液相加氢技术的应用现状

李农，李海峰，赵新全，李国旗(中化长和科技有限责任公司，山东 东营 257335)

0 引言

液相加氢技术的最初提出者是美国工艺动力学公司，主要针对的是柴油的加氢反应过程。这项技术的应用将传统的氢气、油料、催化剂反应简化为含溶解氢的油料与催化剂的反应，提高了催化效率，延长了催化剂的使用寿命，节约了循环加氢的能耗，简化了工艺流程，是一种更新颖、更环保的生产加工技术。

1 液相加氢技术

液相加氢技术由传统加氢技术发展而来，改善了传统加氢技术中循环系统带来的能耗问题，降低传统加氢技术维持较高氢油比所需要消耗的动力和成本。液相加氢技术利用的是在液相产品中溶解足量氢气的方式，满足反应对氢气的需求。传统加氢技术建立在氢气、油料与催化剂三相反应的基础上，利用循环系统去保持三相反应中气相氢气供应不断，这个过程不仅要让氢气保持连续供应，还要让氢气能够透过油料接触到催化剂，整个过程的反应效率难以控制，能耗也比较高。液相加氢技术将原本反应过程中的三相转为两相，将气相与液相结合，在反应前实现气相在液相中的饱和溶解，这样反应过程中只需要液相与固相的更大面积接触，就能够在一定程度上提高反应效率，并节约循环系统消耗的部分能源[1]。在液相加氢过程中，油料的反应温升幅度会大幅度下降，也能够对油料进行一定程度的稀释，有助于延长催化剂的使用寿命。而且，液相与气相的混合在反应之前，可以在反应设备中除去二者混合的部分，简化生产工艺流程，减少工艺设备数量和占地面积，也能够降低一部分能耗。

2 液相加氢技术的应用现状

2.1 杜邦公司对液相加氢技术的应用

杜邦公司所应用的液相加氢技术是由美国工艺动力学公司开发的IsoTherming技术，核心为循环油。液相加氢技术中的氢气通过循环油来输送，温度反应条件的控制也通过循环油来实现，不仅能够实现催化剂的使用寿命延长，还能够控制反应器内的液面位置，保证油料与氢气的混合程度。IsoTherming技术属于液相加氢技术中比较成熟、稳定的一种，应用面积也比较大。国外应用IsoTherming技术主要进行超低硫柴油生产，我国应用IsoTherming技术主要进行柴油加氢，比如泉州石化柴油精制过程中，就是以直馏柴油、催化裂化柴油等油料为反应的液相，通过液相加氢反应实现对柴油的精制。反应过程中，循环泵输送反应所需要的氢气，使氢气与油料在加氢反应器中实现融合，然后再与催化剂接触进行精制反应，能够有效控制催化剂的结焦情况。

2.2 SRH液相加氢技术的应用

液相加氢技术是原油精制加工中的重要技术，我国在这方面也投入了大量的资金和人员进行研究。中石化研究院和抚顺化工研究院共同进行了液相加氢技术方面的开发，成果就是SRH液相循环加氢技术，已经在我国长岭石化、胜利石化、九江石化等企业生产中进行应用。我国研发的SRH液相循环加氢技术中设置了两个加氢反应器，目的是增加每一次液相与气相接触融合的质量和效率，减少液相与气相融合的次数，从而降低循环泵的运行频率。SRH液相加氢技术主要应用于煤油、混合柴油、常二线柴油的精制生产中，产物为国Ⅲ、国Ⅳ等柴油和汽油，产品的硫含量能够控制在50 μg/g，汽油性质更稳定。但从具体生产过程中可以看出，循环泵的存在增加了安全风险，而且经过循环泵的液相与气相混合油温度和压力都比较高，在这种情况下与催化剂接触，容易提高催化剂结焦的可能性，缩短催化剂的使用寿命。

2.3 连续液相加氢技术的应用

连续液相加氢技术也称SLHT，这种技术的装置中应用了上流式反应器，这是SLHT工艺最大的特点。在其他的液相加氢工艺流程中，所应用的多是下行式反应器，这种反应器在气体流量较小时容易产生气体浮力，不利于液位稳定，也不利于液相与催化剂的接触和反应。上流式反应器中液相与气相保持相同的流向，都是从下向上流过固相催化剂，这样的装置有利于减少气体积累的情况，有利于氢气的均匀分布和接触。上流式反应器的应用能够省去下行式反应器床层之间的排气措施，省去了复杂的仪表控制和内部构件，而且有较高的催化剂填装效率，装置占地面积小、能耗低。液相油料与氢气通过混氢装置混合，然后与反应生成油进行换热，使生成油能够降温，使液相气相混合油能够升温，然后通过上流式反应器，与催化剂进行接触反应，完成精制反应过程。SLHT连续液相加氢技术也主要是国内石化企业在应用，同样存在安全风险较高的问题，存在催化剂结焦可能性高的问题，是技术继续研发所需要解决的方面。

2.4 CLTH液相加氢技术的应用

CLTH技术是我国研发的液相加氢技术，并自主设计了管式液相加氢配套装置。CLTH技术在长岭炼化公司、中石化北海公司、中石油格尔木炼油厂、中石油大庆炼油厂中都进行了推广应用。CLTH技术装置中减少了传统液相加氢技术装置中的压缩机、加热炉等装置，应用我国自主研发的航煤加氢催化剂，配合高压分离器、常减压装置等装置来实现直馏航煤的精制，精制过程中氢油体积比在8～10范围内，空速为6 m3/h，压力为2.4 MPa，属于高空速、低氢油比、低温低压的精制过程，产物为喷气燃料。CLTH液相加氢技术具有氢油比需求低、装置简单安装方便、空速高等优势，也存在氧化安定性不合格的劣势，优化研究需要从降低空速、提高温度的方面入手。

2.5 C-NUM液相加氢技术的应用

C-NUM液相加氢技术的应用对象也是航煤原料，这种原料本身的性质和状态比常规的柴油等油料更好，加氢效果更佳，整个精制过程的对循环系统、反应环境的要求比较小。在面对航煤原料时，C-NUM技术应用装置取消了循环油系统，有效降低了循环泵可能带来的安全风险和成本、动力消耗；反应温度为245 ℃，压力为3.5 MPa，氢油比在12～13范围内，属于较为理想的反应过程。但如果面对的是原料性质、状态更差一些的焦化柴油等柴油种类时，C-NUM技术装置能否顺利加氢，能否顺利完成精制反应获得符合标准的产品油，还需要进一步的实践和验证分析。

3 液相加氢技术发展的前景

目前，我国国内的油料精制生产规模已经达到较大的规模，而且需要进行油料精制的不仅限于石化、石油企业，精制对象还加入了航煤。这种发展趋势说明油料精制生产工艺的应用范围在扩大，液相加氢技术的应用发展前景也在扩大，液相加氢技术的发展需要符合这种扩大趋势，满足更多、不同种类油料的精制反应需求。

在上述五种液相加氢技术中，CLTH技术主要面向航煤进行应用，C-NUM技术也主要面向航煤，尚没有面对其他品质较差原料油的应用成果。IsoTherming技术、SRH技术、SLHT技术主要面向传统的柴油、汽油、混合油进行精制加工，这些技术能够应对品质较差原料油的精制反应，也能够满足航煤精制反应的需求，应用覆盖范围更大。在上述三种液相加氢技术中，IsoTherming技术和SRH技术相似程度比较高，二者都采用下行式反应器，都存在气相流量较小引发气体浮力影响液面位置的问题，存在催化剂使用寿命短、控制液面装置方式复杂、装置安全性风险较高等劣势。而且，IsoTherming技术和SRH技术都较难使液相中的氢气达到饱和状态，需要通过循环溶氢的方式来提高液相中的氢气含量，这种加氢方式对氢气的消耗仍然较高。SLHT技术改变了混合液相与催化剂接触的方式，弃用下行式反应器，改为上流式反应器。这种反应器的应用使液相加氢反应过程中不必受到气体浮力的影响，不必担心液面位置控制问题，可以省去液位控制装置，减少床层之间的泄压装置，提高精制反应生产过程的安全程度。而且，SLHT技术能够更容易使液相中的氢气达到接近饱和的状态，不需要通过大量的循环溶氢的方式来提高氢气含量，对氢气的消耗程度比IsoTherming技术和SRH技术低一些，能耗更少一些。但SLHT技术也无法通过溶氢来达到饱和，仍然需要循环方式来溶氢，只不过所需要的循环次数会低一些[2]。

目前来看，液相加氢技术始终存在氢气消耗量高、循环加氢能耗较高、循环泵安全风险较高、催化剂使用寿命较低等问题。想要改善这些问题需要通过特殊的设备装置，提高氢气与原料油的混合程度，实现原料油中的氢气饱和状态[3]。想要达到氢气饱和的理想状态，可能需要超重力、微米气泡等类型的装置，使原料油中的氢气溶解量远超于实际需求量。如果能够解决溶氢过程中的氢气饱和问题，就能够真正节约掉循环加氢的装置和能耗，并且规避掉循环泵可能带来的安全风险和泄露风险。这是液相加氢技术未来发展的主要方向，突破这一难题就能够促进液相加氢技术的有效发展，扩大液相加氢技术的应用范围。目前的液相加氢技术还不能代替气相滴流等技术的应用，在原料油精制反应中还不能占据更大的主动性[4]。

4 结语

液相加氢技术有理论上较广的应用范围，优化后的液相加氢技术也能够一定程度上实现能耗降低、安全程度提高、成本降低，但距离理想状态还有较远的距离。加强对液相加氢技术的研究，能够有效推动液相加氢技术的成熟和应用，获得更可观的经济效益和应用范围。