渣油加氢处理过程中氢分压对杂质脱除率的影响

郭晓雷 刘凯 林诚良（中国石油四川石化责任有限公司 四川 彭州 611930）

在加氢精制过程中，维持较高的氢分压，有利于抑制缩合生焦反应。为此，加氢过程中所用的氢油比远远超过化学反应所需的数值。大量的循环氢和冷氢，可以提高反应系统的热容量，从而减少反应温度变化的幅度，以及把大量的反应热带出反应器，缓和反应器催化剂床层的温升，从而增加催化剂使用的温度范围。增大氢油比虽然有多方面的有利条件，但是却增加了动力消耗和操作费用[1]。

一、影响氢分压的因素

影响氢分压的因素是多方面的，主要包括：系统总压力、新氢组成、高分气的排放量、高压分离器的操作温度、氢气的消耗、循环氢流量。

1.系统总压力

从氢分压的定义中可知，氢分压与反应器入口压力成正比。为了使氢分压达到最大值，反应器入口压力尽量接近设计值，在装置压力偏低时可通过提高新氢量来增加系统压力，压力偏高时则适当降低新氢量或增加排放高分气量。一般可通过维持设计的压缩机吸入口压力来保持系统总压不变。

2.高分气的排放

一般加氢装置安装了高压放空系统，可用来限制循环气流中的硫化氢、轻烃气体和惰性气体的积累。增加高分气的排放量意味着有更多的高纯度新氢补入高压系统，硫化氢、轻烃和惰性气体组分的浓度降低，循环气中的氢浓度增加，氢分压增高。相反，减少高分尾气排放量时氢分压降低。在装置设计时，一般对循环氢纯度有一定的限制指标，因此当循环气中的氢气纯度低于设计值时需排放一定量的高分气。

3.高分的操作温度

在同一温度下，氢在油中的溶解度随压力增高而直线增大，这符合一般气体在液体中的溶解度和压力的关系规律。但是，当压力恒定时，特别在较高的压力下，氢在油中的溶解度随温度升高也增加，高压高温下氢在油中的溶解度可高达50%(摩尔比)。氢的这种溶解度-温度规律反常于一般气体(如甲烷)在油中的溶解度-温度规律。氢气和轻烃的溶解度-温度规律相反，轻烃中甲烷的溶解度最低，随分子量增大，溶解度增加。当高分温度上升时，氢气在油中的溶解度增加，而轻烃的溶解度下降，循环氢纯度下降，氢分压下降。

4.循环气流量

循环气流量对加氢过程的影响是多方面的，在后面再作详细讨论，此处，叙述其对氢分压的影响。循环氢流量大小对氢分压的影响体现在反应器内油气分压的变化上。由于反应器内温度高，有部分原料油汽化。因此，反应器的压力可以认为由下列几部分的分压构成：①氢气；②油气，包括反应器入口气体中所含烃类和原料油汽化出来的气态烃类；③硫化氢；④氨；⑤水分[2]。

二、渣油加氢处理过程中氮分压对杂质脱除率的影响

加氢裂化特别是在压力比较高时，是一种能在重油轻质化的同时，柴油产品质量可直接满足清洁柴油标准的工艺技术。虽然提高氢分压时可显著地促进加氢脱氮、芳烃加氢饱和、加氢裂化等反应的进行，但同时氢耗和反应热明显增加，催化剂床层温升增加。在考虑采用较高氢分压时，需要分析新氢量的供给、系统压力的平稳及冷氢量的调节等是否具备，还要考虑到催化剂的合理使用寿命。综上所述，氢分压对加氢过程的影响可以得出以下几点基本结论：

①氢分压与物料组成和性质、反应条件、过程氢耗和总压等因素有关。②随着氢分压的提高，脱硫率、脱氮率、芳烃加氢饱和转化率也随之增加。③对于V G O原料而言，在其他参数相对不变的条件下，氢分压对裂化转化深度产生正的影响。④重质馏分油的加氢裂化，当转化率相同时，其产品的分布基本与压力无关。⑤反应氢分压是影响产品质量的重要参数，特别是产品中的芳烃含量与反应氢分压有很大的关系。⑥反应氢分压对催化剂失活速度也有很大影响，过低的压力将导致催化剂快速失活而不能长期运转。目前工业上装置的操作压力一般在7.0～20.0 Mpa之间[3]。

作为溶剂脱沥青装置原料的减压渣油，其浓缩程度对脱沥青油的收率和溶剂比等有直接影响。而渣油的浓缩程度取决于减压蒸馏的拔出程度。减压的拔出率高，则含油少。减压渣油的拔出程度可以用减压渣油中500℃以前馏分含量、密度、软化点等指标表示。减压渣油中油的含量对分离胶质、沥青质所需要的最低溶剂用量有很大影响。减压渣油中油含量高时，为使胶质、沥青质分离的最低溶剂用量就高，而且溶解了较多油分的溶剂选择性变差，对沉淀胶质、沥青质不利。所以，在实际生产中进料过轻时，造成抽提塔分相不清，塔底界面不清，操作困难。

三、提高渣油加氢处理过程中氢分压的措施

提高反应压力不仅提高了HD N和HD A的反应速度，而且也提高了芳烃加氢饱和的平衡转化率。随着反应压力的升高，芳烃加氢饱和率增加，达到最大饱和率的最佳反应温度也随之向高温区移动。因此，对于芳烃的加氢饱和工艺，提高压力操作不仅可以提高芳烃的脱除率，而且也扩大了为了弥补催化剂失活所需的升温操作范围，延长了催化剂的操作周期。①提高整个系统的压力；②提高补充氢的纯度；③提高循环氢的流量；④提高循环氢的纯度；⑤提高废氢的排放量；⑥减少低分气去新氢机入口的量[4]。

结论

综合上述分析，选用加氢裂化装置生产特定的目的产品时，必须保证一定的氢分压。补充氢的纯度对氢分压的影响很大，因此，节省装置投资的关键在于选用高纯度的补充氢。氢油比的增加对氢分压、产品产率及装置的传热都有良性影响。但氢油比增加到一定值时，对改善装置的操作条件影响不大，甚至会相反地增加装置的压降及动力消耗，产生负影响。因此，对加氢裂化装置来说，氢油比为该装置的化学氢耗的4～5倍是最为经济合理的。

[1]袁灿，方向晨，孙素华，等.渣油加氢催化剂金属沉积的研究进展[J].工业催化，2014，03：181-186.

[2]夏恩冬，吕倩，董春明，等.固定床渣油加氢处理催化剂发展现状[J].精细石油化工进展，2014，02：41-45.

[3]杨燕.渣油加氢原料性质的影响及优化[J].化工技术与开发，2014，04：49-50.

[4]孙昱东，杨朝合，谷志杰.反应时间对渣油加氢反应过程的影响[J].炼油技术与工程，2013，07：8-11.

[5]孙昱东，谷志杰，杨朝合.不同催化剂对渣油加氢反应产物分布的影响[J].石油化工高等学校学报，2013，03：9-12.