柴油加氫裝置質(zhì)量升級及擴(kuò)能改造

仝保田(山東京博石油化工有限公司，山東濱州256500)

柴油加氫裝置質(zhì)量升級及擴(kuò)能改造

仝保田(山東京博石油化工有限公司，山東濱州256500)

柴油加氫精制裝置如何能夠由國Ⅲ裝置擴(kuò)能改造國Ⅴ或者國Ⅵ裝置，主要可以從催化劑的選擇、空速的降低來進(jìn)行考慮，本次裝置改造主要部位包括反應(yīng)系統(tǒng)換熱流程優(yōu)化、精制反應(yīng)器及降凝增加、循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)、增加熱高低分、液力透平系統(tǒng)、余熱利用進(jìn)行考慮；精制催化劑選擇Topsoe公司HyBRIMTM系列催化劑，HyBRIMTM系列相對BRIMTM系列相對活性高處40%左右；降凝催化劑選擇含氮低溫異構(gòu)降凝催化劑，采用冬季夏季在線切換模式。

擴(kuò)能改造;升級;催化劑

近年來，由于原油資源日趨緊張，煉廠原料的劣質(zhì)化及重質(zhì)化越來越嚴(yán)重，造成餾分油（汽油、柴油）的質(zhì)量不斷下降，大比重、高凝點(diǎn)、高硫、高芳烴等等，汽柴油產(chǎn)品升級步伐的加快，目前油品無法滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保及發(fā)動機(jī)的要求，因此人們不斷追求由劣質(zhì)原料生產(chǎn)低比重、低凝點(diǎn)、低硫、高十六烷值的柴油組分；

山東京博石油化工有限公司（以下簡稱京博石化）80萬噸/年加制氫聯(lián)合裝置由上海華西化工科技有限公司進(jìn)行設(shè)計(jì), 2008年投產(chǎn)，該裝置由80萬噸/年汽柴油加氫裝置和15000標(biāo)方/小時(shí)制氫裝置組成。裝置流程采用反應(yīng)+汽提+分餾流程；裝置原料為焦化柴油、直餾柴油；裝置產(chǎn)品為國Ⅴ車柴、石腦油；改造主要目的為擴(kuò)能及產(chǎn)品質(zhì)量升級改造；裝置原設(shè)計(jì)能力為80萬噸/年（彈性60%-110%）；產(chǎn)品為國Ⅲ柴油；需要將裝置改造為120萬噸/年國Ⅴ車用柴油裝置。

1 改造項(xiàng)目

1.1 工藝流程變動

反應(yīng)及分餾部分

擴(kuò)建后的裝置采用丹麥Topsoe公司的工藝包和催化劑，在原有的反應(yīng)器基礎(chǔ)上增加一臺加氫脫硫反應(yīng)器和一臺降凝反應(yīng)器，降低反應(yīng)空速，提高芳烴的轉(zhuǎn)化率及脫硫率；降凝主要是滿足生產(chǎn)低溫流動性的柴油；原有冷高分流程改為熱高分流程，降低反應(yīng)爐對燃料的消耗，同時(shí)對低溫?zé)崃窟M(jìn)行回收利用；并增設(shè)循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)，降低H2S對加氫影響，將使產(chǎn)品一次滿足國五車用柴油標(biāo)準(zhǔn)。

溶劑再生單元

新增溶劑再生單元，將富胺液中H2S脫至0.1%(wt)，富溶劑再生利用低溫余熱產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行再生。

原有裝置流程：改造后裝置流程：

1.2 新增設(shè)備

精制及降凝反應(yīng)器：根據(jù)原料建立反應(yīng)模型，對裝置進(jìn)行產(chǎn)出國Ⅴ條件模擬，裝置反應(yīng)空速由1.2降至0.8；新增異構(gòu)降凝反應(yīng)器，滿足生產(chǎn)0、-10、-20號柴油，避免因加降凝劑導(dǎo)致的產(chǎn)品發(fā)渾的問題。反應(yīng)器按JB4732-95《鋼制壓力容器一分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于該反應(yīng)器運(yùn)行環(huán)境較苛刻(高溫、高壓、臨氫)，按照抗氫曲線選取材料，兩臺新增反應(yīng)器采用12Cr2Mo1R材料，且均為熱壁式板焊結(jié)構(gòu)。由于H2S含量較高，為防止產(chǎn)生H2S高溫腐蝕，在反應(yīng)器內(nèi)部還應(yīng)進(jìn)行堆焊處理，堆焊分兩層，過渡層和表層，過渡層采用E309L(厚度3毫米)，表層采用E347(厚度3.5毫米)。。

新增熱高、低分設(shè)備：主要目的為裝置擴(kuò)量改造后，為降低裝置燃料消耗及對低溫?zé)崃窟M(jìn)行利用；加熱爐的負(fù)荷由5512kw降低至3513kw；柴油低溫余熱進(jìn)行產(chǎn)汽產(chǎn)生0.35Mpa蒸汽作為富液再生熱源使用。

新增高壓換熱器及蒸汽發(fā)生器；

1.3 新技術(shù)使用

高效板式換熱器利用：利用瑞典Alfa Laval高效板式換熱器，解決高效傳質(zhì)換熱及位置受限的問題。

液力透平：液力透平是將液體流體工質(zhì)中的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)械設(shè)備，利用液力透平可將工藝流程中的液體余壓回收再利用，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動機(jī)械設(shè)備，以達(dá)到節(jié)能。充分利用裝置壓力優(yōu)勢降低原料泵的電能消耗；

永磁調(diào)速：永磁驅(qū)動技術(shù)是近年來國際上開發(fā)的一項(xiàng)突破性新技術(shù)，利用成熟的永磁調(diào)速代替目前變頻調(diào)速技術(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的。

1.4 塔內(nèi)件改造

循環(huán)氫脫硫塔及溶劑再生塔選擇單溢流浮閥塔板；汽提塔選擇雙溢流浮閥塔板，對汽提塔1-4層塔板進(jìn)行部分進(jìn)行改造，進(jìn)料采取兩段進(jìn)料的方式，降低塔頂負(fù)荷，分餾塔由于取消原料石腦油的進(jìn)料，分餾塔負(fù)荷降低，通過對水力學(xué)進(jìn)行核算，不對塔板進(jìn)行改造。

循環(huán)氫脫硫塔溶劑再生塔結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)塔板層號（由上到下）溢流形式塔徑mm板間距mm降液管面積/塔截面積%開孔率%出口堰高mm底隙mm塔板層號（由上到下）溢流形式塔徑mm板間距mm降液管面積/塔截面積%開孔率% 1--2單2000 600 4．84 3．72 1--16單1600 610 11．4 13．61 50 50塔板層號（由上到下）溢流形式塔徑mm板間距mm降液管面積/塔截面積%開孔率% 3--23單2000 600 12．73 15．2

出口堰高mm底隙mm 50 50出口堰高mm底隙mm 50 50

壓縮機(jī)改造：

對新氫機(jī)電機(jī)及循環(huán)氫機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，壓縮機(jī)本體氣缸、活塞及氣閥等進(jìn)行了更換。

2 操作條件調(diào)整

2.1 反應(yīng)單元

由于裝置原料及裝置兩種操作模式運(yùn)行，因此裝置按照兩種工況進(jìn)行運(yùn)行，冬季模式和夏季模式；裝置循環(huán)氫量80000標(biāo)方/小時(shí)，新氫量耗氫量控制14791-19390標(biāo)方/小時(shí)；反應(yīng)溫度根據(jù)冬夏季模式不同入口控制319-323℃，降凝溫度的控制根據(jù)不同牌號柴油進(jìn)行控制。

一、反應(yīng)器1、加氫精制反應(yīng)器入口操作壓力MPa(g)入口溫度℃出口溫度℃2、HDS反應(yīng)器入口操作壓力MPa(g)入口溫度℃出口溫度℃3、脫蠟反應(yīng)器入口操作壓力MPa(g)入口溫度℃出口溫度℃二、反應(yīng)進(jìn)料加熱爐入口溫度℃出口溫度℃操作負(fù)荷kW三、新氫壓縮機(jī)入口壓力Mpa(G)出口壓力Mpa(G)新氫流量Nm3/h四、循環(huán)氫壓縮機(jī)入口壓力Mpa(G)出口壓力Mpa(G)循環(huán)氫流量Nm3/h夏季模式SOR 7．85 319 361 7．58 345 361 7．33 282 319 6200 2．4 8．43 16450 7 8．43 82561 EOR 8．01 362 394 7．6 381 394 7．33 320 362 8000 8．6 14791 8．6 84220冬季模式SOR 8．04 323 361 7．77 361 377 7．52 363 381 305 323 3100 8．62 19390 8．62 79620 EOR 8．21 362 394 7．8 381 394 7．52 390 397 320 362 8100 8．8 17453 8．8 81558

2.2 分餾單元

分餾單元的操作由于裝置加工量及原料的增加及熱高分流程的優(yōu)化，汽提塔塔底溫度進(jìn)行升高，操作溫度由164℃調(diào)整為196℃，塔底溫度由167℃調(diào)整為195℃，分餾部分溫度由209℃提高至232℃，塔頂166℃調(diào)整為154℃，塔底溫度的升高主要目的是由于裝置原始設(shè)計(jì)沒有重沸爐，降低產(chǎn)品柴油含水問題。

脫H2S汽提塔塔頂溫度℃塔底溫度℃塔頂壓力Mpa(G) 195 196 0．7產(chǎn)品分餾塔塔頂溫度℃塔底溫度℃塔頂壓力Mpa(G) 154 232 0．3

3 裝置改造效果

3.1 裝置處理能力

裝置的處理能力由于受全廠物料平衡，柴油組分量的增加，需要對裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造，通過對裝置進(jìn)行核算，裝置由加工能力80萬噸/年提高至120萬噸/年，主要通過對靜設(shè)備、動設(shè)備、管道、冷卻等進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到提產(chǎn)能的目的；

主要物料平衡：

表3.1-1 物料平衡（夏季初期）

表3.1-2 物料平衡（冬季初期）

3.2 產(chǎn)品質(zhì)量提升

裝置投產(chǎn)后，產(chǎn)品質(zhì)量硫含量降低至5ppm以下，柴油產(chǎn)品十六烷值46-51左右，裝置產(chǎn)品柴油二環(huán)及三環(huán)芳烴轉(zhuǎn)化率＞95%，單環(huán)芳烴轉(zhuǎn)化率50%左右，滿足生產(chǎn)國五柴油的目的；冬季工況運(yùn)行情況下可以滿足生產(chǎn)-10、-20、-30號柴油。

柴油烴類組成分析結(jié)果(SH/T 0606ASTM D2425)餾分烴類組成鏈烷烴一環(huán)烷烴二環(huán)烷烴三環(huán)烷烴總環(huán)烷烴含量(m%) 34．9 21．8 16．9 5．9 44．6

總飽和烴總單環(huán)芳烴總雙環(huán)芳烴三環(huán)芳烴總芳烴79．5 17．6 2．8 0．1 20．5

3.3 存在的問題

改造后裝置主要存在的問題是由于原料性質(zhì)硫、烯烴等含量降低，反應(yīng)溫升與初期方案不一致，同時(shí)由于摻入部分石腦油，導(dǎo)致熱量不平衡，熱高分的操作溫度低于設(shè)計(jì)的操作溫度，汽提塔塔底溫度相對于設(shè)計(jì)初期低30℃左右，汽提蒸汽的消耗量升高，由1.9噸/小時(shí)升高至2.5噸/小時(shí)；加熱爐燃料的消耗增加20%左右。

4 結(jié)語

通過裝置的擴(kuò)能改造，裝置的加工能力得到了滿足，裝置的加工能力由800kt/a提高至1200kt/a，產(chǎn)品質(zhì)量提升：通過對催化劑的優(yōu)化選擇及提高裝置操作的苛刻度，降低空速提高氫分壓裝置的硫含量滿足國五柴油標(biāo)準(zhǔn)要求，但是產(chǎn)品十六烷值還需要進(jìn)行提高；節(jié)能優(yōu)化：通過對換熱流程的優(yōu)化、永磁技術(shù)、高效換熱設(shè)備的利用裝置達(dá)到了節(jié)能的目的，裝置改造富液再生蒸汽完全實(shí)現(xiàn)的自給自足。

[1] 江鎮(zhèn)海介紹高效板式換熱器的構(gòu)造特點(diǎn),通過介紹在美國、瑞士、加拿大等國煉油廠的應(yīng)用,證明該換熱器節(jié)能效果明顯,節(jié)省投入成本.《節(jié)能》,2010,29(3):60-61.

[2] 于國文，王德會，柳廣廈柴油加氫裝置設(shè)計(jì)和改造問題探討《煉油技術(shù)與工程》,2006,36(1):15-21.

[3] 陳若雷，高曉冬，石玉林，聶紅催化裂化柴油加氫深度脫芳烴工藝研究《石油煉制與化工》,2002,33(10):6-10.

仝保田(1983-)，男，大學(xué)本科；籍貫：山東濟(jì)寧；民族：漢；職業(yè)：山東京博石油化工有限公司高級工藝；職稱：工程師；研究方向：石油化工。