北方地区柴油加氢工艺方案比选

孟庆巍，王铁刚，储宇

（中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺113006）

北方地区柴油加氢工艺方案比选

孟庆巍，王铁刚，储宇

（中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺113006）

重点研究我国北方寒冷地区柴油加氢装置的工艺方案选择，根据装置特点对比分析并确定冬夏季柴油生产方案，经过比选后的方案工艺先进、产品质量及装置能耗均处于全国先进水平，对于同类柴油加氢装置，尤其在寒冷地区的装置设计具有一定的指导和借鉴意义。

柴油加氢；低凝柴油；方案选择

随着我国经济的快速发展，环境污染问题日趋凸显，近年来对燃料油的环保要求越来越严格[1]。国Ⅳ汽油和柴油标准已分别于2014年1月1日和2015年1月1日实施；国Ⅴ汽油和柴油标准计划于2017年1月1日在全国范围内实施；而更严格的国Ⅵ汽柴油标准也拟定于2019年实施[2]。为确保柴油产品指标达到国家标准，油品加氢是目前最常用和最重要的手段。

我国南北跨度大，气候差异明显，在冬季北方地区平均气温达到-25℃以下，而南方大部分地区平均气温则在零度以上[3]，因此对于北方地区炼厂，要兼顾生产低凝柴油和普通柴油以满足各地区的使用需求。

1 研究背景

某炼厂为升级柴油产品质量新建一套柴油加氢精制装置，建设地点位于我国北方，由于该地区冬夏季温差较大，车用柴油的使用要求也随着冬夏季而有所差异。在夏季工况下，生产0号柴油即可满足市场需求；而在冬季工况下，需要生产-35号低凝柴油。如何使装置同时兼顾冬夏季两种工况的产品需求，需要进行多方面工艺方案的对比和分析。

2 工艺方案的选择

2.1 冬夏季产品生产方案的选择

2.1.1 双反应器串联方案

该方案在装置的反应部分设置加氢精制反应器R-101及加氢降凝反应器R-102。在冬季工况下两台反应器串联操作，原料油品依次经过两台反应器，产品全部满足低凝柴油产品要求；在夏季工况下，开启加氢降凝反应器R-102旁路，原料柴油经过第一台加氢精制反应器R-101后跨过R-102，生产普通柴油。流程见图1。

图1 双反应器串联方案流程简图Fig.1 Double reactor series scheme flow diagram

2.1.2 分馏塔切割方案

该方案在装置的反应部分设单台反应器，分馏部分设低凝柴油切割塔。夏季工况下，原料油经过加氢反应后送至分馏部分，分离出石脑油和酸性气等轻组分，剩余柴油作为产品送出装置；冬季工况下，启用低凝柴油切割塔，将脱除了轻组分以后的柴油产品进一步的切割，塔顶切割出轻的低凝柴油组分，塔底切割出0#柴油组分，分别送出装置。

流程见图2。

图2 分馏塔切割方案Fig.2 Fractionator cutting scheme flow diagram

2.1.3 反应器串联方案与分馏塔切割方案比选两种方案的优缺点对比(表1)

表1 双反应器串联方案与分馏塔切割方案优缺点对比表Table1 Comparison between double reactor series and fractionation cutting scheme

针对装置进行进一步的对比分析：

该装置柴油产品面向全国市场，在冬夏季均需要保证一定的0#柴油产量，以满足各地区的需求；同时，装置所处地区周边低凝柴油生产能力趋于饱和，低凝柴油市场需求量并不稳定，因此其生产的柴油产品需要具备足够的灵活性[4]。

在投资方面，双反应器串联方案需要多投入一台高压加氢反应器，并多投入相应的降凝催化剂。反应器为高温高压临氢，材料需要由国外进口，工期长，投资高，单台反应器及对应的催化剂即需要约2 500万元的投资，同时由于反应器数量多，氢气消耗量大，氢气压缩机的规格和投资也需要相应提高。分馏塔切割方案需要多投入低凝柴油切割塔和附属的冷却、分离、升压设备，虽然数量较多，但都属于低压设备，同时不存在腐蚀问题，选择碳钢材质即可满足要求，总价较低。针对该装置双反应器串联方案投资预计比分馏塔切割方案高出2 000万元以上。

在冬夏季切换操作方面，双反应器串联方案仅需要开启/关闭加氢降凝反应器R-102旁路阀门即可完成冬夏季工况切换；分馏塔切割方案则需要对低凝柴油切割塔的一系列附属设备进行开/停工操作，工作量较大，但由于工况切换每年只需要进行两次，同时操作难度不高，只要操作人员按照操作规程要求即可完成，不存在任何技术上的难度。

因此，综合以上几个方面的考虑，该装置低凝柴油方案确定为分馏塔切割方案。

2.2 反应部分方案选择

2.2.1 热高分流程

反应产物从加氢反应器出来后，首先换热至200～260℃，然后进入热高压分离器，热高分气冷却至50℃后送至冷高压分离器，热高分油经过降压送至热低压分离器；冷高压分离器顶部气体经过循环氢压缩机升压，返回到反应器入口循环使用，冷高分油经过降压后送至冷低压分离器；热低分气经过空气冷却器降温后送至冷低压分离器；冷低分油与热低分油共同送至分馏部分进行产品精馏。热高分流程见图3。

图3 热高分流程简图Fig.3 Hot-high pressure separation flow diagram

2.2.2 冷高分流程

反应产物从加氢反应器出来后，经过换热器和空冷器冷却至50℃，然后送至冷高压分离器，冷高压分离器顶部气体送至循环氢压缩机升压后返回到反应器入口循环使用，冷高分油降压送至冷低压分离器；冷低压分离器顶部分离出冷低分气送出装置，下部冷低分油送至分馏部分进行产品精馏分离。

冷高分流程见图4。

图4 冷高分流程简图Fig.4 Cold-high pressure separation flow diagram

2.2.3 热高分流程与冷高分流程的对比分析

以该装置为例，对采用冷高分与热高分流程分别进行了计算，根据计算结果，对比如下。

表2 热高分流程与冷高分流程对比表Table2 Comparison between hot-high and cold-high pressure separation flow

从上表可以看出，装置在采用热高分流程时，虽然增加了热高压分离器和热低压分离器，但是高压非标换热器及高压空冷器的数量有所减少；另一方面，热高分流程新氢消耗量增加，循环氢纯度降低，导致压缩机负荷增加，但是增加幅度不大，对压缩机机型的选择影响很小。

同时，考虑到热高分流程在能耗角度具有较大的优势，并且热高分流程的循环氢纯度满足催化剂要求，溶解在热高分油中的氢气经过闪蒸、脱硫后作为PSA装置的进料，可以回收利用。

由于该装置较为关注运行过程中的能耗水平，采用热高分流程可达到较低的能耗，同时增加的投资较少，在可接受范围内，因此最终确定采用热高分流程。

2.3 分馏部分方案选择

2.3.1 石脑油产品方案

根据对石脑油产品质量要求的不同，一般加氢装置可以采用两种方案。方案一设单塔，塔顶产酸性气及石脑油，塔底产精制柴油，该方案流程简单，便于操作，但石脑油H2S腐蚀不合格；方案二设双塔，在第一台塔顶脱除H2S酸性气，第二台塔顶产出石脑油，塔底产精制柴油，该方案石脑油腐蚀合格，但是较单塔流程的投资和能耗均有所提高[5]。方案一、方案二简图如图5-6。

本装置石脑油产量仅为0.73 t/h，占装置进料的0.4%；同时，根据全厂流程安排，装置石脑油作为重整原料，质量无严格要求。因此，从投资的经济性和节约能量的角度出发，装置不设专门的石脑油分馏塔，少量的酸性石脑油送至重整预加氢装置脱硫后，作为重整装置原料。即石脑油方案选用方案一。

图5 方案一简图Fig.5 1thPlan diagram

图6 方案二简图Fig.6 2thPlan diagram

2.3.2 低凝柴油产品方案

为满足装置夏季生产0号柴油、冬季抽出-35号低凝柴油的要求，可采用单塔侧线流程或双塔流程。

（1）单塔侧线流程

单塔侧线流程设单台分馏塔和侧线汽提塔，分馏塔入口设进料加热炉，塔底用水蒸汽汽提。冬季工况下，来自反应部分的低分油通过进料加热炉升温，然后进入到分馏塔，分馏塔底通入汽提蒸汽，分馏塔塔顶产酸性气和石脑油。侧线抽出低凝柴油，剩余柴油从塔底流出；夏季工况下，来自反应部分的高分油无需加热炉升温，直接进入到分馏塔中，分馏塔底通入汽提蒸汽，塔顶产酸性气和石脑油，塔底产精制柴油。流程简图见图7。

图7 单塔侧线流程简图Fig.7 Single tower side-draw flow diagram

单塔侧线流程设备相对较少，但由于冬季工况下需要侧线抽出40%以上的低凝柴油，而夏季工况柴油全部从塔底流出，冬、夏季工况操作条件变化很大。分馏塔的设计以冬季工况为基础，经过计算，夏季工况下大部分塔板负荷变化在10倍以上，无法操作，为使分馏塔能够同时满足冬、夏季工况生产的要求，则需要在夏季工况下增加塔板的气液负荷，第一种方法是增加塔底汽提蒸汽量，第二种是开启分馏塔进料加热炉，两种方案均使装置能耗有所增加。

（2）双塔流程

双塔流程设置脱硫化氢汽提塔和产品分馏塔，来自反应部分的低分油直接进入脱硫化氢汽提塔，塔顶产酸性气和石脑油，塔底产精制柴油；产品分馏塔设进料加热炉，塔底用水蒸汽汽提，来自汽提塔的精制柴油经过加热炉升温后进入产品分馏塔，低凝柴油从分馏塔顶产出，精制柴油从塔底流出。夏季工况下，装置只开汽提塔，分馏塔无进料，汽提塔底精制柴油作为0号柴油产品送出装置；冬季工况下，两塔同时操作，分馏塔塔顶生产低凝柴油，塔底产精制柴油。流程简图见图8。

双塔流程设备相对较多，脱硫化氢汽提塔冬夏季操作负荷没有变化，产品分馏塔仅在冬季工况投用，两塔不存在操作弹性方面的问题，也无需调整操作。在冬季工况下，分馏塔顶气带出较多热量，可发生1.0 MPa蒸汽回收较多能量，但同时，塔顶蒸汽在发生蒸汽后还需要进入低温热水换热器回收低温热量，再进入塔顶空冷器冷却，为换热器构架的设置和配管设计增加了一定的难度。

图8 双塔流程简图Fig.8 Twin Towers flow diagram

（3）两套方案的对比与选择

单塔侧线流程与双塔流程对比如表3。

表3 单塔侧线流程与双塔流程对比表Table3 Comparison between single tower side-draw and Twin Towers flow

从表3可以看出，双塔流程虽然设备数量略多于单塔侧线流程，导致设备投资稍高，但是能耗比单塔侧线流程低得多，可以节约较多的运行成本，增加的设备投资可以在短期内回收；同时，双塔流程冬、夏季工况切换无需调整关键设备操作参数，装置能够平稳过渡。

综上所述，装置低凝柴油产品方案采用双塔流程。

3 结论

经过一系列工艺方案的对比与选择，针对本该装置得到结论如下：（1）冬夏季低凝柴油生产方案选定分馏塔切割方案，节约装置投资，保证柴油生产的灵活性。

（2）反应部分采用热高分流程，确保装置更低的能耗；

（3）分馏部分设置脱硫化氢汽提塔及产品分馏塔，冬季投用产品分馏塔，生产-35号低凝柴油和0号柴油组分。

［1］郭林超,王立军.柴油加氢脱硫技术的现状与发展[J].中国化工贸易,2014,1（1）：332.

［2］马丽,张登前,万国赋,等.清洁柴油超深度加氢脱硫研究进展[J].工业催化,2004,14(增刊):1-2.

［3］王洪奎,王金亮,何冠伟,等.柴油加氢改制技术研究和进展[J].工业催化,2013,10(10):16-19.

［4］李立权.加氢裂化装置工艺计算与技术分析[M].北京:中国石化出版社,2009.

［5］王宏奎.柴油加氢改质技术研究进展[J].工业催化,2013,(10).

中国农药制剂发展方向高含量制剂将会受限

农药是与时代发展关联度最密切的产业之一。初始的制剂技术成形于20世纪50年代，为便于使用有机氯、有机磷等原料药而开发了粉剂、可湿粉剂、乳油和水剂等基本剂型，此后又开发了一系列衍生剂型如粒剂、油剂、可溶液剂等，形成了传统的农药剂型体系或称第一代制剂技术。农药制剂技术随着时代的前进而持续发展，20世纪70年代初开始了第2代制剂即环境友好剂型的系统研发。到目前为止，这两代制剂技术支撑了所有成品农药的产业化。21世纪初，绿色、生态农药制剂技术即第3代制剂技术的研发起步。分析近10年来农药制剂技术的研究动态，其发展走向初见端倪。

(1)目标：开发绿色、生态、安全的农药制剂技术。

(2)思路：将过去以分散、润湿、稳定为主线的研宄思路，进而转变为以药物的传递为主线开展研究，需要研发新的药物传导技术(New delivery technology)

(3)重点：由偏重新剂型的研发转为对制剂组分的选优。

(4)组合创新：与高新技术相结合，引入新材料、新成果，开展多专业合作，如膜技术、纳米材料技术、数字化控制技术等。

(5)评价体系：将风险评价列入常规的安全评价体系。

(6)项目设置：以提高制剂某种性能的条形项目为主开展研究，例如：提高药效、低VOC、按需控制释放、防飘移、防淋溶等。

Comparison and Selection of Diesel Hydrotreating Processes in the North Area of China

MENG Qing-wei,WANG Tie-gang,CHU Yu
（China Huanqiu Contracting&Engineering Corp.Liaoning Subcompany,Liaoning Fushun 113006,China）

The selection of diesel hydrotreating process in the north area of China was studied.According to the comparative analysis of the unit characteristics,the diesel production schemes in winter and summer were determined. After using the determined schemes,the product quality and energy consumption were in the advanced level in China. The paper can provide certain guidance and reference for the design of the diesel hydrogenation unit,especially in the cold regions.

Diesel hydrogenation;Low freezing diesel;Scheme selection

TE 624

A

1671-0460（2017）03-0467-04

2016-12-27

孟庆巍（1982-），男，辽宁省抚顺市人，高级工程师，2005年毕业于大连理工大学化学工程与工艺专业，研究方向：石油化工工程设计。E-mail：mengqingwei@hqcec.com。