蜡油加氢裂化装置氢耗的影响因素分析及措施

王东锋，黄琬淇，陈振军，董鹏涛，毛 威，董 标，钟文彬，王 伟，赵 亮

（中国石油广西石化公司，广西 钦州 535008）

1 装置概况

某公司加氢裂化装置采用美国UOP公司的Unicracking加氢裂化工艺技术，由美国UOP公司提供工艺包。装置由反应、分馏、脱硫和公用工程等组成，采用一段全循环加氢裂化工艺，以减压蜡油为原料，主要产品为石脑油、航空煤油、柴油及未转化油。少量的加氢裂化未转化油去重油催化裂化作为原料，冷低分气脱硫后，去PSA装置进行氢气提浓，含硫干气送至轻烃回收装置。

在炼油企业减亏增效的大形势下，降低氢耗对降低加工成本尤为重要。蜡油加氢处理装置的氢耗，在加工成本中所占的比例较大，为了降低蜡油加氢处理装置的氢耗，需要对其影响因素进行分析并提出改进建议，给车间的节能生产提供参考。

2 氢耗的影响因素

2.1 化学氢耗的影响因素

对2017年装置的月均氢耗进行统计，结果见图1。从图1可以看出，2017年，装置月均氢耗在8.3～9.35kg·t-1，氢耗为 6.07，与同类型装置相比，本装置的氢耗相对较低。装置的氢气消耗主要有以下几方面：反应耗氢、溶解损失、机械漏损、排放废氢。其中反应氢耗所占的比例最大，主要受到反应温度、系统压力、原料油密度和组分的影响。正常状况下，装置系统压力为14.7～14.9MPa，比较稳定，不是影响氢耗的因素。

图1 月均氢耗

2.1.1 原料油密度

反应温度为330℃，系统压力为14.7～14.9MPa，原料密度不同时的化学氢耗见表1。从表1可以看出，化学氢耗随原料油密度的增大而增大。原料油密度为891～908kg·m-3时，化学氢耗为5.15～6.95kg·t-1，产品蜡油中的硫质量分数为0.142%～0.158%，满足生产指标要求(≤0.160% )。原因是原料油的密度越大，馏分越重，反应需要脱去的氮和硫等组分越多。为保证产品质量，需要加大反应深度，氢耗因此增大。

表1 原料油密度对化学氢耗和产品中的硫含量的影响

2.1.2 原料油的硫含量

反应温度为330℃，系统压力为10.7～11.0MPa，原料油中的硫质量分数为0.674%～1.097%时，化学氢耗和产品中的硫含量数据见表2。从表2可以看出，化学氢耗随原料中硫含量的增大而增大。原料油中的硫质量分数为0.674%～1.097%时，化学氢耗为4.25～6.28 kg·t-1，产品中的硫质量分数为0.142%～0.158%，可满足生产指标要求(≤0.160% )。原因是当产品中的硫含量满足一定要求时，随着原料中硫含量的增加，单位质量原料油中需脱去的硫就越多，耗氢越多，因此化学氢耗越大。

表2 原料中的硫对化学氢耗和产品硫含量的影响

2.1.3 反应温度

原料油密度 (20℃ )为 895～897kg·m-3，系统压力为 14.7～14.9MPa，反应温度为 299～337℃时，装置的化学氢耗和产品中的硫含量见表3。从表 3可以看出，原料油密度相近时，化学氢耗随反应温度的升高而增大。反应温度为299～337℃时，化学氢耗为5.31～5.90 kg·t-1，产品中硫的质量分数为0.143%～0.158%，可满足生产指标要求(≤0.160% )。原因是温度升高，反应速度加快，单位时间内消耗的氢气较多，因此化学氢耗增大。

表3 反应温度对化学氢耗和产品硫的影响

2.2 溶解损失

氢气在循环过程中，有一部分会溶解在热高压分离器(简称热高分)和冷高压分离器(简称冷高分)的液相中，称之为溶解损失。相关研究文献指出[2-4]，热高分温度180℃和240℃是2个拐点。180℃左右，循环氢的体积分数最低，温度高于180℃后，随着温度的升高，循环氢的体积分数逐渐增加；温度超过240℃后，循环氢体积分数的增加趋势变缓。综合考虑循环氢浓度和设备的承受能力，装置的热高分温度应选择在240～260℃。对于冷高分，降低操作温度有利于提高氢纯度，但温度过低，高压空气冷却器及高压换热器的负荷较大，会导致能耗较大。综合考虑，冷高分的操作温度应控制在45～55℃。

2.3 机械漏损

蜡油加氢处理装置系统的压力高，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。比如加热炉出入口、高压换热器和反应器出入口等部位的法兰处，氢气温度最高，氢气中还混有同等温度的油气。这些部位的压力较高，生产过程中当温度或压力波动较大时，法兰与金属软钢密封环垫圈易因膨胀系数不同而导致氢气泄漏。在新氢压缩机区域，阀门和法兰面较多，开、停机的次数多，导致管线内的氢气压力波动大，也很容易造成氢气泄漏。

基于以上情况，为降低氢气的机械漏损，装置在开、停工过程中要精心操作，严禁超温超压，以保证生产安全。

2.4 排放废氢气

为维持循环系统的氢气纯度和硫化氢含量，当循环氢浓度过低时，生产上需要排放废氢气。氢气价格以人民币1.2×104元·t-1计算，排放量1000m3·h-1，一次排放废氢气按5h计算，则每次排放废氢气，会增加氢耗成本人民币6000元。同时，废氢气排放到原料加热炉，易引起加热炉波动，废氢气中的硫化氢也会对加热炉造成露点腐蚀。所以，装置的循环氢在满足生产的前提下，应尽量减少废氢气排放。

3 结论

1)化学氢耗主要受原料油密度、硫含量和反应温度的影响，且随三者的增加而变大，从而导致氢耗增加。原料油密度为 891～908 kg·m-3时，化学氢耗为5.15～6.95 kg·t-1；原料油的硫质量分数为0.674%～1.097% 时，化学氢耗为 4.25～6.28kg·t-1；反应温度为 299～337 ℃时，化学氢耗为 5.31～5.90 kg·t-1。

2)装置的热高分温度应控制在 240～260℃，冷高分的操作温度控制在45～55℃，以降低循环氢的溶解损失，降低氢耗。装置的循环氢在满足生产的前提下，应尽量减少废氢气的排放，生产过程中可定期闭灯，检查现场有无氢气泄漏。