渣油加氢处理过程中氢分压对杂质脱除率的影响

2022-09-10

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VGO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7.0~20.0MPa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HDN和HDA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。

摘要：氢分压取决于反应系统压力和氢纯度, 氢分压提高对催化反应有好处, 一方面可抑制结焦反应, 降低催化剂失活速率;另一方面可提高硫、氮和金属等杂质的脱除率, 同时又促进稠环芳烃加氢饱和反应。所以, 应当在设备和操作允许的范围内, 尽量提高反应系统的氢分压。本文将探讨渣油加氢处理过程中氢分压对杂质脱除率的影响。

关键词：渣油加氢,氢分压,脱除率