120万吨柴油加氢精制装置操作规程.docx

资源描述

120万吨柴油加氢精制装置操作规程.docx

《120万吨柴油加氢精制装置操作规程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《120万吨柴油加氢精制装置操作规程.docx（121页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

120万吨柴油加氢精制装置操作规程.docx

120万吨柴油加氢精制装置操作规程

第一章装置概况

第一节装置简介

一、装置概况:

装置由中国石化集团公司北京设计院设计，以重油催化裂化装置所产的催化裂化柴油、顶循油，常减压装置生产的直馏柴油和焦化装置所产的焦化汽油、焦化柴油为原料，经过加氢精制反应，使产品满足新的质量标准要求。

新《轻柴油》质量标准要求柴油硫含量控制在0.2%以内，部分大城市车用柴油硫含量要求小于0.03%。

这将使我厂的柴油出厂面临严重困难，本装置可对催化柴油、直馏柴油、焦化汽柴油进行加氢精制，精制后的柴油硫含量降到0.03%以下，满足即将颁布的新《轻柴油》质量标准，缩小与国外柴油质量上的差距，增强市场竞争力。

该项目与50万吨/年延迟焦化装置共同占地面积为217m×103m即22351m2；装置建设在140万吨/年重油催化裂化装置东侧，与50万吨/年延迟焦化装置建在同一个界区内，共用一套公用工程系统和一个操作室。

本装置由反应（包括新氢压缩机、循环氢压缩机部分）、分馏两部分组成。

装置设计规模：

120×104t/a。

二、设计特点:

1、根据二次加工汽、柴油的烯烃含量较高，安定性差，胶质沉渣含量多的特点，本设计选用了三台十五组自动反冲洗过滤器，除去由上游装置带来的悬浮在原料油中的颗粒。

2、为防止原料油与空气接触氧化生成聚合物，减少原料油在换热器、加热炉炉管和反应器中结焦，原料缓冲罐采用氮气或燃料气保护。

3、反应器为热壁结构，内设两个催化剂床层，床层间设冷氢盘。

4、采用国内成熟的炉前混氢工艺，原料油与氢气在换热器前混合，可提高换热器的换热效果，减少进料加热炉炉管结焦，同时可避免流体分配不均，具有流速快、停留时间短的特点。

5、为防止铵盐析出堵塞管路与设备，在反应产物空冷器和反应产物/原料油换热器的上游均设有注水点。

6、分馏部分采用蒸汽直接汽提，脱除H2S、NH3，并切割出付产品石脑油。

7、反应进料加热炉采用双室水平管箱式炉,炉底共设有32台附墙式扁平焰气体燃烧器，工艺介质经对流室进入辐射室加热至工艺所需温度，并设有一套烟气余热回收系统，加热炉总体热效率可达90%。

8、本装置采用螺旋锁紧环双壳程换热器，换热方案安排合理，以温位高、热容量大与温位较低、热容量较小的物流进行换热，合理选择冷端温度，使热源量最大限度地得以利用，使总的传热过程在较高的平均传热温差下进行。

9、催化剂采用中石化集团公司石油化工研究院开发的RN-10B加氢精制催化剂。

催化剂采用干法硫化方案；催化剂的再生采用器外再生。

第二节工艺流程说明

本装置的原料油由装置的配套罐区来，进入原料油脱水罐D301，通过自动反冲洗的原料油过滤器SR301除去原料中大于25μm的颗粒后进入原料缓冲罐D302，反冲洗污油由过滤器排出后进入反冲洗污油罐D312，由反冲洗污油泵P-304/A、B外送至污油罐区。

原料油缓冲罐D302出来的原料油经加氢进料泵P302/A、B升压后，在流量控制下与混合氢混合，混合进料经反应产物/混合进料换热器E303/A、B、E301换热，然后进入反应器进料加热炉F301。

设置的温控阀TIC4501是通过调整进出换热器的物料量来控制加热炉F301入口温度，达到控制反应温度的目的。

反应加热炉F301加热混合料至反应所需温度后进入加氢精制反应器R301，R301设置两个催化剂床层，床层间设有急冷氢。

由R301出来的反应产物经反应产物/原料混合物换热器E301和反应产物/低分油换热器E302换热后，再与反应流出物/原料混合物换热器E303/B、A换热，温度降至120℃左右，经高压空冷器A301/A-H冷却至50℃，进入高压分离器D303。

为了防止反应产物在冷却过程中析出铵盐堵塞管道和设备，通过注水泵P303/A、B将水洗水注入到E303/A与A301/A-H上游侧的管线内。

在高压分离器D303中，反应产物进行油、气、水三相分离。

油相即加氢生成油，在液控LIC4511控制下进入低压分离器D304；气相即D303顶部出来的循环氢（高分气）经过循环氢压缩机入口分液罐D305分液后进入循环氢压缩机K302升压，然后分成两路：

一路作为急冷氢去反应器R301控制反应器床层温升，另一路与来自新氢压缩机K301/A、B出口的新氢混合成为混合氢，在反应产物/原料混合物换热器E303/A前与原料油混合。

D-303高压的排放气去焦化压缩机出口。

D303底部排出的含有硫化氢和氨的酸性水、低压分离器D304底部排出的酸性水和汽提塔回流罐D310排出的酸性水一起送至D-112，由P-115送出装置。

低压分离器D304闪蒸出的含硫气体（低分气）去焦化装置脱硫部分处理后，作制氢原料。

D304的油相（低分油）去分馏部分。

装置的补充氢由全厂2.0MPa氢气管网提供，主要由焦化干气制氢装置生产的氢气和重整氢气组成，经新氢压缩机入口分液罐D306分液后进入新氢压缩机K301/A、B，经两级升压后与循环氢压缩机K302出口的循环氢混合成为混合氢。

低分油先后经汽提塔底精制柴油/低分油换热器E305/C、B、A、反应产物/低分油换热器E302，换热后进汽提塔加热炉F-302加热至270℃后进入汽提塔C301。

C301设有30层浮阀塔盘，塔底用经F301对流段加热后的0.8～1.0MPa过热蒸汽进行汽提，塔顶油气经汽提塔顶空冷器A302/A-H和汽提塔顶后冷器E306冷却后，进入汽提塔顶回流罐D310。

D310闪蒸出的气体至焦化装置富气压缩机入口，压缩后去干气脱硫；部分油由汽提塔顶回流泵P312/A、B打回C-301，作为塔顶回流；部分粗汽油经P306/A、B升压外送出装。

C301塔底油由精制柴油泵P305/A、B升压后，与低分油/精制柴油换热器E305/A-C换热，经精制柴油空冷A303/A-D冷却至50℃后送出装置。

第三节工艺条件

一、原料及产品性质：

1、柴油加氢精制装置原料来源于重油催化裂化装置、常减压装置及焦化装置，原料组成见表1，性质见表2、表3；所需的氢气由20000Nm3/h焦化干气制氢装置或全厂氢气管网提供。

2、柴油加氢精制装置主要产品是精制柴油和石脑油，产品分布见表4，性质见表5。

3、补充新氢性质：

组成（v%）：

H2C1N2温度压力

99.50.10.340℃2.0MPa（g）

表1原料组成

方案

方案一

方案二

组分

万吨/年

m/%

万吨/年

m/%

焦化汽油

7.8

5.5

焦化柴油

17.5

催化柴油

39.2

催化轻循环油

10.8

直馏柴油

31.2

32.5

合计

120

100

120

100

备注：

数据由石油化工科学研究院提供。

表2原料油性质

油品名称

焦化汽油

焦化柴油

直馏柴油

催化柴油

催化轻循环油

密度，g/cm3

0.7382

0.8539

0.834

0.9043

0.8002

折光

1.4812

1.4654

1.521

运动粘度，mm2/s

5.137

5.922

3.864

硫含量m%

0.4745

0.91

0.211

0.543

0.1319

氮含量m%

0.0133

0.28

0.015

0.1244

0.021

溴价gBr/100g

1.12

17.03

馏程ASTMD86℃

初馏点/10%

47/76

164/208

206/234

172/204

97/124

30%/50%

-/122

252/290

264/291

231/256

144/151

70%/90%

-/164

324/356

315/345

302/354

160/170

100%

185

395

367

389

189

备注：

数据由石油化工科学研究院提供。

表3混合原料性质

项目

方案一

方案二

馏　

10%

141

158

30%

199

219

50%

254

266

70%

307

314

程

90%

359

361

硫含量m%

0.46

0.45

氮含量m%

0.1

密度g/cm3

0.852

0.86

折光nd20

1．4834

1．4862

溴价Brg/100g

17.2

14.4

备注：

数据由石油化工科学研究院提供。

表4柴油加氢产品分布（w%）

产品目标硫含量

S＜150ppm

方案

方案一

方案二

H2S

0.477

0.467

NH3

0.122

0.025

0.015

0.02

0.01

0.011

0.008

0.005

0.004

C5+汽油

13.276

8.279

柴油

86.914

91.903

C5+液收

100.19

100.182

化学耗氢

0.85

0.81

备注：

数据由石油化工科学研究院提供。

表5柴油加氢精制产品主要性质

柴油产品要求

S＜150ppm

方案一

方案二

主要产品

汽油

柴油

汽油

柴油

馏分范围

C5~165℃

＞165℃

C5~165℃

＞165℃

密度（20℃）g/cm3

0．742

0．847

0．771

0．849

10%

187

193

30%

223

113

231

50%

110

259

123

264

70%

121

298

128

301

90%

126

340

131

341

折光nd20

1.3960

1.4720

1.4205

1.4723

Sppm

＜1

127

＜1

121

Nppm

＜1

100

＜1

十六烷值指数（ASTMD737）

备注：

数据由石油化工科学研究院提供。

二、催化剂性质及化学品性质：

1、催化剂

加氢精制催化剂组成及物化性质

型号

组成、性质

RN-10B

RG-1

WO3

≮26

≮5.5（MOO3）

NiO

≮2.6

≮0.1

孔容ml/g

≮0.25

0．68

比表面m2/g

≮100

205

堆密度g/ml

1.1-1.2

0.57

强度N/mm

≮18

≮12

形状

蝶形

三叶草

粒度

－

D1.6~3.4

备注:

加氢保护剂（RG-1）作用：

（1）加氢活性逐渐增加

（2）RG-1孔径大，孔容、比表面大，能脱出重质原料中的生炭物及有机金属化合物等杂质，防止杂质进入加氢主催化剂床层。

2、硫化物性质分析

牌号

分析项目

CS2

（CH3）2S2

外观

无色透明液体

黄色难闻有毒液体

沸点℃

45.6-46.5

109.5

熔点℃

-98

密度kg/m3

1.26

1.062

纯度%

≮99

蒸发残渣%

≯0.005

硫含量m%

84.2

分子量

94.2

3、缓蚀剂

项目

WS-1性能

状态

深褐色粘稠液体

PH值

8~9

粘度mm2/s（20℃）

59.7

密度kg/m3（20℃）

0.8878

闪点℃

61．5

凝固点℃

-8

溶解性

可与汽油、煤油、乙醇丙酮以任意比混溶

毒性

无毒、无特殊刺激性气味

使用方法

按塔顶馏出物总量的5-8ppm注入

第四节设计指标

一、反应器设计指标：

方案一

方案二

催化剂体系

RN-10

产品规格

S＜150ppm

反应入口氢分压MPa

6.4

进料量t/h

150

体积空速h-1

1．83

1．82

催化剂装填量m3

96.79

上床层

32.26

下床层

64.53

反应温度℃

上床层：

入口温度

307

315

出口温度

温升

353

359

下床层：

入口温度

343

349

出口温度

362

365

温升

床层平均反应温度℃

345

350

反应器总温升℃

反应器入口氢油比

400

床层间冷氢量Nm3/h

17000

15000

催化剂运转周期

≮2年，催化剂总寿命≮6年

二、高压分离器：

操作压力MPa（G）7.5

温度℃50

三、低压分离器：

操作压力MPa（G）1.4

温度℃50

四、新氢压缩机：

入口温度℃40

入口压力MPa（G）2.0

出口压力MPa（G）9.5

五、循环氢压缩机：

入口温度℃50

入口压力MPa（G）7.5

出口压力MPa（G）9.2

六、汽提塔：

塔顶压力MPa（G）0.2

进料温度℃270

塔顶温度℃150

七、注水罐：

操作压力MPa（G）0.2

温度℃40

八、物料平衡及能耗指标：

（1）物料平衡

方案一物料平衡

项目

物料

名称

收率

Wt%

数量

备注

Kg/h

t/d

X104t/a

进

料

原料油

100

150000

3600

120

新氢

0.85

1275

30.6

1.02

合计

100.85

151275

3630.6

121.02

出

料

H2S+NH3

0.599

898.5

21.564

0.7188

气体

0.061

91.5

2.196

0.0732

粗汽油

13.276

19914

477.936

15.9312

柴油

86.914

130371

3128.904

104.297

合计

100.85

151275

3630.6

121.02

注：

H2S和NH3分布在含硫污水和加氢尾气中。

方案二物料平衡

项目

物料

名称

收率

Wt%

数量

备注

Kg/h

t/d

X104t/a

进

料

原料油

100

150000

3600

120

新氢

0．81

1215

29.16

0.972

合计

100.81

151215

3629.16

120.972

出

料

H2S+NH3

0.589

883.5

21.204

0.7068

气体

0.039

58．5

1.404

0.0468

粗汽油

8．279

12418.5

298.044

9.9348

柴油

91．903

137854.5

3308.508

110.2836

合计

100.81

151215

3629.16

120.972

注：

H2S和NH3分布在含硫污水和加氢尾气中。

（2）能耗指标

能耗指标及计算表

序

号

项目

年消耗量

能耗指标

能耗

单位

数量

单位

系数

MJ/a

循环水

万吨

983.2

千焦/吨

4186.8

41164618

除盐水

万吨

6.4

千焦/吨

96296.4

6162969.6

电

万度

2015.4

千焦/度

12560.4

253142302

燃料气

吨

14640

千焦/吨

30717000

449696880

氮气

万标米3

168

千焦/标米3

1675

2814000

净化风

万标米3

144

千焦/标米3

1675

2412000

蒸汽（1.0MPa）

万吨

13.44

千焦/吨

3181968

427656499.2

凝结水

万吨

-10.88

千焦/吨

309823

-33708742.4

能耗合计

单位能耗

957.78MJ/t（原料）22.88×104kcal/t

第二章柴油加氢精制的生产原理及影响因素

第一节柴油加氢精制的生产原理

二次加工的柴油，比如催化裂化柴油，含有相当多的硫、氮及烯烃类物质，油品质量差，安定性不好，储存过程容易变质，掺炼重油的催化裂化柴油尤其明显。

对直馏柴油而言，由于原油中硫含量升高、环保法规日趋严格，已经不能直接作为产品出厂，也需要经过加氢精制处理。

柴油中含有的硫化物使油品燃烧性能变坏、气缸积碳增加、机械磨损加剧、腐蚀设备和污染大气，在与二烯烃同时存在时，还会生成胶质。

硫醇是氧化引发剂，生成磺酸与金属作用而腐蚀储罐，硫醇也能直接与金属反应生成硫酸盐，进一步促进油品氧化变质。

柴油中的氮化物，如二甲基吡啶及烷基胺类等碱性氮化物，会使油品颜色和安定性变坏，当与硫醇共存时，会促进硫醇氧化和酸性过氧化物的分解，从而使油品颜色和安定性变差；硫醇的氧化物-磺酸与吡咯缩合生成沉淀。

柴油加氢精制的生产原理就是在一定的温度、压力、氢油比、空速条件下，借助加氢精制催化剂的作用，有效的使油品中的硫、氮、氧非烃类化合物转化为相应的烃类和H2S、NH3和H2O。

另外，少量的重金属则截留在催化剂中；同时使烯烃和部分芳烃饱和，从而得到安定性、燃烧性、清洁性都较好的优质柴油产品和重整原料。

第二节主要化学反应

柴油加氢装置发生的主要化学反应为加氢脱硫、脱氮、脱氧、烯烃、芳烃加氢饱和以及加氢脱金属，其典型反应如下：

一、加氢脱硫：

在加氢过程中，二次加工柴油中含硫化合物转化为相应的烃和硫化氢，从而脱除硫。

（1）硫醇加氢RSH+H2→RH+H2S↑

（2）硫醚加氢　　RSR+2H2→2RH+H2S↑

（3）二硫化物加氢RSSR+3H2→2RH+2H2S↑

（4）噻吩加氢C4H4S+4H2→C4H10+H2S↑

二、加氢脱氮：

（1）烷基胺加氢R-CH2-NH2+H2→R-CH3+NH3↑

（2）吲哚加氢+6H2→-C2H5+NH3↑

（3）吡咯加氢+4H2→C4H10+NH3↑

（4）吡啶加氢+5H2→C5H12+NH3↑

（5）喹啉加氢+6H2→-C3H7+NH3↑

三、加氢脱氧：

（1）酚类加氢+H2→+H2O

（2）环烷酸加氢+3H2→+2H2O

四、烯烃加氢饱和：

烯烃加氢速度很快，几乎在常温下即可进行，二烯烃加氢速度比单烯烃速度更快，有代表性的反应如下：

（1）单烯烃加氢R-CH=CH2+H2→R-CH2-CH3

（2）双烯烃加氢R-CH=CH-CH=CH2+2H2→R-CH2-CH2-CH2-CH3

五、加氢脱金属：

此类反应非常复杂,已知重油的脱金属代表反应如下：

（1）沥青胶束的金属桥断裂为：

　R-M-Rˊ——→MS2+RH+RˊH

式中M为金属钒，R，Rˊ为芳烃

（2）卟啉金属镍的氢解：

六、芳烃加氢：

稠环芳烃的第一个芳香环的加氢反应速度比苯快，但第二、第三环继续加氢时的反应速度依次急剧下降，芳香烃上带有烷基侧链会使芳香烃的加氢更困难。

（1）萘加氢

（2）菲加氢

在加氢反应过程中，除上述化学反应外，还有脱卤素、裂解聚合等反应。

聚合反应会在催化剂上形成积碳，降低催化剂活性。

加氢精制反应是放热反应，二次加工柴油加氢精制反应热约为280-450KJ/kg（产物）。

第三节影响加氢精制反应的主要因素

柴油加氢精制的作用主要是脱硫、脱氮和烯烃饱和。

在馏分油加氢精制过程中，加氢脱氮的难度远远超过加氢脱硫和烯烃饱和，而且馏分越重脱氮的难度越大。

加氢精制反应速度的快慢一般有以下规律：

脱金属＞二烯烃饱和＞脱硫＞脱氧＞单烯烃饱和＞脱氮＞芳烃饱和

柴油加氢精制过程中，所进行的反应与操作条件有很大关系。

一、压力：

反应压力的影响是通过氢分压来体现的。

系统的氢分压高低决定于操作压力、氢油比、循环氢纯度及原料油的性质。

P氢气=P系统×系统氢气体积浓度

压力是影响柴油加氢精制的主要因素，但是压力对柴油加氢精制深度的影响比较复杂，因为在柴油加氢精制条件下，原料可能是气相，也可能是气液混合相。

对原料是气相的加氢精制过程，提高反应压力，导致反应时间的延长，从而增加了加氢精制的深度。

特别是氮的脱除率有较明显的提高。

压力变化对脱硫无较大的影响。

由于脱氮的反应速度较小，在加氢精制含氮原料时，常常采用提高压力或降低空速的方法，达到较好的脱氮效果。

而且系统总压力增加，相应氢分压增加，可有效地抑制催化剂表面积炭前身物的生成，有利于催化剂的使用寿命。

当加氢精制压力提高到反应系统出现液相时，操作压力继续升高，加氢精制效果将变坏。

这是由于催化剂表面扩散速度控制了反应速度。

操作压力升高的同时也使催化剂表面的液膜加厚，使氢气在催化剂内扩散困难而降低反应速度。

采用提高氢油比的方法来提高氢分压，加氢精制的深度会出现一个最大值。

这是由于氢分压的提高有利于原料的汽化，降低了催化剂表面液膜的厚度，提高了反应速度。

柴油加氢精制的操作压力一般为4.0-8.0MPa，操作压力的提高有利于加氢精制深度的提高。

另外，加氢精制反应系统内必须保持一定范围的硫化氢分压，否则硫化态Ni-W（Mo）组分会因失硫而降低活性；但过高的硫化氢分压会降低系统氢分压，影响加氢精制效果，而且从加氢脱硫的反应机理角度，生成的硫化氢与作为反应物的硫化氢在催化剂的活性中心上竞争吸附，影响硫化物的加氢脱硫。

一般高压加氢应保持500ppm以上的硫化氢浓度，对硫含量较低的原料，不能保持系统硫化氢含量的应向系统补硫。

硫化氢浓度大于10000PPm，应置换。

二、温度：

硫、氮非杂环化合物的氢解是不可逆反应，一般不受热力学平衡限制，反应温度提高有利于反应速度的提高。

对硫、氮杂环化合物的氢解要受加氢平衡的限制，在不同压力下存在极限反应温度，超过这一极限温度，脱硫、脱氮的转化率会下降。

芳烃加氢属于可逆反应，温度过高会发生单环或双环环烷烃脱氢反应，从而使十六烷值降低。

柴油加氢精制的操作温度，在通常的压力范围内，一般控制在300-400℃,操作温度的提高有利于转化率的提高。

三、空速：

空速是控制加氢深度的一个重要参数，指每小时每立方米催化剂所处理的原料体积数。

空速降低，反应物与催化剂的接触时间延长，精制深度加深，床层温度上升，耗氢增加；但设计空速过低，反应容积利用率太低，降低了生产能力，增加了设备投资。

在加氢精制过程中，空速增加，催化剂表面积炭加快，尤其含氮量高的油品，在高空速下，由于氮化物在催化剂表面的优先吸附、积累、缩合成积碳前身物，加剧催化剂活性衰退。

对柴油馏分空速一般控制为1.0-3.0h-1之间。

四、氢油比：

展开阅读全文