液相加氢技术现状及发展前景

王 萌, 金月昶, 王铁刚, 李国萍

（1. 辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001； 2. 中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁 抚顺 113006;3. 中国石油抚顺石化公司石油三厂，辽宁 抚顺 113001）

随着环保法规日益严格，全球燃料清洁化的总趋势是汽油向低硫、低烯烃、低芳烃、低苯和低蒸汽压发展；柴油向低硫、低芳烃（主要是稠环芳烃）、低密度和高十六烷值发展。低硫和超低硫已成为今后清洁燃料的发展趋势[1]。目前，国内外的各种加氢精制技术已经比较成熟，为寻找一种更加简捷且满足节能减排要求的柴油生产新工艺，液相加氢技术便应运而生。

1 液相加氢技术

1.1 概 述

液相加氢技术将氢气溶解于原料油中来满足加氢反应所需氢气，取消传统的氢气循环系统，在反应器中为纯液相反应，没有氢气的传质，并通过液体循环以溶解足量的氢气，以满足加氢反应的需要[2]。

主要技术包括：杜邦公司的Iso Therming加氢技术、中石化洛阳院和抚研共同开发的SRH液相循环加氢技术 、中石化 SEI和北京石科院共同开发的液相循环加氢技术。

1.2 与常规加氢技术的不同

采用常规加氢技术，为满足产业升级的需要，应在工程上对装置加以改进，常规加氢技术提高油品质量改进方案见表1。

表1 常规加氢技术改进方案Table 1 Improvement program of conventional hydrogenation technology

通过表1可知，以上这些工程解决方案均对装置的投资或运行成本有不利影响，在炼油行业微利的时代，以上解决办法都不是最佳方案。

为了更好的进行液相加氢技术与常规加氢技术对比，下面以某炼厂220万t/a柴油加氢装置为例，对两个技术从工艺条件、主要公用工程消耗、主要设备和生产成本等方面的主要参数进行对比，见表2。

表2 主要参数对比Table 2 Comparison of main parameters

在常规加氢工艺过程中，通常采用较大的氢油体积比。反应后富余氢气经循环氢压缩机增压并与新氢混合后继续作为反应的氢气进料。循环氢压缩机的投资占整个加氢装置成本的比例较高，氢气换热系统能耗较大。

液相加氢技术较常规加氢技术在装置节能降耗方面具有较大优势，并且在改造常规柴油加氢装置生产超低硫柴油方面具有改动小、投资低等得天独厚的优势。采用液相加氢技术可以实现循环氢系统的作用，加氢装置在今后的发展中可能取消循环氢系统[3]。

2 Iso Therming液相加氢技术

2.1 工艺简介

Iso Therming技术的核心是能够通过饱和液体循环油提供反应需要的氢气，这样就不再需用循环氢压缩机。混合进料和循环物流与反应所需的全部氢气一起进入催化剂床层。流体在反应器中呈单一的液相。加氢处理过的液体循环油的作用是把所需要的氢气送到反应器中，也起到冷源的作用并实现更等温的反应条件。

2.2 工艺流程

工艺流程简图见图1。

图1 Iso Therming技术工艺流程简图Fig.1 Brief flow diagram of Iso Therming technology

2.3 Iso Therming液相的特点

1）反应器的氢气通过油循环来提供，氢气溶解在油里，反应器内无需氢气的传质过程，这加快了反应速率；

2）催化剂床层完全湿润，浸泡在油里。这使全部的催化剂活性中心可以被利用，降低了所需催化剂总量，反应器尺寸变小，并且可以减少催化剂局部失活/结焦，减少轻组分形成，减少柴油组分损失；

3）反应放热被大量循环油吸收，反应器温升比传统工艺低，反应器趋于向等温操作。

2.4 Iso Therming加氢技术特点

1）取消了复杂的循环氢系统，代之以简单的循环油系统

a)无需循环氢压缩机

b)无需冷、热高压分离器

c)无需高压胺液吸收系统对循环氢进行脱硫

d)安装2台循环油泵

2）反应器的形状可灵活设计

因为反应器内为全液相，所以，

a)反应器长径比不再受双相流动模型的限制

b)反应器的床层高度也不受双相流动模型的限制

c)反应器的壁厚可以降低，制造成本和制造周期大大减少

反应器的大小可以完全不受各种场地和运输条件的限制，采用Iso Therming技术可以降低装置总投资。

2.5 Iso Therming技术对比常规加氢技术

在常规加氢系统中，氢气与液体进行混合，并通过分配器，平衡地进入催化剂床层。随着反应发生，氢气从液体中耗去，必须从气相加以补充。反应速率受到液相中气相氢气传质的制约。

在新工艺中先用氢气使混合进料和之前已被加氢处理的液体循环物流饱和，从而改变了这一状况。混合进料和循环物流与反应所需的全部氢气一起进入催化剂床层。氢气呈液相以溶解氢形式进入反应器。

加氢过程中发生的绝大多数反应为高放热反应。被处理过的流体循环物流不仅可向反应器释出更多氢气，而且也作为热阱，利于吸收反应热，使反应器在更为等温的模式中运行。Iso Therming技术还能大大减少催化剂的结焦现象[4]。

3 SRH液相循环加氢技术

3.1 工艺简介

FRIPP开发的SRH液相循环加氢技术，可以通过液相产品大量循环时携带进反应系统的溶解氢来提供新鲜原料进行加氢反应所需要的氢气。这样不仅可以消除催化剂的润湿因子影响，大大提高催化剂的利用效率，而且反应器内进行全液相反应，原料油浸泡整个催化剂床层，不需要额外工艺设备来确保氢气与油混合，液相在催化剂上获得良好分散。另外，循环油的比热大，从而使催化剂床层接近等温操作，延长催化剂寿命，降低裂化等副反应，提高产品收率。

SRH液相循环加氢技术装置取消了循环氢压缩机系统、高压换热器、高压空冷器、高压分离器、循环氢脱硫塔，热量损失小，大幅度降低装置能耗。同时投资费用和操作费用均低，是低成本实现油品质量升级的较好技术。

3.2 工艺流程

工艺流程简图见图2。

3.3 主要创新点

1）开发了分两路循环的SRH液相循环加氢工艺技术；

2）采用反应器顶部排气和反应器出口流量控制液位的控制系统；

3）在反应器上部设置特殊内构件和排气设施。

4 结 语

经过对液相加氢技术的分析，以及液相加氢与常规加氢的对比可知：液相加氢技术与国内常规加氢技术在投资方面基本持平，而取消了循环氢系统的液相加氢技术电耗和蒸汽消耗都大幅下降，较常规加氢技术节约能耗20%以上。同时液相加氢系统高压设备相对较少，降低了设备维护成本和装置的运行安全风险。在工艺流程得到简化的基础上，液相加氢技术产品收率高于常规加氢技术。

液相加氢技术不仅可以应用于柴油加氢精制装置中，还可以拓展到煤油加氢精制、蜡油加氢处理以及低转化率的加氢裂化装置中，充分发挥其技术优势，拥有广阔的发展空间。

［1］李大东. 加氢处理工艺与工程[M]. 北京：中国石化出版社，2004:917-962.

［2］李哲，康久常，孟庆巍. 液相加氢技术进展[J]. 当代化工，2012,41(03):292-294.

［3］刘凯祥，李浩，孙丽丽,等.连续液相加氢技术工艺计算验证[J].石油炼制与化工，2012,43(07):67-70.

［4］杜邦公司购得炼油厂用超低硫柴油加氢新技术[G].石油商报，2007-09.

［5］宋永一，方向晨，刘继华.SRH液相循环加氢技术的开发及工业应用[J].化工进展，2012,31(01):240-246.