气相加氢与液相加氢工艺在柴油加氢中的对比分析

＊武钊 蒙毅

（中国石化济南炼化公司 山东 250101）

气相加氢与液相加氢工艺在柴油加氢中的对比分析

＊武钊 蒙毅

（中国石化济南炼化公司 山东 250101）

简要概述了液相加氢技术，通过气相加氢与液相加氢这两种工艺在加工工艺、设备数量、操作条件等方面比较来阐述了液相加氢技术的优点及局限性，说明哪种工艺更适合、更有优势。

液相加氢；气相加氢；柴油脱硫；气液混合

为了满足国家不断提高的环保要求、提高油品的使用性能，全国汽柴油质量升级步伐加快，2017年1月成品柴油将实现国V标准。而加氢精制是提升柴油品质的最重要手段。传统的气相加氢进入反应器的是富含大量氢气的循环气与粗柴油，以确保柴油加氢反应完全进行。液相加氢技术循环的介质是进料的液相柴油组分，将反应用新氢溶解于其中，满足柴油加氢反应的需要。本研究旨在对比两种柴油加氢技术的优缺点，从而为指导工业实践提供理论依据。

目前，我国海外进口原油品质不高，其中重组分含量较多，原料油硫含量大，二次加工油总量多，柴油产品的安定性和使用效率受到硫、氮、芳烃和胶质等组分的影响。国内的加氢工艺已经较为成熟，但该工艺需在一定的氢分压下维持较高的氢油比，因而需要借用大量的循环氢用于相间传质、传热等程序，带来大量的动力消耗和资金投入。为了降低装置的能耗和投资，液相加氢工艺IsoTherming技术由工艺动力学公司(设在美国阿肯色州的技术开发公司)开发而成，于2003年首次实现商业化。杜邦在2007年8月并购了IsoTherming液相加氢处理技术。

1.气、液加氢工艺流程对比

(1)气相加氢工艺流程

气相加氢工艺作为一种传统技术，其反应器的主要型式为滴流床反应器，是固定床反应器的一种。氢气和原料柴油并流通过固体颗粒状催化剂床层，以进行气液固相反应。滴流床反应器常在加压下操作，以促进气液相的相互溶解。氢气和柴油在催化剂微孔内进行充分接触和加氢反应。滴流床反应器通常采用多段绝热式,在段间换热或补充冷氢以调节温度，反应器顶部设置分布器使液流均布，以保证催化剂颗粒的充分润湿。济南炼化160万吨/年柴油加氢为中国石化工程建设公司（SEI）设计，2011年9月3日一次开车成功；2014年9月装置进行RTS质量升级改造，以满足生产国IV和国V排放标准柴油的要求。其中两个加氢反应器都是典型的滴流床反应器，工艺流程见图1。

图1 济南炼化160万吨/年柴油气相加氢工艺流程图

(2)液相加氢工艺流程

将足量的氢气溶解在液相循环物料中，用以满足加氢反应的需要，所以液相循环加氢工艺不必设置氢气循环系统。当氢气溶解在原料油中进入反应器，省去了气液相之间的传质，消除了润湿因子的影响、反应器温度梯度降低，催化剂床层接近于等温操作。液相加氢同样能消除了反应热点，减少结碳，延长了催化剂使用的寿命。而且物料单向通过催化剂床层，催化剂床层温差小，加氢裂化反应少，液体收率高；同时使得工艺流程更加简单，投资也有大幅度降低。

一段液相加氢技术方案是液相加氢工艺中最典型的流程。这种工艺流程反应产物自加氢反应器产出后加压分离、分馏，取消高换、冷热高分、循环氢脱硫、循环氢压缩机系统。从装置的实际运行情况来看：这种技术加工用常三线直馏柴油少量掺入二次加工柴油的原料可以生产国IV柴油，也可以根据需要生产国V标准的车柴。

图2 一段液相加氢流程

2.气、液加氢工艺主要设备对比

表1 主要设备对比表

由表1可以看出，液相加氢技术的工艺流程中不含有冷高分、热高分、循环氢压缩机及前后分液罐、循环氢脱硫塔、高压空冷等设备，增加了反应循环泵和低压空冷。这样既降低了装置运行安全风险和设备维护的成本，也减少了占地面积和设备投资。此外，由于液相加氢反应器反应器床层较多，各床层间有气液分离空间，所以液相加氢反应器结构相对复杂。

3.气、液加氢操作条件对比

取济南炼化160万吨/年柴油加氢参数与安庆石化厂液相加氢的主要操作条件见对比表2。

序号 主要操作条件 济南160万 安庆液相加氢1进料量 130 230 2新氢量 10471 19000 3反应器入口总压/MPa(g) 6.9 9.2 4反应器进出口温度/℃ 328/358 359/374

表2 主要操作条件对比表

表3 原料及产品性质

上述两个装置生产能够满足国IV标准的柴油，采用的气相、液相加氢催化剂都是超深度脱硫催化剂RS-2000。由表中数据对比可以看出，当二次油掺炼量低时，液相加氢完全能满足国IV柴油的生产要求。

当柴油馏程超过340℃，二苯并噻吩类物质很难通过加氢精制将硫质量分数降低到10μg/g以下。直接脱硫氢气消耗增加，降低了反应系统中的有效氢浓度，影响液相柴油加氢深度脱硫效果。国内外常用的方式是通过提高催化剂的装填量，降低新鲜原料体积空速来实现。受现有反应器限制，液相柴油加氢质量升级通常需要增加第二反应器，并增加配套原料/二反产物换热器高压设备。

4.结束语

通过在工艺流程、设备数量及操作条件等方面的比较分析，可见液相加氢技术工艺流程简化，热量损失少，装置能耗低，是低成本实现油品质量升级的先进技术。近年来，液相加氢技术已在国内多套柴油加氢装置成功应用。但从国内的多套工业装置的使用情况来看，液相加氢工艺不适用于高氢耗、高氮油，尤其不能适应耗氢高的劣质二次加工柴油的深度加氢精制。对于原料主要是常三线直馏柴油，掺入少量焦柴或催柴的装置，生产国V标准的车用柴油，选择液相循环加氢工艺技术既节省投资又节约能源。因此，液相加氢与气相加氢手段各有优劣，可以根据装置实际工艺条件进行合理选择。

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[2]刘兵兵． SRH液相加氢技术在柴油加氢装置中的工业应用[J]．广东化工, 2013, 40(4):109-110．

[3]李哲, 康久常, 孟庆巍． 液相加氢技术进展[J]． 当代化工2012, 41(3):292-294．

[4]李大东． 加氢处理工艺与工程(精)[M]． 中国石化出版社, 2004．

[5]张志强．柴油液相加氢技术的工业应用．广东化工, 2015,10

武钊（1986．5～），男，中国石化济南炼化公司，研究方向：炼油技术．

蒙毅（1983．8～），中国石化济南炼化公司，研究方向：炼油技术．

(责任编辑 李鹏波)

Contrastive Analysis of Liquid Phase Hydrogenation and Gas Phase Hydrogenation in Diesel Fuels Hydrogenation

Wu Zhao, Meng Yi

（Sinopec Jinan Refining&Chemical Company, Shandong, 250101）

This paper takes a brief introduction of the liquid phase hydrogenation technology, through the contrast of gas phase hydrogenatio n and liquid phase hydrogenation in the aspects of processing technology, equipment quantity, operating conditions etc. it expounds the advantages an d limitations of liquid phase hydrogenation technology and show us which technology is more suitable and has more advantages.

liquid phase hydrogenation；gas phase hydrogenation；diesel fuels desulfurization；gas-liquid mixture

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