从经济角度分析加氢工艺反应产物的分离流程
张立 李浩 郭志雄
加氢裂化反应产物的分离流程通常有冷高分流程和热高分流程。通常全部反应产物经过空冷器后进行气液分离的流程称为冷高分流程；而全部反应产物在某温度下先进行一次气液分离，闪蒸出的油气再经换热和空冷后进行二次分离的流程，称为热高分流程。冷高分和热高分流程已经被广泛地应用于国内外加氢裂化装置中。冷高分和热高分流程的选择的核心问题是如何对两种流程进行经济性比较。
热高分流程的优点是：降低装置能耗，减少冷换面积；对于高寒地区可以减少空冷器凝冻现象的发生；对于全循环流程，有利于防止稠环芳烃的积累而堵塞高压空冷器。但其缺点是：增加高温油气分离系统，并且氢气损失较大，循环氢的浓度也略低于冷高分流程，造成整个反应系统的压力略有增加。采用热高分流程的前提条件就是低分气中含有的氢气必须得到有效地回收。
冷高分流程和热高分流程投资差别：由于热高分流程减少冷换设备的负荷，因此其冷换设备（换热器和空冷器）的投资小于冷高压流程。但由于热高分流程增加了高温油气分离系统，反应系统的总压略有增加，因此静设备投资大于冷高压流程，管线和仪表投资略有增加。并且由于氢气损失增加，也增加了氢气回收和脱硫的负荷，增加了这部分的投资。冷高分流程和热高分流程由于换热不同，能量回收利用各不相同。通常情况下，单独比较这两种流程的能耗是很困难的。但是无论冷高分流程还是热高分流程，只要经过反应部分空冷器的冷却的能量都是无法回收利用的。比较这两种流程中的反应部分空冷器的负荷，可以得到热高分流程节约的能量。但由于采用了热高分流程，经液力透平回收的能量会减少。由于氢气损失增加，因此压缩机功率增加、氢气回收部分（变压吸附装置PSA）和脱
硫增加的部分能耗都会增加。
热高分流程最大的缺点是氢气损失大于冷高分流程，同时液化气组分和石脑油组分的损失也大于冷高分流程。因此选择热高分流程的前提是低分气中含有的氢气应得到有效地回收。以某石化公司120x104吨/年加氢裂化装置为例，利用变压吸附装置(PSA)回收低分气中的氢气，回收率为90%；溶解在冷低分油和热低分油中的氢气通常认为是氢气损失的一部分。由于该加氢裂化装置不要求回收液化气组分，因此没有列出液化气组分和石脑油组分损失差的对比。热高分流程的氢气损失比冷高分流程多25.3kg/h，其氢气损失差别见下表：
尽管采用热高分流程最大的缺点是氢气损失较大，但是进一步优化流程，可以进一步减少氢气的损失。传统流程的热低分气去向都是通过空冷冷却后与冷高分油混和，去冷低压分离器。在冷低压分离器内，实现汽、液、水三相分离，冷低分气去PSA回收氢气。经过多年经验，发现这种流程中，虽然冷低分气经过PSA回收其中的90%以上的氢气，但氢气损失还是比较大。为了进一步减少氢气损失，并且考虑到热低分气中氢气纯度较高，可以重新优化考虑热低分气的去向。热低分气经过空冷后，去新增设的热低分气闪蒸罐，闪蒸出气体返回到补充氢压缩机入口，液体去冷低压分离器或与冷低分油直接混和。
针对某石化公司120万吨/年加氢裂化装置对热低分气去冷低压分离器和热低分气去热低分闪蒸罐，分离出气体返回补充氢压缩机入口以及采用冷高分方案进行了比较它是以冷高分方案为基础的，比较了热高分方案两种流程与冷高分方案在补充氢差、损失氢之差和低分气差增加或减少的百分数，以及它们的循环氢的氢纯度差和反应器的压力差。
这种优化的热高分方案的优点是可以大量的减少氢气损失。从表中可以看出，方案B的补充氢量和氢气损失都比冷高分方案低5%左右。而没有优化热高分方案补充氢量比冷
高分增加8.4%，损失的氢气量增加57%。这种优化的热高分方案的另一个优点是可以大大的减小回收低分气中氢气的PSA装置的规模。优化的热高分方案的低分气比冷高分方案少71%，而没有优化的热高分方案的低分气排放量比冷高分方案多106%。优化方案的缺点是流程复杂，增加热低分气闪蒸罐系统，并且由于热低分闪蒸罐闪蒸出的富氢气体中氢气纯度大约为70～90%左右，与补充氢混合后，降低了补充氢的纯度，从而降低了循环氢中氢气纯度，增加了反应系统的压力。这点从表中可以很明显的看到其规律。由于对优化的热高分方案和没有优化的热高分方案以及冷高分方案没有进行投资比较，因此没有具体的数据。但是优化的热高分方案优点是非常明显和突出的，氢气损失方面比冷高分方案还要少，能量节省也非常可观。缺点是反应系统压力需要增加，以及增加热低分气闪蒸罐系统，投资方面可能会增加一些，但是PSA装置规模变小，可以节省部分PSA装置和脱硫装置的投资。
在对某石化公司120万吨/年加氢裂化装置对比了热高分流程和冷高分流程的经济差别后可知：热高分流程的投资比冷高分流程的投资节省14万元，投资差别相对于整个装置的投资是很小的，可以认为热高分流程的投资和冷高分流程的投资基本相当。热高分流程能耗比冷高分流程节能约7000 kW。若全部按发生蒸汽计算，预计产生1.0MPa的蒸汽10t/h。蒸汽价格按50元/吨计算，年产效益400万。热高分流程的氢气损失比冷高分流程多25.3kg/h。按氢气8000元/吨价格计算，约162万/年。因此选择热高分流程的年操作费用比冷高分方案节省238万元。对热高分方案，采用优化的热低分气流程，可以进一步降低氢气的损失，热高分方案的氢气损失甚至比冷高分方案的氢气损失少。
通过上述对热高分流程和冷高分流程进行的比较，可为今后加氢工艺反应产物分离流程经济方面的优化提供参考。□
