蠟油加氫裂化裝置氫耗的影響因素分析及措施

王東鋒，黃琬淇，陳振軍，董鵬濤，毛 威，董 標(biāo)，鐘文彬，王 偉，趙 亮

（中國(guó)石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

1 裝置概況

某公司加氫裂化裝置采用美國(guó)UOP公司的Unicracking加氫裂化工藝技術(shù)，由美國(guó)UOP公司提供工藝包。裝置由反應(yīng)、分餾、脫硫和公用工程等組成，采用一段全循環(huán)加氫裂化工藝，以減壓蠟油為原料，主要產(chǎn)品為石腦油、航空煤油、柴油及未轉(zhuǎn)化油。少量的加氫裂化未轉(zhuǎn)化油去重油催化裂化作為原料，冷低分氣脫硫后，去PSA裝置進(jìn)行氫氣提濃，含硫干氣送至輕烴回收裝置。

在煉油企業(yè)減虧增效的大形勢(shì)下，降低氫耗對(duì)降低加工成本尤為重要。蠟油加氫處理裝置的氫耗，在加工成本中所占的比例較大，為了降低蠟油加氫處理裝置的氫耗，需要對(duì)其影響因素進(jìn)行分析并提出改進(jìn)建議，給車間的節(jié)能生產(chǎn)提供參考。

2 氫耗的影響因素

2.1 化學(xué)氫耗的影響因素

對(duì)2017年裝置的月均氫耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，2017年，裝置月均氫耗在8.3～9.35kg·t-1，氫耗為 6.07，與同類型裝置相比，本裝置的氫耗相對(duì)較低。裝置的氫氣消耗主要有以下幾方面：反應(yīng)耗氫、溶解損失、機(jī)械漏損、排放廢氫。其中反應(yīng)氫耗所占的比例最大，主要受到反應(yīng)溫度、系統(tǒng)壓力、原料油密度和組分的影響。正常狀況下，裝置系統(tǒng)壓力為14.7～14.9MPa，比較穩(wěn)定，不是影響氫耗的因素。

圖1 月均氫耗

2.1.1 原料油密度

反應(yīng)溫度為330℃，系統(tǒng)壓力為14.7～14.9MPa，原料密度不同時(shí)的化學(xué)氫耗見(jiàn)表1。從表1可以看出，化學(xué)氫耗隨原料油密度的增大而增大。原料油密度為891～908kg·m-3時(shí)，化學(xué)氫耗為5.15～6.95kg·t-1，產(chǎn)品蠟油中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.142%～0.158%，滿足生產(chǎn)指標(biāo)要求(≤0.160% )。原因是原料油的密度越大，餾分越重，反應(yīng)需要脫去的氮和硫等組分越多。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要加大反應(yīng)深度，氫耗因此增大。

表1 原料油密度對(duì)化學(xué)氫耗和產(chǎn)品中的硫含量的影響

2.1.2 原料油的硫含量

反應(yīng)溫度為330℃，系統(tǒng)壓力為10.7～11.0MPa，原料油中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.674%～1.097%時(shí)，化學(xué)氫耗和產(chǎn)品中的硫含量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從表2可以看出，化學(xué)氫耗隨原料中硫含量的增大而增大。原料油中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.674%～1.097%時(shí)，化學(xué)氫耗為4.25～6.28 kg·t-1，產(chǎn)品中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.142%～0.158%，可滿足生產(chǎn)指標(biāo)要求(≤0.160% )。原因是當(dāng)產(chǎn)品中的硫含量滿足一定要求時(shí)，隨著原料中硫含量的增加，單位質(zhì)量原料油中需脫去的硫就越多，耗氫越多，因此化學(xué)氫耗越大。

表2 原料中的硫?qū)瘜W(xué)氫耗和產(chǎn)品硫含量的影響

2.1.3 反應(yīng)溫度

原料油密度 (20℃ )為 895～897kg·m-3，系統(tǒng)壓力為 14.7～14.9MPa，反應(yīng)溫度為 299～337℃時(shí)，裝置的化學(xué)氫耗和產(chǎn)品中的硫含量見(jiàn)表3。從表 3可以看出，原料油密度相近時(shí)，化學(xué)氫耗隨反應(yīng)溫度的升高而增大。反應(yīng)溫度為299～337℃時(shí)，化學(xué)氫耗為5.31～5.90 kg·t-1，產(chǎn)品中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.143%～0.158%，可滿足生產(chǎn)指標(biāo)要求(≤0.160% )。原因是溫度升高，反應(yīng)速度加快，單位時(shí)間內(nèi)消耗的氫氣較多，因此化學(xué)氫耗增大。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)化學(xué)氫耗和產(chǎn)品硫的影響

2.2 溶解損失

氫氣在循環(huán)過(guò)程中，有一部分會(huì)溶解在熱高壓分離器(簡(jiǎn)稱熱高分)和冷高壓分離器(簡(jiǎn)稱冷高分)的液相中，稱之為溶解損失。相關(guān)研究文獻(xiàn)指出[2-4]，熱高分溫度180℃和240℃是2個(gè)拐點(diǎn)。180℃左右，循環(huán)氫的體積分?jǐn)?shù)最低，溫度高于180℃后，隨著溫度的升高，循環(huán)氫的體積分?jǐn)?shù)逐漸增加；溫度超過(guò)240℃后，循環(huán)氫體積分?jǐn)?shù)的增加趨勢(shì)變緩。綜合考慮循環(huán)氫濃度和設(shè)備的承受能力，裝置的熱高分溫度應(yīng)選擇在240～260℃。對(duì)于冷高分，降低操作溫度有利于提高氫純度，但溫度過(guò)低，高壓空氣冷卻器及高壓換熱器的負(fù)荷較大，會(huì)導(dǎo)致能耗較大。綜合考慮，冷高分的操作溫度應(yīng)控制在45～55℃。

2.3 機(jī)械漏損

蠟油加氫處理裝置系統(tǒng)的壓力高，且原料油中含有腐蝕性雜質(zhì)，運(yùn)行過(guò)程中許多部位易出現(xiàn)氫氣泄漏，也會(huì)增加裝置的氫耗。比如加熱爐出入口、高壓換熱器和反應(yīng)器出入口等部位的法蘭處，氫氣溫度最高，氫氣中還混有同等溫度的油氣。這些部位的壓力較高，生產(chǎn)過(guò)程中當(dāng)溫度或壓力波動(dòng)較大時(shí)，法蘭與金屬軟鋼密封環(huán)墊圈易因膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致氫氣泄漏。在新氫壓縮機(jī)區(qū)域，閥門和法蘭面較多，開(kāi)、停機(jī)的次數(shù)多，導(dǎo)致管線內(nèi)的氫氣壓力波動(dòng)大，也很容易造成氫氣泄漏。

基于以上情況，為降低氫氣的機(jī)械漏損，裝置在開(kāi)、停工過(guò)程中要精心操作，嚴(yán)禁超溫超壓，以保證生產(chǎn)安全。

2.4 排放廢氫氣

為維持循環(huán)系統(tǒng)的氫氣純度和硫化氫含量，當(dāng)循環(huán)氫濃度過(guò)低時(shí)，生產(chǎn)上需要排放廢氫氣。氫氣價(jià)格以人民幣1.2×104元·t-1計(jì)算，排放量1000m3·h-1，一次排放廢氫氣按5h計(jì)算，則每次排放廢氫氣，會(huì)增加氫耗成本人民幣6000元。同時(shí)，廢氫氣排放到原料加熱爐，易引起加熱爐波動(dòng)，廢氫氣中的硫化氫也會(huì)對(duì)加熱爐造成露點(diǎn)腐蝕。所以，裝置的循環(huán)氫在滿足生產(chǎn)的前提下，應(yīng)盡量減少?gòu)U氫氣排放。

3 結(jié)論

1)化學(xué)氫耗主要受原料油密度、硫含量和反應(yīng)溫度的影響，且隨三者的增加而變大，從而導(dǎo)致氫耗增加。原料油密度為 891～908 kg·m-3時(shí)，化學(xué)氫耗為5.15～6.95 kg·t-1；原料油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.674%～1.097% 時(shí)，化學(xué)氫耗為 4.25～6.28kg·t-1；反應(yīng)溫度為 299～337 ℃時(shí)，化學(xué)氫耗為 5.31～5.90 kg·t-1。

2)裝置的熱高分溫度應(yīng)控制在 240～260℃，冷高分的操作溫度控制在45～55℃，以降低循環(huán)氫的溶解損失，降低氫耗。裝置的循環(huán)氫在滿足生產(chǎn)的前提下，應(yīng)盡量減少?gòu)U氫氣的排放，生產(chǎn)過(guò)程中可定期閉燈，檢查現(xiàn)場(chǎng)有無(wú)氫氣泄漏。