導(dǎo)語(yǔ)：循環(huán)氫系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文工藝設(shè)計(jì)的煤焦油加氫裝置（進(jìn)料規(guī)模62.5t/h）的原料是經(jīng)過(guò)脫渣、脫鹽、脫水、脫金屬等預(yù)處理后的中低溫煤焦油全餾分油（規(guī)格見(jiàn)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(guò)加氫精制和加氫改質(zhì)技術(shù)，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(lái)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(jī)升壓至17.1MPa，一部分循環(huán)氫作為控制反應(yīng)床層溫度的冷氫。另一部分循環(huán)氫與補(bǔ)充的新氫混合，經(jīng)換熱升溫后作為反應(yīng)循環(huán)氫送至反應(yīng)系統(tǒng)。循環(huán)氫緩沖罐出口管線設(shè)有流量控制的放空系統(tǒng)，用于去除反應(yīng)副產(chǎn)的不凝性輕組分，以保證循環(huán)氫濃度。反應(yīng)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(xiàn)，計(jì)算氫耗可分為化學(xué)氫耗、溶解氫耗、泄漏氫耗和排放氫耗。化學(xué)氫耗：加氫精制反應(yīng)的化學(xué)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(xué)氫耗目的是使得未轉(zhuǎn)化油進(jìn)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(xué)氫耗取原料量的7%~7.7%。工藝設(shè)計(jì)時(shí)取最大值，化學(xué)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(shí)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(guān)。近似估算，取10Nm3/m3原料油，溶解氫耗設(shè)定為680Nm3/h。泄漏氫耗：管道或高壓設(shè)備的法蘭連接處及循環(huán)氫壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部位等設(shè)備漏損，取1~15Nm3/m3原料油。工藝設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)取最大值，裝置排放氫耗為680Nm3/h。上述項(xiàng)加和，裝置工藝設(shè)計(jì)總氫耗設(shè)定為54880Nm3/h，該氫耗需要新氫來(lái)補(bǔ)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(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的壓力控制點(diǎn)，壓縮機(jī)的出口壓力應(yīng)滿足加氫精制和加氫改質(zhì)反應(yīng)器所需的最大壓力，考慮到壓縮機(jī)出口到反應(yīng)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(shè)計(jì)設(shè)置為17.10MPa。

3結(jié)果與討論

裝置已建成并處于運(yùn)行初期。反應(yīng)器及循環(huán)氫壓縮機(jī)的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行（運(yùn)行2個(gè)月）參數(shù)見(jiàn)表2。由表2可知，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)初期時(shí)，加氫精制反應(yīng)器和加氫改質(zhì)反應(yīng)器的操作溫度和操作壓力均比工藝設(shè)計(jì)值略低，這主要是催化劑在運(yùn)轉(zhuǎn)初期時(shí)活性較好，反應(yīng)溫度適當(dāng)?shù)鸵恍５窃谶\(yùn)轉(zhuǎn)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(yīng)溫度就要逐步提高一些。加氫精制和加氫改質(zhì)是一個(gè)大量放熱的反應(yīng)過(guò)程。反應(yīng)溫度增加則反應(yīng)速度加快，釋放出來(lái)的反應(yīng)熱也相應(yīng)增加，因此，在各床層注入冷氫來(lái)控制催化劑床層溫度，以保護(hù)催化劑。反應(yīng)壓力的實(shí)際因素是氫分壓。氫分壓提高，可促進(jìn)加氫精制與改質(zhì)反應(yīng)的進(jìn)行，減少結(jié)焦，保持催化劑活化，提高催化劑的穩(wěn)定性。研究表明，反應(yīng)壓力在12~14MPa增加時(shí)，產(chǎn)品的密度、硫含量、氮含量和殘?zhí)己拷档洼^快，轉(zhuǎn)化率較高，但是隨著反應(yīng)壓力繼續(xù)升高，數(shù)據(jù)變化不明顯。裝置的工藝設(shè)計(jì)和初期運(yùn)行的反應(yīng)壓力不同（均大于14MPa），對(duì)加氫產(chǎn)物的分布影響不大。運(yùn)轉(zhuǎn)初期時(shí)，催化劑活性較好，床層壓降較小，所需反應(yīng)器入口壓力可低些，因此壓縮機(jī)出口壓力較低，氫分壓就較低，補(bǔ)充的新氫消耗為48000Nm3/h，與裝置的工藝設(shè)計(jì)值相比較，誤差14%。運(yùn)轉(zhuǎn)后期時(shí)，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(yīng)器入口壓力增大，壓縮機(jī)出口壓力升高，氫分壓升高，所需的新氫量將升高。工藝設(shè)計(jì)時(shí)，反應(yīng)器和壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)是根據(jù)催化劑廠家提供的運(yùn)轉(zhuǎn)初、末期等不同工況提供的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，同時(shí)，考慮不同運(yùn)行時(shí)期催化劑的活性和反應(yīng)器床層壓降等，反應(yīng)器的操作壓力、循環(huán)氫壓縮機(jī)出口壓力、新氫壓縮機(jī)的流量應(yīng)設(shè)置的略高。根據(jù)項(xiàng)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(yīng)和改質(zhì)加氫反應(yīng)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(jī)進(jìn)出口壓力、壓比、流量、以及以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)采用兩套循環(huán)氫系統(tǒng)時(shí)，精制反應(yīng)系統(tǒng)和改質(zhì)反應(yīng)系統(tǒng)的各控制參數(shù)相對(duì)獨(dú)立，精制循環(huán)氫壓縮機(jī)和改質(zhì)循環(huán)氫壓縮機(jī)需選擇回流調(diào)節(jié)控制的往復(fù)式壓縮機(jī)各2臺(tái)（1開(kāi)1備），按市場(chǎng)價(jià)格，每臺(tái)壓縮機(jī)約為300萬(wàn)元，兩套循環(huán)氫系統(tǒng)成本約為1200萬(wàn)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(jìn)口管線上設(shè)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(jī)可選擇采用變頻和防喘振回流系統(tǒng)控制的1臺(tái)離心式壓縮機(jī)就能夠滿足工藝設(shè)計(jì)的要求，市場(chǎng)價(jià)格約為750萬(wàn)。壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)備成本可節(jié)約37.5%。

4結(jié)論

工藝設(shè)計(jì)時(shí)，反應(yīng)器和壓縮機(jī)的各工藝參數(shù)需要考慮催化劑運(yùn)轉(zhuǎn)初、末期等的不同工況，設(shè)計(jì)值應(yīng)涵蓋實(shí)際運(yùn)行可能出現(xiàn)的所有工況。裝置初期運(yùn)行時(shí)，得到的實(shí)際耗氫數(shù)據(jù)與工藝模擬計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，誤差在14%。壓縮機(jī)出口壓力能夠滿足加氫精制反應(yīng)和加氫改質(zhì)反應(yīng)所需得操作壓力。相比兩套循環(huán)氫系統(tǒng)，裝置運(yùn)用一套壓縮機(jī)系統(tǒng)時(shí)，壓縮機(jī)設(shè)備成本節(jié)省37.5%。工藝設(shè)計(jì)是從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，考慮催化劑參數(shù)以及各種不同工況來(lái)設(shè)計(jì)循環(huán)氫系統(tǒng)，需要后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，本文可以對(duì)類似煤焦油加氫裝置提供參考。

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作者:王艷梅 單位:福斯特惠勒（河北）工程設(shè)計(jì)有限公司上海分公司