半再生催化重整裝置貧料和富料工藝流程的選擇

劉傳強， 李小娜

（中國石油華東設計院，山東 青島 266071）

半再生催化重整裝置貧料和富料工藝流程的選擇

劉傳強， 李小娜

（中國石油華東設計院，山東 青島 266071）

以2套100 kt/a半再生催化重整裝置為例，從預分餾、氫氣流程以及重整產(chǎn)氫提純方案工藝流程進行討論分析，發(fā)現(xiàn)對貧料裝置宜采用預加氫氫氣循環(huán)和重整產(chǎn)氫再接觸流程，對富料宜采用先分餾后加氫和重整產(chǎn)氫一次通過式流程。

催化重整； 半再生； 預處理； 再接觸

催化重整是以石腦油為原料生產(chǎn)高辛烷值汽油組分和芳烴的主要過程之一，就其工藝而言可分為半再生重整、循環(huán)再生重整和連續(xù)再生重整三大類。半再生式重整具有裝置投資小、操作費用低、適于不同的生產(chǎn)規(guī)模等特點，在重整工藝中仍占有重要地位[1]。由于受生產(chǎn)周期限制，半再生重整一般操作苛刻度相對較低，操作條件受原料的芳潛影響較大。本文以規(guī)模均為100 kt/a加工貧富不同原料油的兩套半再生重整裝置為例，就原料預分餾、氫氣流程和重整產(chǎn)氫提純方案進行分析，以選取最合理的設計方案。

1 原料及操作條件

裝置的原料為直餾石腦油和部分加氫汽油，主要生產(chǎn)高辛烷值汽油組分，原料性質見表1。A裝置為貧料，芳潛僅有29.42%，其中環(huán)烷烴和芳烴含量較低，烷烴含量高，原料組成不利于提高汽油收率和氫氣產(chǎn)率，是一種較差的重整原料。B裝置為富料，芳潛較高，是極好的重整原料。重整反應條件如表2。

2 工藝流程選擇

2.1 預分餾流程

石腦油在進重整反應之前需進行拔頭處理，主要有兩種典型流程：一種是先分餾后加氫流程，另一種是先加氫后分餾流程[2]。

表1 原料性質Table 1 Feedstock properties

先分餾后加氫流程是在預加氫之前設置預分餾塔進行拔頭，預加氫之后設置蒸發(fā)塔用于脫除重整進料中的H2O、H2S、NH3等雜質和輕烴。此種流程適用于加工低硫直餾石腦油，其拔頭油沒有特殊的要求，僅作為汽油的調(diào)合組分，優(yōu)點是預加氫的規(guī)模較小，操作負荷較低，流程示意圖如圖1所示。

表2 重整反應條件Table 2 The reactive conditions of reforming section

隨著加工原油硫含量的不斷增加，拔頭油的硫含量也相應增加，一般不能直接作為汽油調(diào)和組分，因此，還需要對拔頭油進行加氫處理，這就需要采用先加氫后分餾流程，即全餾分都要進行加氫處理之后再進行汽提和拔頭。此種流程有2種，一種是先汽提后分餾的工藝流程，即在汽提塔中脫除H2O、H2S、NH3和輕烴，然后再經(jīng)石腦油分餾塔脫出其中的輕石腦油，分餾塔底油作為重整進料，其示意流程見圖 2。另一種是“二塔合一”的工藝流程，即預分餾塔和蒸發(fā)塔二塔合一，在蒸發(fā)塔中完成脫除H2O、H2S、NH3和輕烴，同時又需要將輕石腦油切除，蒸發(fā)塔底油作為重整進料。由于蒸發(fā)塔頂?shù)妮p石腦油中含有硫化物等雜質，一般需設拔頭油汽提塔，塔底分離出不含有硫的輕石腦油，流程見圖3。這兩種流程都可以得到餾程范圍和雜質含量合格的重整進料，能耗大致相當，先汽提后分餾流程操作穩(wěn)定、靈活，“二塔合一”流程投資略低一些[3]。

2.2 預加氫氫氣流程

預加氫是將原料油與氫氣反應除去其中的雜質，滿足重整進料的要求，使用的氫氣通常為重整產(chǎn)氫。加氫流程有2種，即一次通過式和循環(huán)氫。

圖1 先分餾后加氫預處理流程示意圖Fig. 1 The process flow diagram of fractionation before hydrotreating

圖2 先加氫后分餾預處理流程示意圖Fig. 2 The process flow diagram of hydrotreating before fractionation

圖3 “二塔合一”預處理流程示意圖Fig. 3 The process flow diagram of combined stripping-fractionation

一次通過式就是重整產(chǎn)氫通過增壓后全部一次通過預加氫系統(tǒng)，從預加氫氣液分離罐排出，其流程見圖4。

圖4 重整產(chǎn)氫一次通過式預加氫流程示意圖Fig. 4 The flow diagram of reformer hydrogen one pass process

此種流程比較簡單，重整產(chǎn)氫純度可提高2～4單位。但是由于重整產(chǎn)氫通過預加氫系統(tǒng)后含有H2S、NH3等雜質，不能滿足對氫氣雜質含量有要求的下游用氫裝置。一次通過式流程適用于原料中硫、氮含量比較低，預加氫壓力不太高的情況。

循環(huán)氫流程就是含氫氣體經(jīng)預加氫循環(huán)氫壓縮機壓縮后循環(huán)使用，消耗的氫氣由重整產(chǎn)氫補充，典型的流程見圖 5。此種流程氫油比小，但流程相對復雜。

圖5 氫氣循環(huán)式預加氫流程示意圖Fig. 5 The process flow diagram of hydrogen gas recycle

2.3 重整產(chǎn)氫提純

重整裝置副產(chǎn)的氫氣除了少量用于預加氫外，其余大部分送出作為加氫裝置用氫。由于半再生催化重整裝置的高分壓力僅為1.0～1.2 MPa(g)，如果重整產(chǎn)氫直接從重整高分外送將攜帶較多的輕烴，氫氣純度較低，同時也降低了重整裝置的液收。通常，半再生重整裝置的重整產(chǎn)氫或是通過預加氫系統(tǒng)提純，或是在重整部分設置再接觸系統(tǒng)提純[4]。

2.3.1 提純方案

產(chǎn)氫提純通常有以下4種方案。

方案1：重整產(chǎn)氫一次通過預處理系統(tǒng)提純，預處理部分采用先分餾后加氫流程，預加氫氣液分離罐壓力為2.0 MPa(g)，溫度為40 ℃。流程見圖4。

方案2：重整產(chǎn)氫一次通過預處理系統(tǒng)提純，預處理部分采用先加氫后分餾流程，預加氫氣液分離罐壓力為2.0 MPa(g)，溫度為40 ℃。

方案3：重整產(chǎn)氫采用再接觸系統(tǒng)提純，再接觸壓力為2.0 MPa(g)，溫度為40 ℃，預處理部分采用先分餾后加氫和氫氣循環(huán)流程。流程見圖6。

圖6 重整產(chǎn)氫再接觸流程示意圖Fig. 6 The process flow diagram of reformer hydrogen recontacting system

方案4：重整產(chǎn)氫采用再接觸系統(tǒng)提純，并設置冷凍系統(tǒng)，再接觸壓力為2.0 MPa(g)，再接觸溫度為4 ℃，預處理部分采用先分餾后加氫和氫氣循環(huán)流程。流程見圖7。

圖7 帶冷凍設施的重整產(chǎn)氫再接觸流程示意圖Fig. 7 The process flow diagram of reformer hydrogen recontacting system including chilling system

2.3.2 提純方案分析

為了獲得最優(yōu)提純方案，本文利用模擬軟件對上面4種方案進行了模擬分析計算，結果見表3。

表3 氫氣提純計算結果Table 3 The calculation results of hydrogen purification

從表3可以看出，如果不采取提純措施，外送氫中將攜帶大量輕烴，氫氣純度較低，尤其對于A裝置，產(chǎn)氫純度僅有69.18%，不僅影響重整液收，而且還會對下游裝置操作帶來嚴重的影響。經(jīng)過提純后，不論采取哪種方案，氫氣純度都有不同程度的提高，對A裝置，效果更加明顯，最高增加9個單位。B裝置由于重整產(chǎn)氫純度比較高，經(jīng)過提純后，氫氣純度最大僅增加4個單位。4種方案中方案2與方案3的提純效果不好，方案1與方案4的提純效果基本相當。

方案3采用氫氣再接觸流程，再接觸吸收油為重整生成油，由于重整反應過程中裂化反應生成大量小分子烴類，C5-組分含量高，使得吸收效果不佳，提純效果較差，但外送氫氣中不含 H2S、NH3等雜質。方案4提純效果最好，尤其A裝置，與提純前相比每年可多回收6 584 t輕烴，效益可觀。但采用此種流程，需要增設一套冷凍系統(tǒng)及相關設備，投資要增加約300萬元，而且流程復雜，能耗及操作費用較高。

2.4 流程選擇

2.4.1 A裝置

此裝置混合石腦油硫含量較高，若采用先分餾流程，拔頭油中H2S含量高，不利用于汽油調(diào)合，故采用先加氫后分餾流程。分餾部分采用先汽提后分餾流程，以提高操作的穩(wěn)定性和靈活性，增強對原料波動的適應性。由于重整產(chǎn)氫純度僅有69.18%，無論采用氫氣一次通過式還是循環(huán)氫流程，預加氫反應氫氣分壓都無法達到脫硫脫氮的深度，因此本設計采用氫氣循環(huán)流程，PSA氫氣作為氫源，缺點是循環(huán)氫壓縮機規(guī)格比較小，制造有一定難度。同時在重整產(chǎn)氫部分設置了一套再接觸系統(tǒng)對氫氣進行提純，考慮到裝置規(guī)模較小，若增加一套冷凍系統(tǒng)，設備投資相對增加較高，并且氫氣純度提高幅度不大，經(jīng)濟上不太合適，因此采用提純方案3進行設計。

2.4.2 B裝置

此裝置原料性質極好，硫含量比較低，在苛刻度較高的反應條件下，液收和重整產(chǎn)氫純度都比較高。由于煉廠無法提供重整開工用氫源，因此，在裝置內(nèi)采用了石科院粗汽油制氫技術，以提供重整開工用氫。此技術以適當餾分的粗汽油為原料，采用高鉑小球作為催化劑進行反應制取氫氣和精制油[5]，僅在預加氫反應器旁并聯(lián)一制氫反應器，流程簡單，投資少，操作安全、簡便。此技術所用粗汽油中輕餾分越少產(chǎn)氫純度越高，因此，預加氫部分采用先分餾后加氫流程，這樣也由于加氫反應進料量的減少使設備尺寸相應減小，降低了設備投資。本裝置重整氫純度比較高，氫氣流程既可采用一次通過式，也可采用氫氣循環(huán)式，若采用氫氣循環(huán)式，方案3或方案4均可采用，但方案4比方案3氫氣純度僅提高 0.5個單位，還要增加一套冷凍系統(tǒng)，經(jīng)濟上不合算。若采用一次通過式，即方案1，僅需增加 1臺增壓機將重整產(chǎn)氫全部壓縮后，一部分進入預加氫反應系統(tǒng)，以滿足氫油比，其余部分直接與換熱后的預加氫產(chǎn)物混合，經(jīng)冷凝冷卻后進入預加氫產(chǎn)物分離罐分離。此方案外送氫純度比方案3提高約1.5個單位，但氫氣含H2S、NH3。由于下游用氫裝置為柴油加氫精制，對氫氣中H2S、NH3等雜質含量要求不太嚴格。結合以上情況，最終采用方案1進行設計。

3 結 論

（1）原料的性質對半再生重整裝置預加氫氫氣流程和重整產(chǎn)氫提純方案會產(chǎn)生一定的影響，設計中要綜合各方面因素以選擇最優(yōu)流程。

（2）對于設有粗汽油制氫工藝要求的半再生重整裝置，預處理部分宜采用先分餾后加氫流程。

（3）對于處理較貧原料的裝置，重整產(chǎn)氫宜采用再接觸流程進行提純氫氣回收輕烴。當下游用氫裝置對氫氣雜質沒有嚴格要求時，對加工富料的裝置宜采用氫氣一次通過式流程，節(jié)省投資，增加效益。

[1] 張大慶，張玉紅，藏高山. 半再生重整技術的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 石油煉制與化工，2007，38（12）：11-15.

[2] 楊建成. 重整裝置預處理部分工藝技術方案對比[J]. 煉油技術與工程，2006，36（2）：8-12.

[3] 王純海，邵文. 重整裝置原料預處理部分的優(yōu)化設計[J]. 山東化工，2006，35（3）：23-25.

[4] 劉永芳. 催化重整裝置的幾點設計改進[J]. 石油煉制與化工，2002，33（4）：12-16.

[5] 付錦暉，劉貞華，金欣，等. 催化重整裝置粗汽油開工技術工業(yè)應用的若干問題[J]. 石油煉制與化工，1998，29（5）：4-7.

Selection of Process Flows for Semi-regeneration Catalytic Reforming Unit With Lean Feedstock or Rich Feedstock

LIU Chuan-qiang，LI Xiao-na
(CNPC EastChina Design Institute, Shandong Qingdao 266071, China)

Taking two 100 kt/a semi-regeneration catalytic reforming units as an example, process flows including prefractionation, hydrogenation and gas purification were analyzed. It is concluded that the hydrogen recycle process and reformer hydrogen recontacting process can be used to the unit with lean feedstock and for rich feedstock unit fractionation before hydrotreating and reformer hydrogen one pass process should be adopted.

Catalytic reforming；Semi- regeneration；Pretreatment；Recontacting

TE 624.4+2

A

1671-0460（2011） 02-0139-04

2010-11-29

劉傳強（1979-），男，工程師，碩士，山東菏澤人，2005年畢業(yè)于天津大學化學工藝專業(yè)，研究方向：長期從事煉油設計工作。E-mail：liuchuanqiang@cnpccei.cn，電話：0532-80950726。