120万吨柴油加氢精制装置操作规程讲义.docx
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120万吨柴油加氢精制装置操作规程讲义.docx
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120万吨柴油加氢精制装置操作规程讲义
120万吨/年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。
2;装置建即22351m×/年延迟焦化装置共同占地面积为217m103m该项目与50万吨设在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。
4t/a。
×10装置设计规模:
120二、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HS、NH,并切割出付产品石脑油。
321
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
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。
2
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
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3/h焦化干气制氢装置或全厂氢气20000Nm所需的氢气由性质见表2、表3;1组成见表,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%):
HCN温度压力21299.50.10.340℃2.0MPa(g)
3
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
表1原料组成
方案
方案一
方案二
组分
年万吨/
m/%
/年万吨
m/%
焦化汽油
7.8
5.5
焦化柴油
21
17.5
21
17.5
催化柴油
47
39.2
47
39.2
催化轻循环油
13
10.8
13
10.8
直馏柴油
31.2
26
39
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
3密度,g/cm
0.7382
0.8539
0.834
0.9043
0.8002
折光
1.4812
1.4654
1.521
2/s运动粘度,mm
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
gBr/100g溴价
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
4
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
程
30%
199
219
50%
254
266
70%
307
314
90%
359
361
m%硫含量
0.46
0.45
m%氮含量
0.1
0.1
3g/cm密度
0.852
0.86
20n折光d
1.4834
1.4862
Brg/100g溴价
17.2
14.4
备注:
数据由石油化工科学研究院提供。
)4柴油加氢产品分布(w%表
产品目标硫含量
<150ppmS
方案
方案一
方案二
SH2
0.477
0.467
NH3
0.122
0.122
C1
0.025
0.015
C2
0.02
0.01
C3
0.011
0.008
C4
0.005
0.004
C汽油+5
13.276
8.279
柴油
86.914
91.903
液收+C5
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。
柴油加氢精制产品主要性质表5
柴油产品要求
150ppm
<S
5
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
方案一
方案二
主要产品
汽油
柴油
汽油
柴油
馏分范围
~165C℃5
>165℃
~165C℃5
165℃>
3密度(20℃)g/cm
0.742
.0847
0.771
8490.
10%
63
187
89
193
30%
89
223
113
231
50%
110
259
123
264
70%
121
298
128
301
90%
126
340
131
341
20折光nd
1.3960
1.4720
1.4205
1.4723
ppmS
<1
127
1<
121
ppmN
1<
100
1<
95
十六烷值指数(ASTMD737)
-
51
-
48
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:
、催化剂1加氢精制催化剂组成及物化性质
号型成、性质组
RN-10B
RG-1
WO3
26≮
)(MO≮5.53O
NiO
2.6≮
0.1≮
ml/g孔容
≮0.25
68.0
2比表面m/g
≮100
205
g/ml堆密度
1.1-1.2
0.57
N/mm强度
≮18
12≮
状形
蝶形
三叶草
度粒
-
D1.6~3.4
RG-1加氢保护剂(:
备注)作用:
(1)加氢活性逐渐增加6
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
(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
(CH)S232
观外
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
3kg/m密度
1.26
1.062
度纯%
-
≮99
蒸发残渣%
≯0.005
硫含量m%
84.2
68
分子量
78
94.2
、缓蚀剂3
项目
WS-1性能
状态
深褐色粘稠液体
值PH
8~9
2度粘mm/s(20℃)
59.7
3(20度密kg/m℃)
0.8878
点℃闪
61.5
凝固点℃
-8
性溶解
可与汽油、煤油、乙醇丙酮以任意比混溶
性毒
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
7
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
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
150ppmS<
反应入口氢分压MPa
6.4
t/h进料量
150
-1体积空速h
821..183
3m催化剂装填量
96.79
上床层
32.26
下床层
64.53
反应温度℃上床层:
入口温度出口温度温升
30735346
31535944
下床层:
入口温度出口温度温升床层平均反应温度℃℃反应器总温升
3433621934565
3493651635060
反应器入口氢油比
400
400
3床层间冷氢量Nm/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:
MPa(G)7.5操作压力
50℃温度三、低压分离器:
MPa(G)1.4
操作压力
8
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
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
物料称名
率收Wt%
数量
备注
Kg/h
t/d
4t/aX10
进料
原料油
100
150000
3600
120
氢新
0.85
1275
30.6
1.02
计合
100.85
151275
3630.6
121.02
出料
S+NHH32
0.599
898.5
21.564
0.7188
体气
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
9
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
注:
HS和NH分布在含硫污水和加氢尾气中。
32方案二物料平衡
项目
物料称名
率收Wt%
量数
注备
Kg/h
t/d
4t/aX10
进料
原料油
100
150000
3600
120
氢新
0.81
1215
29.16
0.972
计合
100.81
151215
3629.16
120.972
出料
HS+NH32
0.589
883.5
21.204
0.7068
体气
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
计合
100.81
151215
3629.16
120.972
分布在含硫污水和加氢尾气中。
S和NH注:
H32
能耗指标2)(能耗指标及计算表
序号
目项
年消耗量
能耗指标
能耗
单位
量数
位单
系数
MJ/a
1
循环水
万吨
983.2
千焦/吨
4186.8
41164618
2
除盐水
万吨
6.4
千焦/吨
96296.4
6162969.6
3
电
万度
2015.4
度千焦/
12560.4
253142302
4
燃料气
吨
14640
千焦/吨
30717000
449696880
5
氮气
3万标米
168
3/千焦标米
1675
2814000
6
净化风
3万标米
144
3标米千焦/
1675
2412000
7
蒸汽(1.0MPa)
万吨
13.44
吨/千焦
3181968
427656499.2
8
凝结水
万吨
-10.88
千焦/吨
309823
-33708742.4
能耗合计
1149340526.4
单位能耗
4kcal/t10)22.88957.78MJ/t(原料×
10
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
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HS、2NH和HO。
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23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+H→RH+HS↑22硫醚加氢)RSR+2H→2RH+HS↑2(22二硫化物加氢RSSR+3H→2RH+2HS3()↑22噻吩加氢4()CHS+4H→CH+HS↑2104442二、加氢脱氮:
(1)烷基胺加氢R-CH-NH+H→R-CH+NH↑3322211
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
(2)吲哚加氢+6H→-CH+NH↑3225
(3)吡咯加氢+4H→CH+NH↑31024
(4)吡啶加氢+5H→CH+NH↑32512
(5)喹啉加氢+6H→-CH+NH↑3237
三、加氢脱氧:
(1)酚类加氢+H→+HO22
(2)环烷酸加氢+3H→+2HO22
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=CH+H→R-CH-CH3222
(2)双烯烃加氢R-CH=CH-CH=CH+2H→R-CH-CH-CH-CH322222五、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——→MS+RH+RˊH2式中M为金属钒,R,Rˊ为芳烃
(2)卟啉金属镍的氢解:
12
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
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。
13
120万吨/年柴油加氢精制装置操作规程
P=P×系统氢气体积浓度系统氢气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,
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- 120 柴油 加氢精制 装置 操作规程 讲义