渣油加氫處理過程中氫分壓對雜質(zhì)脫除率的影響

郭曉雷 劉凱 林誠良（中國石油四川石化責(zé)任有限公司 四川 彭州 611930）

在加氫精制過程中，維持較高的氫分壓，有利于抑制縮合生焦反應(yīng)。為此，加氫過程中所用的氫油比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化學(xué)反應(yīng)所需的數(shù)值。大量的循環(huán)氫和冷氫，可以提高反應(yīng)系統(tǒng)的熱容量，從而減少反應(yīng)溫度變化的幅度，以及把大量的反應(yīng)熱帶出反應(yīng)器，緩和反應(yīng)器催化劑床層的溫升，從而增加催化劑使用的溫度范圍。增大氫油比雖然有多方面的有利條件，但是卻增加了動力消耗和操作費(fèi)用[1]。

一、影響氫分壓的因素

影響氫分壓的因素是多方面的，主要包括：系統(tǒng)總壓力、新氫組成、高分氣的排放量、高壓分離器的操作溫度、氫氣的消耗、循環(huán)氫流量。

1.系統(tǒng)總壓力

從氫分壓的定義中可知，氫分壓與反應(yīng)器入口壓力成正比。為了使氫分壓達(dá)到最大值，反應(yīng)器入口壓力盡量接近設(shè)計值，在裝置壓力偏低時可通過提高新氫量來增加系統(tǒng)壓力，壓力偏高時則適當(dāng)降低新氫量或增加排放高分氣量。一般可通過維持設(shè)計的壓縮機(jī)吸入口壓力來保持系統(tǒng)總壓不變。

2.高分氣的排放

一般加氫裝置安裝了高壓放空系統(tǒng)，可用來限制循環(huán)氣流中的硫化氫、輕烴氣體和惰性氣體的積累。增加高分氣的排放量意味著有更多的高純度新氫補(bǔ)入高壓系統(tǒng)，硫化氫、輕烴和惰性氣體組分的濃度降低，循環(huán)氣中的氫濃度增加，氫分壓增高。相反，減少高分尾氣排放量時氫分壓降低。在裝置設(shè)計時，一般對循環(huán)氫純度有一定的限制指標(biāo)，因此當(dāng)循環(huán)氣中的氫氣純度低于設(shè)計值時需排放一定量的高分氣。

3.高分的操作溫度

在同一溫度下，氫在油中的溶解度隨壓力增高而直線增大，這符合一般氣體在液體中的溶解度和壓力的關(guān)系規(guī)律。但是，當(dāng)壓力恒定時，特別在較高的壓力下，氫在油中的溶解度隨溫度升高也增加，高壓高溫下氫在油中的溶解度可高達(dá)50%(摩爾比)。氫的這種溶解度-溫度規(guī)律反常于一般氣體(如甲烷)在油中的溶解度-溫度規(guī)律。氫氣和輕烴的溶解度-溫度規(guī)律相反，輕烴中甲烷的溶解度最低，隨分子量增大，溶解度增加。當(dāng)高分溫度上升時，氫氣在油中的溶解度增加，而輕烴的溶解度下降，循環(huán)氫純度下降，氫分壓下降。

4.循環(huán)氣流量

循環(huán)氣流量對加氫過程的影響是多方面的，在后面再作詳細(xì)討論，此處，敘述其對氫分壓的影響。循環(huán)氫流量大小對氫分壓的影響體現(xiàn)在反應(yīng)器內(nèi)油氣分壓的變化上。由于反應(yīng)器內(nèi)溫度高，有部分原料油汽化。因此，反應(yīng)器的壓力可以認(rèn)為由下列幾部分的分壓構(gòu)成：①氫氣；②油氣，包括反應(yīng)器入口氣體中所含烴類和原料油汽化出來的氣態(tài)烴類；③硫化氫；④氨；⑤水分[2]。

二、渣油加氫處理過程中氮分壓對雜質(zhì)脫除率的影響

加氫裂化特別是在壓力比較高時，是一種能在重油輕質(zhì)化的同時，柴油產(chǎn)品質(zhì)量可直接滿足清潔柴油標(biāo)準(zhǔn)的工藝技術(shù)。雖然提高氫分壓時可顯著地促進(jìn)加氫脫氮、芳烴加氫飽和、加氫裂化等反應(yīng)的進(jìn)行，但同時氫耗和反應(yīng)熱明顯增加，催化劑床層溫升增加。在考慮采用較高氫分壓時，需要分析新氫量的供給、系統(tǒng)壓力的平穩(wěn)及冷氫量的調(diào)節(jié)等是否具備，還要考慮到催化劑的合理使用壽命。綜上所述，氫分壓對加氫過程的影響可以得出以下幾點(diǎn)基本結(jié)論：

①氫分壓與物料組成和性質(zhì)、反應(yīng)條件、過程氫耗和總壓等因素有關(guān)。②隨著氫分壓的提高，脫硫率、脫氮率、芳烴加氫飽和轉(zhuǎn)化率也隨之增加。③對于V G O原料而言，在其他參數(shù)相對不變的條件下，氫分壓對裂化轉(zhuǎn)化深度產(chǎn)生正的影響。④重質(zhì)餾分油的加氫裂化，當(dāng)轉(zhuǎn)化率相同時，其產(chǎn)品的分布基本與壓力無關(guān)。⑤反應(yīng)氫分壓是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù)，特別是產(chǎn)品中的芳烴含量與反應(yīng)氫分壓有很大的關(guān)系。⑥反應(yīng)氫分壓對催化劑失活速度也有很大影響，過低的壓力將導(dǎo)致催化劑快速失活而不能長期運(yùn)轉(zhuǎn)。目前工業(yè)上裝置的操作壓力一般在7.0～20.0 Mpa之間[3]。

作為溶劑脫瀝青裝置原料的減壓渣油，其濃縮程度對脫瀝青油的收率和溶劑比等有直接影響。而渣油的濃縮程度取決于減壓蒸餾的拔出程度。減壓的拔出率高，則含油少。減壓渣油的拔出程度可以用減壓渣油中500℃以前餾分含量、密度、軟化點(diǎn)等指標(biāo)表示。減壓渣油中油的含量對分離膠質(zhì)、瀝青質(zhì)所需要的最低溶劑用量有很大影響。減壓渣油中油含量高時，為使膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分離的最低溶劑用量就高，而且溶解了較多油分的溶劑選擇性變差，對沉淀膠質(zhì)、瀝青質(zhì)不利。所以，在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)料過輕時，造成抽提塔分相不清，塔底界面不清，操作困難。

三、提高渣油加氫處理過程中氫分壓的措施

提高反應(yīng)壓力不僅提高了HD N和HD A的反應(yīng)速度，而且也提高了芳烴加氫飽和的平衡轉(zhuǎn)化率。隨著反應(yīng)壓力的升高，芳烴加氫飽和率增加，達(dá)到最大飽和率的最佳反應(yīng)溫度也隨之向高溫區(qū)移動。因此，對于芳烴的加氫飽和工藝，提高壓力操作不僅可以提高芳烴的脫除率，而且也擴(kuò)大了為了彌補(bǔ)催化劑失活所需的升溫操作范圍，延長了催化劑的操作周期。①提高整個系統(tǒng)的壓力；②提高補(bǔ)充氫的純度；③提高循環(huán)氫的流量；④提高循環(huán)氫的純度；⑤提高廢氫的排放量；⑥減少低分氣去新氫機(jī)入口的量[4]。

結(jié)論

綜合上述分析，選用加氫裂化裝置生產(chǎn)特定的目的產(chǎn)品時，必須保證一定的氫分壓。補(bǔ)充氫的純度對氫分壓的影響很大，因此，節(jié)省裝置投資的關(guān)鍵在于選用高純度的補(bǔ)充氫。氫油比的增加對氫分壓、產(chǎn)品產(chǎn)率及裝置的傳熱都有良性影響。但氫油比增加到一定值時，對改善裝置的操作條件影響不大，甚至?xí)喾吹卦黾友b置的壓降及動力消耗，產(chǎn)生負(fù)影響。因此，對加氫裂化裝置來說，氫油比為該裝置的化學(xué)氫耗的4～5倍是最為經(jīng)濟(jì)合理的。

[1]袁燦，方向晨，孫素華，等.渣油加氫催化劑金屬沉積的研究進(jìn)展[J].工業(yè)催化，2014，03：181-186.

[2]夏恩冬，呂倩，董春明，等.固定床渣油加氫處理催化劑發(fā)展現(xiàn)狀[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2014，02：41-45.

[3]楊燕.渣油加氫原料性質(zhì)的影響及優(yōu)化[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2014，04：49-50.

[4]孫昱東，楊朝合，谷志杰.反應(yīng)時間對渣油加氫反應(yīng)過程的影響[J].煉油技術(shù)與工程，2013，07：8-11.

[5]孫昱東，谷志杰，楊朝合.不同催化劑對渣油加氫反應(yīng)產(chǎn)物分布的影響[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報，2013，03：9-12.