定的指導和借鑒意義。

柴油加氫；低凝柴油；方案選擇

隨著我國經濟的快速發展，環境污染問題日趨凸顯，近年來對燃料油的環保要求越來越嚴格[1]。國Ⅳ汽油和柴油標準已分別于2014年1月1日和2015年1月1日實施；國Ⅴ汽油和柴油標準計劃于2017年1月1日在全國范圍內實施；而更嚴格的國Ⅵ汽柴油標準也擬定于2019年實施[2]。為確保柴油產品指標達到國家標準，油品加氫是目前最常用和最重要的手段。

我國南北跨度大，氣候差異明顯，在冬季北方地區平均氣溫達到-25℃以下，而南方大部分地區平均氣溫則在零度以上[3]，因此對于北方地區煉廠，要兼顧生產低凝柴油和普通柴油以滿足各地區的使用需求。

1 研究背景

某煉廠為升級柴油產品質量新建一套柴油加氫精制裝置，建設地點位于我國北方，由于該地區冬夏季溫差較大，車用柴油的使用要求也隨著冬夏季而有所差異。在夏季工況下，生產0號柴油即可滿足市場需求；而在冬季工況下，需要生產-35號低凝柴油。如何使裝置同時兼顧冬夏季兩種工況的產品需求，需要進行多方面工藝方案的對比和分析。

2 工藝方案的選擇

2.1 冬夏季產品生產方案的選擇

2.1.1 雙反應器串聯方案

該方案在裝置的反應部分設置加氫精制反應器R-101及加氫降凝反應器R-102。在冬季工況下兩臺反應器串聯操作，原料油品依次經過兩臺反應器，產品全部滿足低凝柴油產品要求；在夏季工況下，開啟加氫降凝反應器R-102旁路，原料柴油經過第一臺加氫精制反應器R-101后跨過R-102，生產普通柴油。流程見圖1。

圖1 雙反應器串聯方案流程簡圖Fig.1 Double reactor series scheme flow diagram

2.1.2 分餾塔切割方案

該方案在裝置的反應部分設單臺反應器，分餾部分設低凝柴油切割塔。夏季工況下，原料油經過加氫反應后送至分餾部分，分離出石腦油和酸性氣等輕組分，剩余柴油作為產品送出裝置；冬季工況下，啟用低凝柴油切割塔，將脫除了輕組分以后的柴油產品進一步的切割，塔頂切割出輕的低凝柴油組分，塔底切割出0#柴油組分，分別送出裝置。

流程見圖2。

圖2 分餾塔切割方案Fig.2 Fractionator cutting scheme flow diagram

2.1.3 反應器串聯方案與分餾塔切割方案比選兩種方案的優缺點對比(表1)

表1 雙反應器串聯方案與分餾塔切割方案優缺點對比表Table1 Comparison between double reactor series and fractionation cutting scheme

針對裝置進行進一步的對比分析：

該裝置柴油產品面向全國市場，在冬夏季均需要保證一定的0#柴油產量，以滿足各地區的需求；同時，裝置所處地區周邊低凝柴油生產能力趨于飽和，低凝柴油市場需求量并不穩定，因此其生產的柴油產品需要具備足夠的靈活性[4]。

在投資方面，雙反應器串聯方案需要多投入一臺高壓加氫反應器，并多投入相應的降凝催化劑。反應器為高溫高壓臨氫，材料需要由國外進口，工期長，投資高，單臺反應器及對應的催化劑即需要約2 500萬元的投資，同時由于反應器數量多，氫氣消耗量大，氫氣壓縮機的規格和投資也需要相應提高。分餾塔切割方案需要多投入低凝柴油切割塔和附屬的冷卻、分離、升壓設備，雖然數量較多，但都屬于低壓設備，同時不存在腐蝕問題，選擇碳鋼材質即可滿足要求，總價較低。針對該裝置雙反應器串聯方案投資預計比分餾塔切割方案高出2 000萬元以上。

在冬夏季切換操作方面，雙反應器串聯方案僅需要開啟/關閉加氫降凝反應器R-102旁路閥門即可完成冬夏季工況切換；分餾塔切割方案則需要對低凝柴油切割塔的一系列附屬設備進行開/停工操作，工作量較大，但由于工況切換每年只需要進行兩次，同時操作難度不高，只要操作人員按照操作規程要求即可完成，不存在任何技術上的難度。

因此，綜合以上幾個方面的考慮，該裝置低凝柴油方案確定為分餾塔切割方案。

2.2 反應部分方案選擇

2.2.1 熱高分流程

反應產物從加氫反應器出來后，首先換熱至200～260℃，然后進入熱高壓分離器，熱高分氣冷卻至50℃后送至冷高壓分離器，熱高分油經過降壓送至熱低壓分離器；冷高壓分離器頂部氣體經過循環氫壓縮機升壓，返回到反應器入口循環使用，冷高分油經過降壓后送至冷低壓分離器；熱低分氣經過空氣冷卻器降溫后送至冷低壓分離器；冷低分油與熱低分油共同送至分餾部分進行產品精餾。熱高分流程見圖3。

圖3 熱高分流程簡圖Fig.3 Hot-high pressure separation flow diagram

2.2.2 冷高分流程

反應產物從加氫反應器出來后，經過換熱器和空冷器冷卻至50℃，然后送至冷高壓分離器，冷高壓分離器頂部氣體送至循環氫壓縮機升壓后返回到反應器入口循環使用，冷高分油降壓送至冷低壓分離器；冷低壓分離器頂部分離出冷低分氣送出裝置，下部冷低分油送至分餾部分進行產品精餾分離。

冷高分流程見圖4。

圖4 冷高分流程簡圖Fig.4 Cold-high pressure separation flow diagram

2.2.3 熱高分流程與冷高分流程的對比分析

以該裝置為例，對采用冷高分與熱高分流程分別進行了計算，根據計算結果，對比如下。

表2 熱高分流程與冷高分流程對比表Table2 Comparison between hot-high and cold-high pressure separation flow

從上表可以看出，裝置在采用熱高分流程時，雖然增加了熱高壓分離器和熱低壓分離器，但是高壓非標換熱器及高壓空冷器的數量有所減少；另一方面，熱高分流程新氫消耗量增加，循環氫純度降低，導致壓縮機負荷增加，但是增加幅度不大，對壓縮機機型的選擇影響很小。

同時，考慮到熱高分流程在能耗角度具有較大的優勢，并且熱高分流程的循環氫純度滿足催化劑要求，溶解在熱高分油中的氫氣經過閃蒸、脫硫后作為PSA裝置的進料，可以回收利用。

由于該裝置較為關注運行過程中的能耗水平，采用熱高分流程可達到較低的能耗，同時增加的投資較少，在可接受范圍內，因此最終確定采用熱高分流程。

2.3 分餾部分方案選擇

2.3.1 石腦油產品方案

根據對石腦油產品質量要求的不同，一般加氫裝置可以采用兩種方案。方案一設單塔，塔頂產酸性氣及石腦油，塔底產精制柴油，該方案流程簡單，便于操作，但石腦油H2S腐蝕不合格；方案二設雙塔，在第一臺塔頂脫除H2S酸性氣，第二臺塔頂產出石腦油，塔底產精制柴油，該方案石腦油腐蝕合格，但是較單塔流程的投資和能耗均有所提高[5]。方案一、方案二簡圖如圖5-6。

本裝置石腦油產量僅為0.73 t/h，占裝置進料的0.4%；同時，根據全廠流程安排，裝置石腦油作為重整原料，質量無嚴格要求。因此，從投資的經濟性和節約能量的角度出發，裝置不設專門的石腦油分餾塔，少量的酸性石腦油送至重整預加氫裝置脫硫后，作為重整裝置原料。即石腦油方案選用方案一。

圖5 方案一簡圖Fig.5 1thPlan diagram

圖6 方案二簡圖Fig.6 2thPlan diagram

2.3.2 低凝柴油產品方案

為滿足裝置夏季生產0號柴油、冬季抽出-35號低凝柴油的要求，可采用單塔側線流程或雙塔流程。

（1）單塔側線流程

單塔側線流程設單臺分餾塔和側線汽提塔，分餾塔入口設進料加熱爐，塔底用水蒸汽汽提。冬季工況下，來自反應部分的低分油通過進料加熱爐升溫，然后進入到分餾塔，分餾塔底通入汽提蒸汽，分餾塔塔頂產酸性氣和石腦油。側線抽出低凝柴油，剩余柴油從塔底流出；夏季工況下，來自反應部分的高分油無需加熱爐升溫，直接進入到分餾塔中，分餾塔底通入汽提蒸汽，塔頂產酸性氣和石腦油，塔底產精制柴油。流程簡圖見圖7。

圖7 單塔側線流程簡圖Fig.7 Single tower side-draw flow diagram

單塔側線流程設備相對較少，但由于冬季工況下需要側線抽出40%以上的低凝柴油，而夏季工況柴油全部從塔底流出，冬、夏季工況操作條件變化很大。分餾塔的設計以冬季工況為基礎，經過計算，夏季工況下大部分塔板負荷變化在10倍以上，無法操作，為使分餾塔能夠同時滿足冬、夏季工況生產的要求，則需要在夏季工況下增加塔板的氣液負荷，第一種方法是增加塔底汽提蒸汽量，第二種是開啟分餾塔進料加熱爐，兩種方案均使裝置能耗有所增加。

（2）雙塔流程

雙塔流程設置脫硫化氫汽提塔和產品分餾塔，來自反應部分的低分油直接進入脫硫化氫汽提塔，塔頂產酸性氣和石腦油，塔底產精制柴油；產品分餾塔設進料加熱爐，塔底用水蒸汽汽提，來自汽提塔的精制柴油經過加熱爐升溫后進入產品分餾塔，低凝柴油從分餾塔頂產出，精制柴油從塔底流出。夏季工況下，裝置只開汽提塔，分餾塔無進料，汽提塔底精制柴油作為0號柴油產品送出裝置；冬季工況下，兩塔同時操作，分餾塔塔頂生產低凝柴油，塔底產精制柴油。流程簡圖見圖8。

雙塔流程設備相對較多，脫硫化氫汽提塔冬夏季操作負荷沒有變化，產品分餾塔僅在冬季工況投用，兩塔不存在操作彈性方面的問題，也無需調整操作。在冬季工況下，分餾塔頂氣帶出較多熱量，可發生1.0 MPa蒸汽回收較多能量，但同時，塔頂蒸汽在發生蒸汽后還需要進入低溫熱水換熱器回收低溫熱量，再進入塔頂空冷器冷卻，為換熱器構架的設置和配管設計增加了一定的難度。

圖8 雙塔流程簡圖Fig.8 Twin Towers flow diagram

（3）兩套方案的對比與選擇

單塔側線流程與雙塔流程對比如表3。

表3 單塔側線流程與雙塔流程對比表Table3 Comparison between single tower side-draw and Twin Towers flow

從表3可以看出，雙塔流程雖然設備數量略多于單塔側線流程，導致設備投資稍高，但是能耗比單塔側線流程低得多，可以節約較多的運行成本，增加的設備投資可以在短期內回收；同時，雙塔流程冬、夏季工況切換無需調整關鍵設備操作參數，裝置能夠平穩過渡。

綜上所述，裝置低凝柴油產品方案采用雙塔流程。

3 結論

經過一系列工藝方案的對比與選擇，針對本該裝置得到結論如下：（1）冬夏季低凝柴油生產方案選定分餾塔切割方案，節約裝置投資，保證柴油生產的靈活性。

（2）反應部分采用熱高分流程，確保裝置更低的能耗；

（3）分餾部分設置脫硫化氫汽提塔及產品分餾塔，冬季投用產品分餾塔，生產-35號低凝柴油和0號柴油組分。

［1］郭林超,王立軍.柴油加氫脫硫技術的現狀與發展[J].中國化工貿易,2014,1（1）：332.

［2］馬麗,張登前,萬國賦,等.清潔柴油超深度加氫脫硫研究進展[J].工業催化,2004,14(增刊):1-2.

［3］王洪奎,王金亮,何冠偉,等.柴油加氫改制技術研究和進展[J].工業催化,2013,10(10):16-19.

［4］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.

［5］王宏奎.柴油加氫改質技術研究進展[J].工業催化,2013,(10).

中國農藥制劑發展方向高含量制劑將會受限

農藥是與時代發展關聯度最密切的產業之一。初始的制劑技術成形于20世紀50年代，為便于使用有機氯、有機磷等原料藥而開發了粉劑、可濕粉劑、乳油和水劑等基本劑型，此后又開發了一系列衍生劑型如粒劑、油劑、可溶液劑等，形成了傳統的農藥劑型體系或稱第一代制劑技術。農藥制劑技術隨著時代的前進而持續發展，20世紀70年代初開始了第2代制劑即環境友好劑型的系統研發。到目前為止，這兩代制劑技術支撐了所有成品農藥的產業化。21世紀初，綠色、生態農藥制劑技術即第3代制劑技術的研發起步。分析近10年來農藥制劑技術的研究動態，其發展走向初見端倪。

(1)目標：開發綠色、生態、安全的農藥制劑技術。

(2)思路：將過去以分散、潤濕、穩定為主線的研宄思路，進而轉變為以藥物的傳遞為主線開展研究，需要研發新的藥物傳導技術(New delivery technology)

(3)重點：由偏重新劑型的研發轉為對制劑組分的選優。

(4)組合創新：與高新技術相結合，引入新材料、新成果，開展多專業合作，如膜技術、納米材料技術、數字化控制技術等。

(5)評價體系：將風險評價列入常規的安全評價體系。

(6)項目設置：以提高制劑某種性能的條形項目為主開展研究，例如：提高藥效、低VOC、按需控制釋放、防飄移、防淋溶等。

Comparison and Selection of Diesel Hydrotreating Processes in the North Area of China

MENG Qing-wei,WANG Tie-gang,CHU Yu
（China Huanqiu Contracting&Engineering Corp.Liaoning Subcompany,Liaoning Fushun 113006,China）

The selection of diesel hydrotreating process in the north area of China was studied.According to the comparative analysis of the unit characteristics,the diesel production schemes in winter and summer were determined. After using the determined schemes,the product quality and energy consumption were in the advanced level in China. The paper can provide certain guidance and reference for the design of the diesel hydrogenation unit,especially in the cold regions.

Diesel hydrogenation;Low freezing diesel;Scheme selection

TE 624

A

1671-0460（2017）03-0467-04

2016-12-27

孟慶巍（1982-），男，遼寧省撫順市人，高級工程師，2005年畢業于大連理工大學化學工程與工藝專業，研究方向：石油化工工程設計。E-mail：mengqingwei@hqcec.com。