提高加氢裂化装置氢气利用率的探讨

张超（中石化股份天津分公司炼油部）

提高加氢裂化装置氢气利用率的探讨

张超（中石化股份天津分公司炼油部）

氢气利用率是中国石化总部加氢裂化装置达标竞赛排名的一项重要指标，近年来，随着总部节能减排力度的加大，各石化企业纷纷采取一系列措施降低装置能耗，效果显著，但降低氢气耗量，提高装置氢气利用率方面相比关注较少。加氢裂化装置降低氢气消耗，提高石脑油收率，是装置降低加工成本，提高经济效益的一项重要措施。本文对影响加氢裂化装置氢气利用率的因素进行分析，并以天津公司1.8Mt/a加氢裂化装置为例，对提高氢气利用率方面进行探讨。

加氢裂化；氢气利用率；化学氢耗；实际氢耗；措施

1 装置概况

天津炼油乙烯项目1.8Mt/a加氢裂化装置（以下简称2#加氢裂化装置），是以3#常减压装置减压蜡油为原料，采用单段串联一次通过的工艺流程，以生产尾油方案进行生产操作。主要产品轻石脑油作为汽油调和组分，重石脑油为催化重整装置提供原料，航空煤油作为优质喷气燃料出厂，柴油为优质低硫产品，加氢裂化尾油为乙烯装置提供原料。同时副产一部分液化气及酸性气送脱硫制硫装置。

该装置由中国石化工程建设公司（SEI）设计，采用抚研院（FRIPP）提供的FZC系列保护剂、FF-36精制剂和FC-32裂化剂。

该装置主要由反应单元、分馏单元、吸收稳定单元、压缩机单元、公用工程以及辅助系统等单元组成。其中反应单元可以分为原料预处理系统、原料升压系统、原料加热系统，反应器分离系统和循环氢脱硫系统等。

2 氢气利用率的计算方法及装置现状

2.1 氢气利用率的计算公式：

氢气利用效率=化学氢耗（%）/实际氢耗（%），

其中：化学氢耗（%）=0.0249×［轻石脑油收率（%）+重石脑油收率（%）］+1.4684；

实际氢耗（%）=耗氢量/加工量×100。

2.22#加氢裂化装置现状

本装置新氢来自制氢装置、重整装置、乙烯装置等混合氢气；炼厂加工原油种类较为复杂，主要有阿曼、沙轻、沙中、沙重、卡斯蒂利亚、科威特、巴士拉等。生产方案主要依据全厂油种的平衡，根据“宜芳则芳、宜烯则烯”的市场行情，主要有生产石脑油方案、尾油方案等。

2#加氢裂化装置氢气利用率在98%～108%之间，在总部同类装置达标竞赛中排名前列。造成装置氢气利用率月均波动较大的原因错综复杂，主要有原料性质、生产方案、装置处理量变化等，在此不详细分析。

3 影响氢气利用率的因素及调节措施

由计算公式可以看出，加氢裂化装置氢气利用率是由化学氢耗与实际氢耗比值得出的结果，提高氢气利用率的关键在于提高化学氢耗和降低装置实际氢耗。

3.1 化学氢耗

化学氢耗与加氢裂化装置的轻、重石脑油收率成正比，要提高装置的化学氢耗就要提高石脑油收率，提高石脑油收率主要有如下途径：

（1）规范原料性质。实践表明，在相同的反应条件下，加氢裂化装置加工原料变重，石脑油收率下降明显，尾油收率增加。如要提高石脑油收率，方法较多，最为常用的就是提高反应温度，但无论使用何种方法提高转化率，耗氢量均需增加。因此规范原料性质，确保原料性质在可控范围内，不仅可降低装置的耗氢量，更重要的是确保装置安全运行。

（2）控制合适的反应深度。炼厂在选择尾油方案时，加氢裂化装置不可将转化率控制过低，这样加大了分馏系统的操作难度，也降低了石脑油收率，不利于加氢裂化装置的氢气利用率。

（3）提高重石脑油与航煤组分的切割清晰度，将航煤中的重石脑油组分尽量拔净，也可增产重石脑油。

3.2 实际氢耗

加氢裂化装置的实际氢耗包括化学耗氢、溶解耗氢、设备泄漏损耗、排废氢四个方面［1］。下面逐一进行探讨。

（1）化学耗氢。加氢过程中大部分氢气消耗在化学反应上，即消耗在脱硫、氮、氧以及烯烃和芳烃饱和反应、加氢裂化和开环反应中。不同的反应过程、不同的进料化学组成和对产品质量的不同要求而导致的不同苛刻度，是影响化学耗氢量的主要因素，下面以2#加氢裂化装置为例，对化学耗氢着重探讨。

化学耗氢量与装置加工原料的种类和反应深度密切相关，对于加氢裂化装置，在装置规模和目的产品相同的情况下，以直馏蜡油做原料，同时掺炼催化柴油或焦化蜡油，其化学耗氢量较全部直馏蜡油进料要增加很多，这是因为催化柴油或焦化蜡油中多含不饱和烃类、硫氮含量，为饱和这部分烃类、降低产品中的硫氮含量，以满足清洁生产的要求，就要多消耗氢气。反应深度则取决于催化剂的性能和对产品质量的要求所设定的工艺条件。

实践证明，对于加氢裂化装置而言，原料油干点及硫、氮等杂质含量越高、其所需的反应温度就越高，所消耗的氢气量也就越大。实际生产中，反应温度较设计值高出较多，因为装置在实际生产中转化率较设计高（满足重整料），反应温度也相应提高，反应速率增加，故耗氢增加。因此反应温度是影响加氢裂化装置的氢气利用率的重要因素之一。

（2）溶解耗氢。溶解耗氢是指在高压下溶于加氢生成油中的氢气，在加氢生成油从高压分离器减压流入低压分离器时随油排出而造成的损失。这部分的损失与高压分离器的操作压力、温度和生成油的性质及气体（含氢气）的溶解度有关。

氢气是非极性分子，其溶解度随溶液温度升高而增加，2#加氢裂化装置采用热高分流程，采用此种流程优点是能耗降低，但溶解在低分气中的氢气增加，造成氢气损失，现炼厂工艺流程中，一般均设计膜分离吸附系统，回收这部分氢气。

（3）设备泄露损耗。泄漏氢气损耗是指管道或高压设备的法兰连接处及压缩机密封点等部位的泄漏损失，该泄漏量大小与设备制造和安装质量有关。主要的漏损出自新氢压缩机的运动部位，一般在开车前均经过试漏检查，因此泄漏量很小，一般设备漏损量取值为总循环氢量体积的1%～1.5%。

加氢裂化装置系统压力高，且原料油中含有腐蚀性杂质，运行过程中许多部位易出现氢气泄漏，也会增加装置的氢耗。例如，高压换热器出入口和反应器出入口及器壁法兰等部位，在实际生产操作时遇到大幅降量或系统压力大幅波动时，上述部位就会因法兰口与钢圈膨胀系数的不同，导致氢气泄漏。此外，新氢压缩机由于正常切换开停机次数较多，尤其在停机检修时，机体需泄压置换，此时造成氢气大量放空浪费。另外，节能降耗力度的增加，导致新氢机级间冷却器内漏现象频繁发生。

鉴于上述情况，为降低因设备泄漏或检修造成的氢气损失，要求装置操作人员精心操作，加强巡检质量，尽量减少压缩机级间冷却器循环水的调节，严禁超温超压，保证安全生产。同时加氢类装置应定期进行黑灯试验检查临氢系统是否存在净密封点的泄漏。

（4）排废氢。加氢裂化装置要求系统内循环氢纯度不低于85%，循环氢纯度低时，一方面直接影响系统的氢分压，增加氢气耗量；另一方面循环氢纯度降低，其中H2S，NH3等杂质增加，不利于装置的防腐工作。低于此值时需要排放废氢，加大新氢补充量。造成了可避免的氢气的损失。

目前炼厂加工原油品质日趋劣质，加氢裂化装置在设计时增加循环氢脱硫系统，维持较高的循环氢纯度，避免排废氢。

4 结语

①加氢裂化装置生产方案灵活，在催化剂性能固定的前提下，在以生产尾油方案操作时，所需的反应深度较低，实际耗氢量较少，此时应确保尾油产量，达到“够用即可”的原则，这样一方面避免了转化率过低导致的分馏操作难度加大，另一方面可提高装置的石脑油收率，从而提高化学氢耗，提高装置的氢气利用率。②加氢裂化装置应确保装置加工量，加强巡检力度及质量，保证新氢机的正常运转，定期进行装置的黑灯试验，减少临氢系统净密封点的泄漏，切实降低装置的实际耗氢量。③炼厂应设置氢气回收系统，以减少氢气溶解的大量损失。加氢裂化装置提高循环氢纯度，增加循环氢脱硫系统，避免或减少废氢的排放。

总之，提高氢气利用率对加氢裂化装置来说，无论经济效益还是安全运行都意义深远，应根据炼厂生产方案、选择合适的反应温度、保持循环氢纯度、减少净密封点泄漏，切实提高加氢裂化装置的氢气利用率，提高装置经济效益，确保装置“安稳长满优”运行。

［1］金德浩.加氢裂化装置技术问答［M］.中国石化出版社，2006.