壳牌蜡油加氢裂化工艺与运行特点.docx
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壳牌蜡油加氢裂化工艺与运行特点
壳牌蜡油加氢裂化工艺与运行特点
摘要:
本论文通过实际参与工厂装置生产学习和实践后,介绍了国内首套引进ShellGlobalSolutions技术(以下简称壳牌技术)的400万t/a加氢裂化装置的工艺流程、工艺原理及反应、技术特点和运行工况以及装置开停工、自动化控制等。
该装置采用炉后混油流程、分馏系统汽提塔和稳定塔采用双再沸器设计、反应注水部分循环利用等新技术,产品收率高,能耗少。
在原料密度和馏程相比设计值略小,精制和裂化催化剂平均反应温度比设计值低约20℃,反应器入口压力比设计值低,空速和氢油比与设计值相当的情况下,产品重石脑油、航煤和柴油中都不含烯烃,其硫含量、氮含量均小于或接近设计值;产品液体总收率为%,轻、重石脑油,航煤和柴油的总收率为%,中馏分油收率为%,气体收率仅为%,化学氢耗只有%。
这说明催化剂有较强的脱硫、脱氮和芳烃饱和能力,对中间馏分油的选择性较高,二次裂解少。
另外,产品馏程切割清晰,说明分馏部分的设计和操作合理。
正常生产能耗仅为设计值的73%,且低于2007年中石化加氢裂化装置能耗的最低值(t)。
关键词:
加氢裂化蜡油加氢催化剂加氢反应分馏轻石脑油重石脑油
ShellOilHydrocrackingProcessAndOperatingCharacteristics
Abstract:
Thispaperpresentsthe4000000t/aofhydrocrackingunitprocessprincipleandreaction,technicalcharacteristicsandoperatingconditionsaswellasdevicestartupandshutdown,automaticcontrolGlobalSolutionsTechnology(hereinafterreferredtoastheshelltechnology)whichisfirstintroducedthroughtheprocessoftheactualparticipationoflearningandpracticeofproductionplant.Thedeviceadoptsthefurnaceaftermixedoilflow,fractionationsystemstripperandstabilizationtowerwithdoublereboilerdesign,reactioninjectionpartsrecyclingandsomeothernewtechnologies,whichcanachievedhighproductyield,lessenergyconsumption.Comparedwiththedesignvaluesitissmallerthanintherawmaterialdensityanddistillation,refiningandcrackingcatalystaveragereactiontemperatureabout20℃lowerthanthedesignvalue,whatismore,thereactorentrancepressureislowerthanthedesignvalue,spacevelocityandratioofhydrogentooilandthedesignvaluebelowtheconditionofthesameproduct,heavynaphtha,aviationkeroseneanddieseloildoesnotcontainolefin,sulfurcontent,nitrogencontentislessthanorneartothedesignvalue;thetotalyieldofliquidproductis%,andthetotalyieldoflight,heavynaphtha,aviationkeroseneanddieselis%,thedistillateyieldis%,whiletheyieldofgasisonly%,chemicalhydrogenconsumptionisonly%.Thisshowsthatthecatalysthashighdesulfurization,denitrogenationandaromaticssaturationcapacity,highselectivitytomiddledistillates,andlesssecondarycracking.Inaddition,theproductrangecuttingisclearwhichcanprovethatthedesignandoperationoffractionationisnormal,Thenormalproductionandenergyconsumptionisonly73%ofthedesignvalue,andlowerthanthelowestenergyconsumptionin2007Sinopecplushydrogencrackingunitt).
Keywords:
hydrocrackingwaxoilhydrogenationgcatalysthydrogenationreactiondistillationlightnaphthaheavynaphtha
1公司及装置简介……………………………………………………………………1
公司概况…………………………………………………………………………1
装置概况…………………………………………………………………………1
2加氢装置工艺流程及特点…………………………………………………………3
装置工艺原理……………………………………………………………………3
加氢精制和加氢裂化…………………………………………………………3
反应器内主要包括加氢精制反应和加氢裂化反应…………………………3
装置工艺流程……………………………………………………………………4
反应部分………………………………………………………………………4
分馏部分………………………………………………………………………5
吸收稳定部分…………………………………………………………………5
技术特点…………………………………………………………………………5
3加氢装置运行工况…………………………………………………………………7
原料性质…………………………………………………………………………7
主要工艺参数……………………………………………………………………9
反应部分主要工艺参数………………………………………………………9
分馏工艺参数………………………………………………………………10
半成品、成品主要质量指标…………………………………………………10
物料平衡………………………………………………………………………13
能耗……………………………………………………………………………13
4装置开停工及自动化控制………………………………………………………14
装置开工………………………………………………………………………14
装置检查……………………………………………………………………15
投用公用工程系统…………………………………………………………15
催化剂装填…………………………………………………………………15
反应低压系统及分馏系统气密……………………………………………16
反应系统高压气密,催化剂干燥…………………………………………16
分馏系统冷、热油运………………………………………………………17
急冷氢试验与紧急泄压试验………………………………………………17
反应系统引低氮油,催化剂预硫化………………………………………17
反应分馏系统调整操作,各产品合格引出装置…………………………18
装置停工………………………………………………………………………18
反应系统停工………………………………………………………………18
低压系统停工………………………………………………………………19
吸收稳定系统水洗,氮气吹扫……………………………………………19
低压系统蒸汽吹扫…………………………………………………………20
低压系统蒸塔、蒸罐,C201碱洗…………………………………………20
公用工程停用,装置交付检修……………………………………………21
装置自动化控制………………………………………………………………21
工艺控制回路………………………………………………………………21
连锁仪表……………………………………………………………………22
5结束语……………………………………………………………………………22
参考文献……………………………………………………………………………23
附录…………………………………………………………………………………23
附1:
装置详细流程图……………………………………………………………24
附2:
装置中所有控制回路表格…………………………………………………29
附3:
装置内的各个联锁的名称及其作用………………………………………33
致谢………………………………………………………………………………35
1公司及装置简介
公司概况
中国海洋石油(以下简称中海油)炼化有限责任公司惠州炼化分公司(以下简称惠州炼化)是中海油总公司独资建设的第一座大型炼厂,位于广东省惠州市大亚湾开发区。
项目总投资195亿元,设计原油加工能力为1200万t/a,主要加工中海油在渤海开采的蓬莱19-3原油,是世界上首座集中加工海洋高酸重质原油的炼厂,同时也是目前国内已建成的单系列最大的炼厂。
惠州炼化一期项目包括常减压蒸馏、加氢裂化、延迟焦化、连续重整、PX等16套先进的主要生产装置,配套原油和成品油码头、储罐及公用工程系统、辅助生产设施等,生产汽油、航煤、柴油、苯、对二甲苯、液化气、丙烯、乙烯裂解料、硫磺、石油焦等15大类1150多万吨石化产品。
惠州炼油项目于2009年4月一次投产成功,为中国海油打造具有国际竞争力的一流能源公司奠定了坚实的基础。
装置概况
(1)惠州炼化一期项目蜡油高压加氢裂化装置(以下简称加氢装置)采用国内首套引进的壳牌工艺技术及CriterionCatalysts&.Technologies公司开发的配套催化剂,处理能力为400万t/a,年开工时间为8400小时,设计水力学弹性为设计原料进料量的60~110%,总能耗:
MJ/t(原料)即标油/t(原料)占地面积:
总占地公顷(即25500平方米),是目前国内单套处理能力最大的高压加氢裂化装置。
该装置于2009年4月建设投产,2009年9月8日至9日进行了装置标定,结果表明工艺及产品指标满足设计要求。
(2)该装置主要由反应部分、分馏部分、吸收稳定部分、PSA部分和公用工程以及辅助系统等部分组成。
其中反应部分可以分为原料预处理系统、原料升压系统、原料及氢气换热和加热系统、反应器系统、反应产物分离系统、循环氢压缩机系统和补充氢压缩机系统、注水系统。
分馏部分也可以分为硫化氢汽提塔系统、主分馏塔系统、柴油汽提塔和中段回流系统、航煤汽提塔和中段回流系统以及产品冷却系统等。
吸收稳定部分主要由吸收脱吸塔系统、脱丁烷塔系统、石脑油分馏塔系统和重石脑油脱硫等系统组成。
(3)设计范围:
该装置与200万t/a汽柴油加氢精制装置、360万t/a煤柴油加氢裂化装置和15万t/a制氢装置组成联合装置。
该装置的设计范围是蜡油加氢裂化装置边界线内全部设计内容,包括反应部分、分馏部分、吸收稳定部分、PSA部分和公用工程以及辅助系统等部分。
PSA单元由天一科技负责详细设计。
(4)设备概况见表1-2
表1-1设备概况
序号
名称
台数
1
塔
7
2
冷换设备
41
3
空冷器
86
4
加热炉
3
5
主要容器
38
6
机泵
52
7
透平
3
8
反应器
2
9
压缩机
11
10
原料过滤器
1套
11
PSA装置
1套
12
其它小型设备
48
小计
293
(5)装置内外关系
减二线蜡油、减三线蜡油和焦化蜡油都从罐区来,其中减二线蜡油的控制为原料油缓冲罐液位和流量串级控制,焦化蜡油和减三线蜡油为流量控制。
补充氢来自制氢氢气管网,装置内不设置补充氢压力高排放至重整氢系统的措施,该措施由制氢装置设置。
加氢尾油设置三路出装置,其中一路经过空冷器冷却后至215罐区,一路经过空冷器冷却后至218罐区,一路不经空冷器直接去催化裂化装置。
重石脑油分三路出装置,一路经过水冷器后去罐区,一路不经过水冷器直接去连续重整装置,另外一路跨重整生成油线至南厂区。
装置对外关系(包括开停工和正常操作)
在正常操作时装置原料油是来自218中间原料油罐区,氢气自1#氢气管网来。
装置液体产品用泵送出装置,气体产品去脱硫装置。
装置加热炉所需燃料气来自管网。
装置生产及照明用电由2#区变电站供给。
装置内循环冷水、循环热水、新鲜水、消防水均为带压进出。
装置内排出的含硫酸性水送至酸性水汽提装置处理,含油污水送至南厂区污水处理厂处理。
装置用N2由系统以(g)和(g)两个等级供给,设二根供N2线。
该装置有(g)蒸汽、(g)蒸汽、(g)蒸汽和0.5MPa(g)蒸汽四个等级的蒸汽管线,均来自运行五部动力站。
非净化风由全厂系统供给,供服务点、开停工及检修用。
净化风由系统管网供给。
除盐水由系统供给。
装置紧急放空及安全阀等排放的含有烃类、氢气等介质的气体均排至火炬管线与全厂系统管线相连。
2加氢装置工艺流程及特点
装置工艺原理
加氢精制和加氢裂化
(1)加氢精制是指在催化剂和氢气存在下,石油馏分中的含硫、含氮、含氧化合物发生加氢脱硫、脱氮、脱氧反应,含金属的有机化合物发生氢解反应,同时,烯烃发生加氢饱和反应。
在有些情况下,也会发生芳烃的加氢饱和反应。
(2)工业加氢裂化反应的主要生产目的是将重质馏分油、渣油转化成轻质油。
加氢裂化采用的是具有加氢和裂化两种作用的双功能催化剂。
其加氢功能由金属活性组分提供,而其裂化功能则由具有酸性的分子筛或其他酸性载体所提供。
所以烃类的加氢裂化反应及产物分布与催化裂化的很相似,只是由于加氢活性中心的存在,加氢裂化反应的产物基本上是饱和的,而且大部分含硫、含氮化合物等杂质都被除去,因此其产品的质量好。
(3)加氢精制与加氢裂化的主要不同点在于它是在较缓和的反应条件下进行,原料的平均分子量及分子的碳骨架结构的变化很小。
加氢裂化反应与催化裂化反应的另一个重要差别是,在催化裂化条件下,多环芳烃首先吸附于催化剂的表面上,随即脱氢缩合成焦碳,使催化剂迅速失去活性;而加氢裂化过程中多环芳烃可以加氢饱和转化为单环芳烃,很少或基本上不会生成焦碳,催化剂的寿命可延长至数年。
反应器内主要包括加氢精制反应和加氢裂化反应。
(1)脱硫、脱氮、脱氧的氢解反应。
(2)烷烃加氢裂化:
生成分子量更小的烷烃,其通式为:
CnH2n+2+H2→CmH2m+2+Cn-mH2(n-m)+2
正构烷烃裂化特点是随着正构烷烃的沸点的提高,裂化反应速度明显提高,这是因为较重组份在催化剂上的吸附强于轻组份,就使得重组份加氢裂化速度比轻组份表现的快;重组份与轻组份中的C-C键键能不同,越轻所需要活化能越大。
(3)烷烃的加氢裂化反应:
烃类分解成分子量较小的烷烃和烯烃,生成
烯烃又加氢饱和。
烯烃还可以环化。
(4)烯烃和芳烃的加氢饱和反应。
(5)烷烃和烯烃异构化反应:
从而使加氢产物中异构烃与正构烃的比值较高。
两环以上的环烷烃,发生开环裂解、异构,最终生成单环环烷烃及较小分子的烷烃。
(6)环烷烃开环反应:
脱烷基、六圆环异构和开环反应。
(7)多环芳烃加氢裂化:
逐环加氢、开环(包括异构)和脱烷基等一系列平行、顺序反应,多环芳烃很快加氢生成多环环芳烃(苯环本身加氢较慢),环烷环发生开环,继而发生异构化、断侧链(脱烷基)反应,生成苯类和小分子烷烃混合物。
(8)加氢裂化副反应:
发生分解产物的缩合反应,以及稠环芳烃的进一步缩合反应,这些反应将导致焦炭在催化剂上的沉积。
不过在较高的氢分压下,这类反应将受到一定程度的抑制。
装置工艺流程
加氢装置设计加工常减压装置的减二线蜡油和减三线蜡油以及焦化装置蜡油的混合原料(混合比例为:
:
20),采用单段1次通过流程,在高温高压和氢气以及催化剂的作用下先脱除原料中的硫、氮、金属等杂质,然后进行加氢、裂化、芳烃饱和和开环等反应,生产出轻重石脑油、航煤、柴油和加氢尾油等高附加值产品。
原则流程见图1(附1:
装置详细流程图)
反应部分
来自常减压装置的减压蜡油和焦化装置的焦化蜡油进入原料油中间罐,经过泵升压、过滤除去杂质后进入滤后原料油罐。
原料油经反应进料泵升压分成两路分别进入两个系列的反应系统,每路原料油换热后,与加热的氢气混合,进入反应器,在催化剂的作用下进行加氢精制和加氢裂化等反应。
为控制反应温度,每个床层之间设有冷氢点。
两个系列反应产物自反应器流出后分别换热,然后混合进入热高压分离器,进行气、液分离。
液体降压后去热低压分离器。
热高分气体换热冷却后进入冷高压分离器进行汽、液、水分离。
为了防止铵盐结晶,在热高分气空冷器前注水。
冷高压分离器顶部出来的气体作为循环氢去循环氢压缩机循环回反应系统。
热低压分离器中的液体直接进入分馏系统。
热低压分离器的气体经过换热和冷却后进入冷低压分离器。
冷高压分离器的水、油降压后分别混合后进入冷低压分离器。
冷低压分离器顶部气体去脱硫装置。
补充氢经过补充氢压缩机升压后与循环氢混合先与热高分气换热,然后分成两路,分别进入两个系列的反应系统。
分馏部分
分馏部分设置硫化氢汽提塔、分馏塔、侧线汽提塔和分馏进料加热炉。
热低分油直接进入硫化氢汽提塔,冷低分油经过换热后进入硫化氢汽提塔。
硫化氢汽提塔顶气体去吸收稳定部分。
硫化氢汽提塔塔底油经泵送入分馏进料加热炉加热后至分馏塔。
分馏塔切割出混合石脑油、航煤、柴油和循环油。
分馏塔设置三个中段回流,两个侧线汽提塔。
吸收稳定部分
吸收稳定部分由吸收脱吸塔、稳定塔和石脑油分馏塔组成。
来自分馏部分的硫化氢汽提塔顶气体和分馏塔的混合石脑油进入吸收脱吸塔。
塔顶气体去脱硫装置。
吸收脱吸塔底油进入稳定塔脱除液化气组分后进入石脑油分馏塔。
稳定塔顶为含硫液化气产品。
石脑油分馏塔塔顶为轻石脑油产品,塔底为重石脑油产品。
技术特点
与其他加氢裂化装置相比,壳牌工艺具有以下技术特点:
(1)在高压泵出口总管和分支的管路上采用了不同型号的单向阀;在高压控制阀门的隔离上采用了双阀。
(2)在加热炉设计上采用了大火盆的自动点火形式,配有火焰检测仪、看火孔等。
加热炉点火应首先确认各瓦斯火嘴、常明灯双阀关闭,引瓦斯至炉前排凝、放空置换N2,分析炉膛内爆炸气合格(氧含量<%),关闭炉膛吹扫蒸汽,采样分析炉膛内爆炸气(烃+氢)含量<%为合格;点燃各火咀常明灯燃料气压控阀改手动后稍开,点燃主火咀,在点第一盏长明灯时,若长明灯手阀打开10秒钟还点不着,则认为点火失败,必须重新吹扫炉膛,直到炉膛分析合格后方可重新点火。
调整二次风门及挡板,使火咀火焰短齐明亮并呈兰色。
加热炉在实际生产过程中要注意两个问题:
一是保持一定的炉膛负压。
因为加热炉的负压对操作影响很大,负压过大,烟气中过剩空气量增加,所以带走的热量增加,降低炉子的热效率,同时还会造成炉管的氧化加剧;负压过小,导致燃烧不完全,也降低了炉子的热效率。
一般炉膛负压应保持在-5~-10mmH2O,烟道挡板开度增大还不能增加抽力,则应该减少燃料量和降低加热炉的负荷。
二是防止加热炉回火。
由于燃料气带油等各种原因导致加热炉膛内的气体产生正压,使火焰从炉膛内喷出或炉膛爆炸、炉体内耐火衬里脱落等。
一般防止回火要求严禁瓦斯带液,加强分液罐的脱水工作,保持烟道挡板合理开度,保证炉膛负压在正常范围(-5~-10mmH2O),炉子点火或点火失败时,用蒸汽吹扫10~15分钟,炉膛气体分析合格,另外发现火咀堵塞或不畅通,及时清理。
(3)反应部分采用两个反应器系列并联方案,每个反应器系统由原料和氢气与反应产物换热,氢气加热炉和反应器组成,两个反应器的反应产物在热高压分离器前混合。
每个系列设置一台反应器,每台反应器设置六个床层,精制催化剂和裂化催化剂设置在同一反应器中。
反应器内构件采用HD分配器,气液分配均匀;采用超平急冷分配器,反应体积利用率高且急冷效果好;内构件的连接形式将常规的螺栓式改为了楔子式,降低了安装和拆卸的施工难度,节约了检修时间;反应器内部入口过滤器的独特设计,可有效降低反应器的压降。
(4)采用了低分子筛/无定形催化剂Z3723以及抗氮性能好的精制剂Z503。
本装置采用的催化剂来自CriterionCatalyst和Zeolyst公司,所用的催化剂按照装填方案六个床层分别装有保护剂Optitrap,精制剂DN3551,精制剂DN3551和Z503,裂化剂Z3723,裂化剂Z3723,裂化剂Z3723和后精制剂DN3551。
按照Criterion公司网站的介绍,DN-3551为采用Criterion的Ascent技术制备,应用广泛的Ni-Mo催化剂,用于缓和后精制与加氢处理,包括生产食品级石蜡。
ZeolystZ-3723为非贵金属加氢裂化催化剂,具备高活性、中间馏份油灵活性加氢裂化催化剂,其加氢与脱硫活性大大提升。
ZeolystZ-503为非贵金属加氢裂化/缓和加氢裂化催化剂,对中间馏份油有非常高选择性的加氢裂化/缓和加氢裂化催化剂。
广泛应用于加氢裂化装置预精制段,与精制催化剂组合装填在一起。
另外,加氢裂化装置原料中氮含量高,硫相对较低,因此没有设置循环氢脱硫塔,
(5)反应部分采用炉后混油方案,这种流程特别适合处理量大,氢油比高的加氢裂化装置。
反应产物分离流程采用热高分流程,可充分利用反应产物带出的热量,减少换热器面积,降低反应加热炉负荷,并且设置液力透平,利用冷高分D105排出的部分液体驱动液力透平来带动原料进料泵运转,起到减少原料进料泵电机功率、回收冷高压分离器排出液体差压能量的作用。
加氢裂化反应加热炉混氢分为炉前混氢和炉后混氢,两种混氢方式有各自的特点。
在单纯液相流的炉内,流速的选择主要考虑减少压降和避免结焦两个方面。
流速高,可以达到有条不紊,降低油膜温差,避免局部过热;同时可起到冲刷作用,使焦层脱落快,对避免结焦有利。
但压降与流速平方成正比,过高的流速不仅增加了泵的电耗,还可能使加热炉上游的设备和配件压力等级升高,使一次投资增加。
反之,降低流速,特别是流速低到出现层流状态时容易产生偏流,结焦甚至导致炉管烧穿。
炉前混氢的加热炉,在气—液两相流的炉管内,为避免结焦,流速(混合流速)要达到环雾流。
或加大氢油比来保证高流速
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- 关 键 词:
- 蜡油 加氢裂化 工艺 运行 特点