苯加氢项目培训教材.docx

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苯加氢项目培训教材

苯加氢项目培训资料

加氢单元工艺技术

一、概述

1概述

加氢精制单元包括粗苯预分馏系统、加氢反应系统、稳定塔系统。

粗苯预分馏系统主要设备为预分馏塔。

加氢反应系统主要设备包括一段反应器、二段反应器、氢气压缩机、反应加热炉、循环氢加热炉和循环氢洗净塔。

稳定塔系统主要设备为稳定蒸馏塔。

粗苯原料在加氢单元先经过预分馏系统脱除重苯，然后经加氢系统，在催化剂的作用下，不饱和化合物和含有硫、氮、氧的杂质组分别发生加成反应和氢解反应，而被脱除。

接下来经过稳定塔系统将加氢油中的轻质组分如甲烷、硫化氢等脱除，最终将满足产品生产要求的C5-C8馏份送至萃取蒸馏单元。

2基本定义

加氢-一种烃类加氢的化学工艺，用于脱除污染物和使碳键饱和。

此套装置具体作用是去除硫和氮、链烯烃和双烯烃双键的饱和，但芳烃双键有限饱和。

催化剂-一种增加一个反应开始发生化学变化的速度的物质。

Axens公司使用氧化铝为载体的粒状和长粒状钴/氧化钼和镍/氧化钼为催化剂。

芳烃化合物-一种非常稳定、难以处理的环状HC（烃）。

可能有侧链，例如在枯烯和苯乙烯中都有侧链。

在石脑油中，只存在单环（单芳香烃），但也可能有微量的双环芳香烃存在，例如萘。

链烯烃/二烯烃-不稳定链状HC，在碳和氢气之间有一个或两个双键。

特别是在高温或有氧气存在时，可通过聚合作用形成胶类。

严苛性-用于达到理想产品质量的反应器条件。

高压高温和低空间速度可视为更加严苛的条件。

H2/HC比例-进入反应器的总氢气流量与进入反应器的总HC进料量之比。

该比例越高，成焦反应越少。

3加氢原理

3.1主要反应

－脱硫-氢气与烃中的硫反应形成硫化氢。

并饱和环中硫腾出的位置。

这些条件很容易达到。

－饱和－就是将氢插入双C/C键。

这一快速反应要求不但有温和的操作条件，而且还要有高放热量（即反应热）。

当进料中二烯烃的含量较高时，该反应将在一个独立的反应条件严苛性不高的反应段进行。

这样可以避免温度剧增和催化剂床层的拥塞。

-脱氮与脱硫类似，但由于涉及反应动力学而更加困难。

氮既可以在6-碳，也可以在5-碳芳香环结构内。

6-碳指的是最难脱除的“碱性”氮化合物。

在石脑油中是吡啶化合物。

“非碱性”氮化合物与5-碳碱性结构有关，略微容易饱和。

脱氮反应趋向于确定这类加氢反应条件严苛性的要求。

-芳香饱和：

由于芳香烃是需要的产物，故而是一种最困难且不受欢迎的反应。

需要仔细选择反应条件的严苛性，以便在没有任何不必要的芳烃含量损失的条件下实现需要的反应。

3.2催化剂

-结构上加氢催化剂属于一种携带氧化镍和氧化钼的多孔氧化铝载体材料。

与钴相比，镍在脱氮反应中表现更好。

活性金属晶格点即为各种反应的位置，反应在有大量多余氢气的条件下发生，从而降低成焦。

-NiMo和CoMo催化剂都在COLO加氢装置中使用。

-由于不可避免地存在一些积焦，因而会使载体的孔隙结构逐步堵塞，进而降低催化剂的活性。

最后，必须增加严苛性来保持产品质量，但同时又趋于加速成焦反应。

-反应系统将在催化剂再生停止或需要更换时达到最高设计温度（机械或反应限制）。

但这样的情况在正常运行情况下，至少12个月内不应该发生，特别是COLO之类的轻原料更应如此。

影响催化剂选择性的其它因素有：

再生后的活性恢复；压碎强度；压降；选择性。

3.3严苛性

指反应器内达到理想反应要求的条件。

有三个参数需要考虑：

a.温度-指加氢装置操作中的调整选择。

在反应需要的最低温度开始运行，然后在整个运行阶段非常缓慢地增加温度。

如果增加过快，将导致加速成焦。

b.压力-可以增加压力提高严苛性，但实际应用中，压力已根据基本工艺设计设置，只能降低。

如果压力较低，将会降低氢气的分压，依次又导致焦化。

因此，压力需要保持稳定在其设计值。

c.驻留时间-按照实际催化剂床层上标准进液量（设计依据）的“空间速度”测量的一个值。

如果进液量下降，那么驻留时间便增加，（空间速度降低）。

这意味着严苛性增加，反应进行的时间更长，因此需要降温补偿。

d.H2/HC比例则是进入反应器的总循环氢气流量与总进料量之比，可使用w/w（重量比）或v/v（体积比）。

大蒸发量和严苛操作条件时，该比例应更高，否则便会促进焦炭形成。

设计选择的循环流量为该比例与压缩成本之间的一个折衷值，一般而言，除非是为了要满足进料速度，否则不应降低。

工艺目标是在反应器内保持一个特定的氢气分压。

e.进料的相位-第一台反应器主要是需要低H2/HC比例的液相。

二、工艺流程

1预分馏工序

COLO加氢装置的进料是钢铁制造过程的副产品，它由富含芳烃的物料组成，同时还含有硫、氮、烯烃和二烯烃。

该物流由C4到C10+之间的烃类组成。

COLO加氢装置的设计处理量是12,500千克/小时或10万公吨/年，年开工率为8,000小时。

界区外来的进料供应压力为35kPaG、温度为15oC。

进料由COLO进料泵P-2101A/B输送，在流量控制下送入预分馏塔C-2101。

进料要通过COLO进料过滤器F-2101A/B，以除掉贮存时产生的腐蚀产物或进料中的任何其它颗粒物。

COLO进料在预分馏塔/反应器出料换热器E-2101的管程由二段反应器出料进行预热。

COLO进料的流量控制阀位于预分馏塔进料/反应器出料换热器之后。

预热后的进料与来自二段反应器进料汽化罐的小股液体物料混合后，进入预分馏塔。

预分馏塔进料中要注入阻聚剂，以防C9+物料发生聚合反应。

预热后的COLO进料进入预分馏塔C-2101第30块（从塔顶向下数）塔盘。

预分馏塔有40块浮阀塔盘，设计成脱除反应器进料中的所有C9+物料，同时最小化C6~C8芳烃和苯乙烯损失，苯乙烯在反应段转化成乙苯。

C9+物料从反应器进料中被脱除，因为这种物料会加速反应器老化并增加反应苛刻度。

预分馏塔在真空条件下操作，塔顶压力为50kPaA，以免塔底过热。

尽管化合物异丙苯（枯烯）没有在进料中列出，但是因为这种化合物会给下游装置带来一些问题，所以预分馏塔还是设计成把这种化合物从反应器进料中脱除掉。

从预分馏塔出来的塔顶气体在预分馏塔冷凝器E-2102的壳程用冷却水进行冷凝，然后送到预分馏塔塔顶罐D-2102。

缓蚀剂在预分馏塔塔顶冷凝器的上游注入。

三相物料（即气体、烃液和水）在预分馏塔塔顶罐中进行分离。

预分馏塔塔顶罐还提供反应器进料的缓冲时间。

从预分馏塔塔顶罐出来的气体送入预分馏塔真空系统P-2107（它提供预分馏塔及其相关设备的真空）。

预分馏塔真空系统由一台液环真空泵、一台回流冷却器和一个分离罐（它把冷凝烃与水分离开）组成。

烃循环返回预分馏塔塔顶罐。

预分馏塔塔顶罐气体与真空泵排出的循环气体混合。

预分馏塔的压力由一个分程压力控制器控制，该控制器调节送往液环真空泵进口的循环气体流量，或调节注入系统的氮气量。

预分馏塔塔顶罐配有一个脱水包，以收集随进料带入的任何水，并把收集到的水送到排凝系统。

预分馏塔塔顶罐的标高由克服真空下罐与排凝系统之间的压差所需的液体静压头所决定，在略高于大气压下操作。

通常，进料中没有水，脱水包上配备一个开/关式液位控制器。

来自预分馏塔塔顶罐的烃液分成两股，即预分馏塔回流和反应器进料。

预分馏塔回流经预分馏塔回流泵P-2102A/B在流量控制下泵送回预分馏塔。

由反应器进料泵P-2103A/B，反应器进料在流量控制（由预分馏塔塔顶罐上的液位控制器重新设置）下泵送到反应工序。

流量控制阀位于反应器进料过滤器F-2102A/B的下游。

在反应器进料泵的排出口上设置泵最低流量旁路管线，以保持到泵的流量大于该泵的最低流量要求。

设计中配置了一组过滤器，即反应器进料过滤器F-2102A/B，以除掉反应器进料中有可能存在的任何颗粒。

推荐采用滤芯型过滤器，正常操作中，过滤器一台运行，一台备用。

提供的配管布置应能使一台过滤器停运，而另一台过滤器运行。

两台过滤器还要配置一条旁路管线，以防两台过滤器都需要打旁路。

预分馏塔C-2101

预分馏塔有40块浮阀塔盘。

进料引到第30块塔盘（从塔顶向下数）上。

预分馏塔在真空下操作，以限制塔底温度，避免聚合物生成而使再沸器结垢。

真空由预分馏塔真空系统提供。

C5-C8切割馏份（反应器进料）是来自预分馏塔塔顶罐的馏出产物。

预分馏塔用强制循环再沸器中的导热油再沸。

预分馏塔按基础工况设计。

预分馏塔设计成当枯烯（异丙基苯）给抽提蒸馏装置带来问题时，回收C9+产物（塔底产物）中的枯烯。

预分馏塔条件如下：

工况

基础工况

SOR（运行期初）

EOR（运行期末）

压力分布

回流罐

kPaA

塔顶

kPaA

塔底

kPaA

塔的DP

kPa

温度分布

回流罐

°C

塔顶

°C

塔底

°C

再沸器入口

°C

再沸器出口

°C

回流比

回流/馏出物比

重量/重量

回流/进料比

重量/重量

产品速率

放空气

标准m3/hr

C5–C8反应器进料（馏出产物）

标准m3/hr

C9+产物（塔底产物）

标准m3/hr

2反应工序

反应工序的进料由C5-C8烃类组成，它富含苯、甲苯和C8芳烃，但也含有链烷烃、环烷烃、烯烃和二烯烃。

对于基础工况，反应工序的进料速率大约是11,550千克/小时。

反应器进料与来自补充氢压缩机K-2102A/B的补充气合并。

一段和二段加氢反应器R-2101/R-2102所需的全部补充氢在一段加氢反应器上游引入，以达到两个反应器所需的最低氢分压。

补充氢受流量控制（由位于从冷分罐D-2103出来的气体管线上的压力控制器重新设置）。

在一段反应器进料/二段反应器出料换热器E-2105的管程，液体进料和补充氢混合料用二段加氢反应器R-2102的出料进行加热。

用一段反应器进料预热器E-2106的导热油，把反应器进料在管程加热到所需的反应器入口温度。

由一段加氢反应器入口处的温度控制器调节导热油流量，来调节反应器入口温度。

当反应器入口温度达到一段反应器进料预热器E-2106的上游温度时，可相应调节位于一段反应器进料/二段反应器出料换热器E-2105壳程的温度控制器。

一段加氢反应器R-2101是主要在液相条件下操作的向下流动的反应器。

一段加氢反应器装填的是HR-945催化剂（分配在2个床层上）。

在一段加氢反应器中，二烯烃被加氢饱和成烯烃、苯乙烯被加氢饱和成乙苯。

少量的烯烃被加氢饱和，少量的硫和氮从进料中脱除。

在汽化罐进料/二段反应器出料换热器E-2107的管程，一段加氢反应器出料与二段加氢反应器出料进行换热而被加热。

部分汽化的一段反应器出料送入一段反应器出料汽化罐D-2102。

一段加氢反应器R-2101

一段加氢反应器需要的催化剂总量分配在两个床层上，每个床层容纳50%的催化剂需要量。

此反应器中装填的是HR-945催化剂。

二烯烃和苯乙烯分别被加氢饱和成烯烃和乙苯。

脱除这些化合物将可以防止下游设备中发生结垢。

选择一段加氢反应器的操作压力，以使汽化最小化。

反应器为向下流动反应器，主要在液相条件下操作，这会防止反应器内发生结垢。

在EOR（运行期末）操作期间，本反应器内的汽化限制为反应器出口处为20%（重量）。

一段加氢反应器操作条件如下：

工况

基础工况

SOR（运行期初）

EOR（运行期末）

入口

温度

°C

压力

kPaG

出口

温度

°C

压力

kPaG

DT

°C

WABT（加权平均床层温度）

°C

DP

（1）

kPa

LHSV（液时空速）（2，3）

hr-1

H2消耗量

%（重量）进料

H2消耗量

标准m3/标准m3

氢分压（入口）

kPaA

氢分压（出口）

kPaA

H2进料速率（100%H2）

标准m3/标准m3

空速（LHSV）为15°C温度下烃液进料的体积量（单位为m3/hr）除以催化剂体积（单位为m3）。

在二段反应器进料汽化罐D-2102中，一段反应器出料与经循环氢火焰加热器H-2102加热到400oC的热循环氢接触而被全部汽化。

通过调节进入二段反应器进料汽化罐的温度或汽化比，并且调节汽化罐进料/二段反应器出料换热器的旁路，来调节二段反应器进料汽化罐的液位。

或者，可调节循环氢火焰加热器出口温度，来改变罐的液位。

从二段反应器进料汽化罐出来的液体经手动控制阀送到预分馏塔C-2101，定期（例如一周一次）采用这种方法，以清除像聚合物这样的高沸点组份。

高沸点组份回收到预分馏塔的C9+产品中。

这股液体物料不用于此罐的液位控制。

二段反应器进料汽化罐D-2102

配置一台二段反应器进料汽化罐，通过把反应出料与热循环气混合，使一段加氢反应器R-2101的反应出料完全汽化，送至二段加氢反应器。

通常换热器在露点下由于聚合物的出现或形成而发生结垢，二段反应器进料汽化罐防止了这种换热器结垢。

连续抽出一小股液体物流可防止聚合物在液相积聚。

该股抽出物流与进料混合，送入预分馏塔，以把这些重组份从C9+产物中脱除掉。

热循环气用一个喷射器引入二段反应器进料汽化罐，这使得热气体与混合相出料进行直接接触传热。

热循环气预热到400oC，预热速率固定以提供最低15oC的过热。

提供一小股连续的热循环氢气旁路物流，以确保二段反应器进料汽化罐出口管线内不会发生冷凝。

旁路管线按喷射器氢气流量的10%定尺寸。

二段反应器汽化罐的操作条件如下：

因为此容器中的蒸发比较重要，附某些蒸发曲线说明非正常运行工况时的蒸发情况，包括热量和物料平衡。

但是，蒸发曲线是用正常的炼焦炉轻油进料产生的，而且循环气体组成成分相同。

工况

基础工况

SOR（运行期初）

EOR（运行期末）

烃进料

速率

kg/hr

汽化

%（重量）

温度

°C

压力

kPaG

循环氢

流量

kg/hr

流量

标准m3/标准m3

温度

°C

压力

kPaG

罐

温度

°C

压力

kPaG

露点

°C

过热

°C

蒸发罐D-2102，不同压力时流出物露点与循环气体比

补充氢气速度=51.6Nm3/标准m3液体进料

①温度℃②循环气体与液体进料比Nm3/标准m3

温度℃

循环气体与液体进料比Nm3/标准m3

各种压力下的R-2101流出物蒸发曲线

补充氢气速度=51.6Nm3/标准m3液体进料

①液体重量百分比②温度℃

液体重量百分比

温度℃

在二段反应器进料/出料换热器的管程，从二段反应器进料汽化罐出来的气体经二段反应器出料加热。

用反应器进料火焰加热器H-2101，把二段反应器进料加热到所需的反应器入口温度。

反应器进料加热器H-2101工况：

情况

基本情况

SOR

EOR

进口温度

0C

出口温度

0C

进口压力

kPaG

吸收负载

MW

二段加氢反应器R-2102是一台在气相条件下操作向下流动的反应器。

二段加氢反应器包括两个HR-406催化剂床层。

在二段加氢反应器中，脱除掉残余的硫化物和氮化物，生成H2S和NH3。

进料中的所有烯烃都被加氢饱和成相应的链烷烃。

二段加氢反应器R-2102

二段加氢反应器R-2102包括两个装有HR-406催化剂的床层。

在该反应器内发生加氢脱硫和加氢脱氮。

反应器在气相条件下操作。

通过混合相进料与热循环气在二段反应器进料汽化罐内接触，反应器进料完全汽化。

在第一和第二床层之间提供一股循环气急冷物流，以便把EOR（运行期末）操作时的反应器出口温度限制到357oC。

对反应器操作压力和循环H2的循环率进行了规定，以维持最低的氢分压，并确保硫和氮已得到充分脱除。

反应器操作条件如下：

工况

基础工况

SOR（运行期初）

EOR（运行期末）

压力

入口

kPaG

出口

kPaG

允许的总DP

kPa

温度

入口

°C

出口

°C

DT

°C

WABT（加权平均床层温度）

°C

氢分压

入口

kPaA

出口

kPaA

LHSV（液时空速）

1/hr

循环率，100%H2/反应器进料

标准m3/标准m3

循环率，总量/反应器进料

标准m3/标准m3

化学H2耗量，100%H2

标准m3/标准m3

通过在二段反应器进料/出料换热器E-2108的壳程，预热二段反应器进料；在汽化罐进料/二段反应器进料换热器E-2107的壳程，预热一段反应器出料；在一段反应器进料/二段反应器出料换热器E-2105的壳程，预热一段加氢反应器的进料，二段加氢反应器出料得到冷却。

在一段反应器进料/二段反应器出料换热器下游，二段加氢反应器出料与洗涤水混合，以溶解所有的盐，有亚硫化铵（NH4HS）和/或氯化铵（NH4Cl），它们有可能在冷却出料时沉淀。

一段反应器进料/二段反应器出料换热器出口处有一个温度控制器，它把温度维持在大约205oC。

因为盐沉淀不大可能发生，所以此温度变化很小。

有水存在时，任何沉淀出的盐都会被快速地溶解，防止设备结垢。

去装置的洗涤水受流量控制。

洗涤水的流量可以调节，只要酸性水的盐含量<4%（重量）。

大于此浓度，腐蚀速率很高。

通过在预分馏塔进料/反应器出料换热器E-2101的壳程对预分馏塔进料进行预热，以及最终经二段反应器出料冷凝器E-2109（它是一个水冷换热器），二段反应器出料得到进一步冷却。

预热工序

反应器预热由一段反应器进料/二段反应器出料换热器E-2105、汽化罐进料/二段反应器出料换热器E-2107以及二段反应器进料-出料换热器E-2107提供。

去一段和二段加氢反应器的烃/H2进料混合物用二段加氢反应器出料加热。

出料被冷却到205oC，与洗涤水混合，以防硫化氢铵（NH4HS）和氯化铵（NH4Cl）盐沉淀生成，如果没有水去溶解这些盐，就会导致设备结垢。

提供E-2107旁路物流，以控制二段反应器进料汽化罐的入口温度；提供E-2105旁路物流，以控制一段加氢反应器的入口温度。

预热工序换热器的操作条件如下：

工况

基础工况

SOR（运行期初）

EOR（运行期末）

一段反应器进料/二段反应器出料换热器E-2105

进料（管程）入口温度

°C

进料（管程）出口温度

°C

二段反应器出料（壳程）入口温度

°C

二段反应器出料（壳程）出口温度

°C

总负荷

MW

汽化罐进料/二段反应器出料换热器E-2107

一段反应器出料（管程）入口温度

°C

一段反应器出料（管程）出口温度

°C

二段反应器出料（壳程）入口温度

°C

二段反应器出料（壳程）出口温度

°C

总负荷

MW

二段反应器进料/出料换热器E-2108

二段反应器进料（壳程）入口温度

°C

二段反应器进料（壳程）出口温度

°C

二段反应器出料（壳程）入口温度

°C

二段反应器出料（壳程）出口温度

°C

总负荷

MW

冷却的二段反应器出料进入冷分罐D-2103。

在该冷分罐内，三相物料进行分离。

含有NH4HS和NH4Cl的水相，在液位控制下被脱除，与稳定塔C-2103顶部抽出的水混合，被送出界区。

这两股物料组成了离开本装置的总酸性水。

从冷分罐出来的液相烃，与来自H2S吸收塔C-2102和循环气压缩机气液分离罐D-2104的烃产物混合后，在液位控制下送到稳定塔C-2103。

通过调节进入反应工序的补充氢流量，或通过一个手动开关选择用于控制的物流来调节离开反应工序的清除气体流量，由冷分罐气体管线上的压力控制器来维持反应工序的压力。

通常，没有清除，补充氢气流量用于压力控制。

冷分罐D-2103

来自二段反应器出料的混合相物流收集在冷分罐D-2103中。

在此冷分罐内，循环氢从液体产物中被分离出来。

冷分罐设计成带一个脱水包的卧式罐，以达到良好的烃/水分离。

还配备了一个聚结垫，以增进水的分离。

从冷分罐出来的烃液送至稳定塔。

整个反应回路由位于冷分罐的泄压安全阀（PSV）保护。

装置紧急降压阀也位于此罐上。

工况

基础工况

SOR（运行期初）

EOR（运行期末）

冷分罐

温度°C

压力kPaG

离开冷分罐的气相烃在分离罐后冷凝器E-2110壳程经冷冻水冷却。

从冷分罐出来的冷却物流含有冷凝的液态烃。

该混合相物流送到H2S吸收塔C-2102塔底，分离出循环气中的所有液体。

在H2S吸收塔中，充分脱除循环气中的H2S。

在H2S吸收塔中，循环气与来自稳定塔底的冷循环物料接触。

H2S吸收塔有两个填料段。

稳定塔底物流不含任何H2S，它溶解一些循环气中的H2S。

循环气物流和稳定塔循环物流保持低温，以把更多的H2S溶解在液体中。

稳定塔循环物流受流量控制，在稳定塔塔底物循环冷冻器E-2116壳程用冷冻水冷却。

在流量控制下，抽出H2S（含有吸收塔底出来的液态烃），与冷分罐的烃物流混合，送到稳定塔。

H2S吸收塔C-2102

H2S吸收塔C-2102是一个填料塔，用于把来自冷分罐的循环气中的H2S给汽提出去。

H2S吸收塔使来自稳定塔塔底的冷循环烃物料与循环气接触，然后循环气送入二段加氢反应器。

离开H2S吸收塔的气体产物配备了一个破沫器，以促进气/液分离。

H2S吸收塔操作条件如下：

工况

基础工况

SOR（运行期初）

EOR（运行期末）

H2S吸收工段

液相进料温度

°C

气相进料温度

°C

液体产物温度

°C

气体产物温度

°C

液体产物H2S含量

H2S含量

ppm（重量）

气体产物

H2S含量

ppm（摩尔）

来自H2S吸收塔的循环气引到循环气压缩机气液分离罐D-2104。

部分来自循环气压缩机气液分离罐的气体，可在流量控制（由冷分罐气体管线上的压力控制器经手动开关重新设置）下予以清除。

其余的气体引至循环气压缩机K-2101A/B的吸入口。

通常反应器工段没有高压清除。

但是，在催化剂硫化期间，有可能采用此清除物流来保持反应器入口处的氢气组份大于50%（摩尔比）。

循环气由循环气压缩机K-2101A/B压缩。

循环气送到循环氢火焰加热器H-2102的入口。

此条管线上的流量控制来调节压缩机回流流量，以维持循环氢火焰加热器所需流量。

第二股循环气物流用作二段加氢反应器的急冷料。

急冷物流受流量控制（由二段加氢反应器的第二催化剂床层上的温度控制器重新设置）。