分析煤直接液化油加氢改质装置的节能降耗技术

黄勇(中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

通常的加氢裂化工艺，主要原料为高硫原油，其在石化企业中应用十分广泛，常用的加氢裂化工艺装置比较适合高硫原油，通过在较高的压力及催化剂的作用下，烃分子与氢气会发生裂解及加氢反应等相关的化学反应，进而生成分子量较小的化学物质，这个过程就是加氢裂化的过程，称为加氢裂化工艺。当压力大于10MPa，称为高压加氢裂化，当压力小于10MPa时，称为低压加氢裂化[1]。而神华集团加氢改质实质上是加氢精制与加氢裂化这两种工艺的串联组合，采用的是高压加氢改质工艺。加氢改质装置由于开工初期能耗较大，工艺方面的设计在细节方面不是很完善，因而需要经过一系列的改良，并通过投产运营以来的改善，最大限度的减少装置的能源和资源的浪费，使其在节能降耗方面成效显著。

1 装置概括

神华集团加氢改质装置由中国石化工程建设公司承担设计、采购和建设，于2007年全面建成。

作为神华煤液化项目中的一个主要生产装置，是深度改善加氢稳定油的质量，提高柴油十六烷值，以生产合格柴油(航煤)产品的必要手段，同时也生产芳潜含量高的石脑油产品。

设计原理是将原料通过加氢改质技术转化为清洁燃料，这个过程中提升了原料油的质量，以此来达到节能降耗的目的并同时改善了油品的颜色。这样一方面可以脱除油品中的硫、氮、氧等易形成能耗的杂质，另一方面能够使烯烃、芳烃等化学物质经过一系列复杂的化学反应，如芳烃及烯烃的加氢饱和、环烷烃开环等，之后生产出合格的柴油和石脑油馏分。这就需要实际中的氢分压及反应温度达到一定的高值，同时还需要保证较低的空速。所以工艺设计很重要，能生产出合格产品的同时，将尽量的降低装置的能源损耗和浪费，合理的利用资源，将企业效益最大化。

2 加氢改质装置工艺及节能设计

2.1 加氢改质装置的工艺流程图

液化项目加氢改质工艺流程如图所示。

液化项目的加氢改质装置的主要原料是煤液化生成油并经加氢稳定过的＞145℃的馏分油和部分轻烃回收装置来的石脑油，与循环氢气混合加热后分别进入加氢精制反应器和加氢改质反应器，经过加氢深度精制和改质，混氢油在催化剂的作用下，进行加氢脱氮、脱硫、脱氧、烯烃及芳烃加氢饱和等反应，使其所含的氮、硫、氧转化为硫化氢、氨气和水。反应油进过一些列的换热进入冷高分分离出氢气循环利用，高分油减压进入冷低分进一步油气水三相分离，低分油换热后作为分馏塔的进料进入分馏塔分馏，塔底产出大量的优质合格的低凝轻柴油。分馏塔顶分馏出的石脑油进入塔顶回流罐由泵打入石脑油稳定塔脱去含硫气体，生产出芳潜含量高的重石脑油，其硫、氮含量均低于0.5ppm，是非常好的重整原料[2]。本装置具有投资少、能耗低、产品质量好、生产方案灵活等优点，可以深度改善产品质量，减少对设备的损耗，以及降低了对大气的污染。

1—原料油罐2—反应加热炉3—加氢精制反应器4—加氢改质反应器5—高压换热器6—空冷器7—高压分离器8—低压分离器9—分馏塔10—塔顶罐11—石脑油稳定塔

2.2 加氢改质装置的技术特点

装置处理的原料油硫含量较低，且氮含量低，所以不需要专门设置循环氢脱硫设施，节约了成本。自常压分馏塔分出石脑油、航煤馏分和柴油产品,塔底用重沸炉直接加热，设置分馏塔重沸炉，优化了分馏部分换热流程，比传统的流程具有投资省、能耗低等特点。但是由于石脑油产品考虑直接外售，分馏部分采用分馏塔—石脑油稳定塔的流程，以脱除溶解的气体和H2S，以使产品合格。因装置不出液化气产品，气体组分去轻烃回收装置集中处理，这样节省了本装置设备上的投资，合理的利用了资源。

3 加氢改质装置具体节能措施

3.1 增加原料油预热系统

解决装置加工冷料时原料温度低的问题

3.1.1 改造原因

由于装置遇到非正常停车时柴油产品需要改不合格线送罐区储存，等到回炼加工罐区油时油的温度较低，在35℃到50℃之间，回炼加工罐区油流量大时与来的液化油145℃混合造成原料进料温度很快下降，反应进料泵为热油泵，原料温度过低将难以达到泵的操作条件，也加大了反应加热炉的负荷，造成加热炉燃料气的很大浪费，且加热炉炉管的温度上限有要求不能大于450℃，原料温度过低加热炉将满足不了反应温度的需求，所以经过设计协商增加一台罐区来原料油换热器来提高罐区来原料的温度。

3.1.2 改造内容图例

增加了一台罐区来原料油换热器，利用3.5MPa蒸汽给原料进行加热。

3.1.3 改造效果

利用3.5MPa蒸汽通过罐区来原料油加热器给罐区来原料加热，用控制阀控制少量的蒸汽量就可以大量的节约反应炉的燃料气，且蒸汽换热降压后可以进一步回收利用。加热后原料温度满足了正常的生产要求。

3.2 反应器注入冷氢控制阀增加副线阀

3.2.1 改造原因

在装置的首次开工过程中，反应器温升很大，现有冷氢控制阀全开后仍不能很好控制温升，阀门的开度限制了冷氢的流量，达不到操作要求。正常应该是冷氢流量在达到操作要求的情况下控制阀的开度保持在40%-60%，留有一定的余量，开度过大时冷氢余量将不足。如遇紧急情况反应器床层温升过快需要大量注入急冷氢时原设计满足不了操作要求，增加了操作的危险性，如处理不及时将发生飞温影响反应催化剂的使用寿命。冷氢的不足造成反应温升波动，也限制了装置油品加工处理量，油品产出少，且质量得不到保证，造成企业的收益降低。

3.2.2 改造内容图例

3.2.3 改造效果

冷氢控制阀增加副线阀后，合理的利用了冷氢量对反应器床层温度进行控制，避免了反应温升的波动，温升稳定使产出油品的质量得到了保证，创造了效益。经过实际的运行后，达到了很好的改造效果。

3.3 分馏塔底加热炉进料泵叶片改造

3.3.1 改造原因

分馏塔底加热炉进料泵作为油品分馏的关键设备，其泵出口流量不能持续的保持恒定，运行一段时间后出口流量会逐渐的下滑，下滑过程很慢，但流量下滑会对分馏塔底液位和温度造成波动，影响产品质量。流量过低时现场泵体噪音增大，加大泵体磨损，时间长了会损坏设备造成泄漏，另外此泵与塔底加热炉有连锁，泵出口流量低于下限会导致加热炉连锁，严重影响操作。经分析认为泵的叶片设计不合理，需要进行打磨。经过摸索对其中一台泵叶片打磨处理后进行观察，泵的出口流量得到很好的稳定。

3.3.2 改造前后流量趋势对比

3.3.3 改造效果

经改造后，流量得到稳定控制，避免了分馏塔底液位和温度的频繁波动，优化了操作，并节约了更换设备的资金，达到了节能降耗的效果。

3.4 石脑油稳定塔进料换热器与塔底重沸器改三通阀控制

3.4.1 改造原因

石脑油稳定塔进料换热器与塔底重沸器为石脑油稳定塔提供热源，影响塔的热量平衡和产品质量，在控制塔底以及塔顶温度的时候，即要使热源走换热器，还要使一部分热源走跨线，来调节换热介质温度。原设计在跨线设一控制阀，这样调节起来比较麻烦，还要经常需要外操去现场调节进入换热器的量，所以经与设计协商换为三通阀。

3.4.2 改造内容图例

3.4.3 改造效果

石脑油稳定塔进料换热器与塔底重沸器改为三通调节阀控制稳定塔进料温度和塔底温度后，石脑油稳定塔的温度控制比以前平稳很多，改造效果比较好。

4 结语

本文通过分析加氢改制装置的概况，讨论了加氢改质装置的节能降耗措施，并经实践检验收到了良好的效果。

[1]汪加海.柴油加氢改质装置的节能技术和挖潜措施[J].广东化工,2014（7）.

[2]康开通.煤直接液化加氢精制催化剂再生效果评价［J］.内蒙古石油化工，2014年.