導語：循環(huán)氫系統(tǒng)工藝設計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文工藝設計的煤焦油加氫裝置（進料規(guī)模62.5t/h）的原料是經(jīng)過脫渣、脫鹽、脫水、脫金屬等預處理后的中低溫煤焦油全餾分油（規(guī)格見表1），采用固定床兩段加氫處理工藝，在高溫、高壓和臨氫條件下，經(jīng)過加氫精制和加氫改質(zhì)技術，將煤焦油所含的金屬雜質(zhì)、灰分和S、N、O等雜原子脫除，生產(chǎn)附加值較高的石腦油和柴油等主要產(chǎn)品。來自三相（油、氣、水）精制和改質(zhì)冷高壓分離系統(tǒng)的循環(huán)氫經(jīng)混合后經(jīng)壓縮機升壓至17.1MPa，一部分循環(huán)氫作為控制反應床層溫度的冷氫。另一部分循環(huán)氫與補充的新氫混合，經(jīng)換熱升溫后作為反應循環(huán)氫送至反應系統(tǒng)。循環(huán)氫緩沖罐出口管線設有流量控制的放空系統(tǒng)，用于去除反應副產(chǎn)的不凝性輕組分，以保證循環(huán)氫濃度。反應的催化劑是由撫順石油化工研究院研制生產(chǎn)的煤焦油加氫催化劑。

1氫耗

根據(jù)文獻，計算氫耗可分為化學氫耗、溶解氫耗、泄漏氫耗和排放氫耗?；瘜W氫耗：加氫精制反應的化學氫耗為[10-11]烯烴加氫飽和、加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫氧。加氫改質(zhì)的化學氫耗目的是使得未轉化油進一步裂化成改質(zhì)輕組分，提高輕油收率。遵從催化劑研究廠家提供的數(shù)據(jù)，裝置的總化學氫耗取原料量的7%~7.7%。工藝設計時取最大值，化學氫耗為52500Nm3/h。溶解氫耗：溶解氫耗是在高壓下溶于油中的氣體在減壓時排出，這部分氫耗與高壓分離器的操作壓力、溫度和生成油的性質(zhì)、氣體的溶解度有關。近似估算，取10Nm3/m3原料油，溶解氫耗設定為680Nm3/h。泄漏氫耗：管道或高壓設備的法蘭連接處及循環(huán)氫壓縮機運動部位等設備漏損，取1~15Nm3/m3原料油。工藝設計時取最大值，裝置泄漏氫耗為1020Nm3/h。排放氫耗：為維持循環(huán)氫濃度而排放出一部分循環(huán)氫，可取5~10Nm3/m3原料油。工藝設計時取最大值，裝置排放氫耗為680Nm3/h。上述項加和，裝置工藝設計總氫耗設定為54880Nm3/h，該氫耗需要新氫來補充。

2循環(huán)氫出口壓力

循環(huán)氫緩沖罐的出口壓力為整個反應系統(tǒng)的壓力控制點，壓縮機的出口壓力應滿足加氫精制和加氫改質(zhì)反應器所需的最大壓力，考慮到壓縮機出口到反應器入口的管道、閥門閥件、儀表等的壓力損失，出口壓力工藝設計設置為17.10MPa。

3結果與討論

裝置已建成并處于運行初期。反應器及循環(huán)氫壓縮機的工藝設計參數(shù)和現(xiàn)場運行（運行2個月）參數(shù)見表2。由表2可知，裝置運轉初期時，加氫精制反應器和加氫改質(zhì)反應器的操作溫度和操作壓力均比工藝設計值略低，這主要是催化劑在運轉初期時活性較好，反應溫度適當?shù)鸵恍?。但是在運轉后期，由于催化劑表面積碳增加，催化劑活性下降，為了保持一定的加氫深度，反應溫度就要逐步提高一些。加氫精制和加氫改質(zhì)是一個大量放熱的反應過程。反應溫度增加則反應速度加快，釋放出來的反應熱也相應增加，因此，在各床層注入冷氫來控制催化劑床層溫度，以保護催化劑。反應壓力的實際因素是氫分壓。氫分壓提高，可促進加氫精制與改質(zhì)反應的進行，減少結焦，保持催化劑活化，提高催化劑的穩(wěn)定性。研究表明，反應壓力在12~14MPa增加時，產(chǎn)品的密度、硫含量、氮含量和殘?zhí)己拷档洼^快，轉化率較高，但是隨著反應壓力繼續(xù)升高，數(shù)據(jù)變化不明顯。裝置的工藝設計和初期運行的反應壓力不同（均大于14MPa），對加氫產(chǎn)物的分布影響不大。運轉初期時，催化劑活性較好，床層壓降較小，所需反應器入口壓力可低些，因此壓縮機出口壓力較低，氫分壓就較低，補充的新氫消耗為48000Nm3/h，與裝置的工藝設計值相比較，誤差14%。運轉后期時，由于催化劑表面積碳增加，催化劑活性下降，床層壓降較大，反應器入口壓力增大，壓縮機出口壓力升高，氫分壓升高，所需的新氫量將升高。工藝設計時，反應器和壓縮機的設計參數(shù)是根據(jù)催化劑廠家提供的運轉初、末期等不同工況提供的實驗參數(shù)，同時，考慮不同運行時期催化劑的活性和反應器床層壓降等，反應器的操作壓力、循環(huán)氫壓縮機出口壓力、新氫壓縮機的流量應設置的略高。根據(jù)項目規(guī)模、產(chǎn)品方案、工藝參數(shù)以及業(yè)主傾向等，可以選用精制加氫反應和改質(zhì)加氫反應各用一套循環(huán)氫系統(tǒng)（兩套循環(huán)氫系統(tǒng)），也可以共用一套循環(huán)氫系統(tǒng)。根據(jù)裝置循環(huán)氫壓縮機進出口壓力、壓比、流量、以及以往項目經(jīng)驗，當采用兩套循環(huán)氫系統(tǒng)時，精制反應系統(tǒng)和改質(zhì)反應系統(tǒng)的各控制參數(shù)相對獨立，精制循環(huán)氫壓縮機和改質(zhì)循環(huán)氫壓縮機需選擇回流調(diào)節(jié)控制的往復式壓縮機各2臺（1開1備），按市場價格，每臺壓縮機約為300萬元，兩套循環(huán)氫系統(tǒng)成本約為1200萬元。裝置采用一套循環(huán)氫系統(tǒng)，由于改質(zhì)分離系統(tǒng)的循環(huán)氫壓力為15.8MPa，在改質(zhì)分離系統(tǒng)至循環(huán)氫緩沖罐的進口管線上設置調(diào)節(jié)閥降壓至與精制循環(huán)氫壓力相同，保證壓力均衡。循環(huán)氫壓縮機可選擇采用變頻和防喘振回流系統(tǒng)控制的1臺離心式壓縮機就能夠滿足工藝設計的要求，市場價格約為750萬。壓縮機系統(tǒng)設備成本可節(jié)約37.5%。

4結論

工藝設計時，反應器和壓縮機的各工藝參數(shù)需要考慮催化劑運轉初、末期等的不同工況，設計值應涵蓋實際運行可能出現(xiàn)的所有工況。裝置初期運行時，得到的實際耗氫數(shù)據(jù)與工藝模擬計算得到的數(shù)據(jù)進行比較，誤差在14%。壓縮機出口壓力能夠滿足加氫精制反應和加氫改質(zhì)反應所需得操作壓力。相比兩套循環(huán)氫系統(tǒng)，裝置運用一套壓縮機系統(tǒng)時，壓縮機設備成本節(jié)省37.5%。工藝設計是從設計角度出發(fā)，考慮催化劑參數(shù)以及各種不同工況來設計循環(huán)氫系統(tǒng)，需要后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)進行實踐驗證，本文可以對類似煤焦油加氫裝置提供參考。

參考文獻：

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作者:王艷梅 單位:福斯特惠勒（河北）工程設計有限公司上海分公司