柴油加氫裝置改造及運(yùn)行優(yōu)化分析

彭 勇 吳海生 蘭 京 劉書朋

(1.成都艾爾普氣體產(chǎn)品有限公司，四川 成都 611930)(2.中國石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)(3.中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

項(xiàng)目評價

柴油加氫裝置改造及運(yùn)行優(yōu)化分析

彭 勇1吳海生2蘭 京1劉書朋3

(1.成都艾爾普氣體產(chǎn)品有限公司，四川 成都 611930)(2.中國石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)(3.中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

為解決重整裝置原料的缺口，中國石化上海石油化工股份有限公司將停役期間的1.2 Mt/a柴油加氫裝置改造成為0.75 Mt/a預(yù)加氫裝置，通過改造不僅滿足了重整裝置原料增量要求，產(chǎn)品硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)也達(dá)到優(yōu)良。通過對項(xiàng)目的改造內(nèi)容以及運(yùn)行優(yōu)化分析，可為同類裝置的開車提供參考。

柴油加氫裝置 重整預(yù)加氫裝置 改造 產(chǎn)品指標(biāo) 水質(zhì)量分?jǐn)?shù)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)芳烴部1 Mt/a重整裝置投產(chǎn)后，重整裝置處理能力從0.55 Mt/a增至1.55 Mt/a，作為重整裝置原料的經(jīng)加氫處理過的重石腦油出現(xiàn)了0.6～0.7 Mt/a缺口。同時，全廠直餾石腦油過剩，從總體物料平衡考慮，需要新建石腦油加氫裝置來滿足重整裝置原料增量要求。

2007年，上海石化煉油部新建一套3.3 Mt/a柴油加氫裝置，能滿足全廠柴油加氫加工任務(wù)，因此相應(yīng)停用了原有的一套1.2 Mt/a柴油加氫裝置，并采取氮封方式給予保存，計(jì)劃待原油加工總量進(jìn)一步提高后再次啟用。為了充分發(fā)揮老裝置作用，決定利用1.2 Mt/a柴油加氫裝置無生產(chǎn)任務(wù)的空檔期，將其改造為0.75 Mt/a重整預(yù)加氫裝置，以解石腦油平衡瓶頸的燃眉之急。

本次改造項(xiàng)目的工程投資大約為347萬元，由中國石化集團(tuán)上海工程有限公司(SSEC)提供工藝包并承擔(dān)設(shè)計(jì)。

1 改造內(nèi)容

1.1原料預(yù)處理部分

與原1.2 Mt/a柴油加氫系統(tǒng)壓力及處理量相比，改造后裝置的原料處理量降低，反應(yīng)工藝條件中要求反應(yīng)系統(tǒng)壓力大幅度降低，因此需要對原料進(jìn)料泵和注水泵進(jìn)行改造。

改造后的原料泵原10級葉輪更換為6級葉輪，減少了4級葉輪留下的軸向空間，出口壓力由8 MPa降為4 MPa，處理量由150 t/h降為89 t/h。注水泵通過更換變速箱，降低轉(zhuǎn)速達(dá)到降低流量和出口壓力為目的。

1.2氫氣壓縮系統(tǒng)

由于重整預(yù)加氫工藝的反應(yīng)壓力和氫油比都大幅度降低，因此氫氣壓縮系統(tǒng)也需要進(jìn)行相應(yīng)改造[1]。新氫直接來源于氫氣管網(wǎng)，取消了新氫壓縮機(jī)；原新氫壓縮機(jī)由二級壓縮改造為一級壓縮，出口壓力降為3 MPa左右，并且改為循環(huán)氫壓縮機(jī)使用，原裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)K-4002停用；由于工況發(fā)生變化，原新氫壓縮機(jī)工況介質(zhì)中的硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)由零上升到4 000 mg/kg左右，因此必須對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行抗硫處理，緩沖罐進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。

1.3反應(yīng)系統(tǒng)

加氫反應(yīng)器需更換新的催化劑，采用了中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院(以下簡稱撫研院)的FH-40B催化劑，操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整變更。高壓分離器、低壓分離器的操作壓力相應(yīng)降低，而高壓分離器頂部出來的循環(huán)氫由進(jìn)入原來循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐改進(jìn)入新氫壓縮機(jī)入口分液罐。

1.4分餾系統(tǒng)

分餾系統(tǒng)仍保留原裝置的雙塔流程。為了保證精制石腦油不帶水，脫硫化氫汽提塔C-4001由原來水蒸氣汽提改為再沸器汽提，再沸器熱源采用3.5 MPa蒸汽；為提高輕烴分離效果，保留原塔第3板進(jìn)料口，新增第11板進(jìn)料口；由于加工原料變輕，為充分回收熱量，原汽提塔進(jìn)料與產(chǎn)品分餾塔底物料換熱的3臺換熱器改為其中1臺(E-4004C)保留原流程換熱，另外2臺(E-4004A/B)改為汽提塔進(jìn)料與汽提塔底物料換熱。

產(chǎn)品分餾塔C-4002保留原塔底重沸爐，操作負(fù)荷相應(yīng)大幅度降低。為改善精制石腦油與C5餾分分離效果，產(chǎn)品分餾塔汽提段利舊，提餾段通過采用高效塔盤減少塔盤間距及增加塔盤數(shù)量等措施提高分離效果，由20層蘇爾壽BDH塔盤替換原15層雙溢流浮閥塔盤。改造前后流程見圖1～2。

圖1 改造前1.2 Mt/a柴油加氫工藝流程

圖2 改造后的750 kt/a重整預(yù)加氫裝置工藝流程

2 裝置開工及生產(chǎn)運(yùn)行情況

2.1催化劑裝填

改造后加氫反應(yīng)器的催化劑采用撫研院開發(fā)的高空速FH-40B型，該催化劑具有孔容大、比表面積高、機(jī)械強(qiáng)度好、裝填堆比低等特點(diǎn)[2]，主要活性組分為Mo-Co，脫硫活性高。

催化劑采用自然裝填法，裝填情況如圖3所示。由于原反應(yīng)器容量大，而改造所需的催化劑裝填量少，因此只占用了約1/3的反應(yīng)器容積。

圖3 催化劑裝填情況

2.2催化劑干燥

催化劑干燥與原料加熱爐烘爐同步進(jìn)行，采用氮?dú)庾鳛楹鏍t、催化劑干燥介質(zhì)，催化劑干燥期間高分無水分出現(xiàn)。

2.3催化劑預(yù)硫化

重整預(yù)加氫催化劑采用的是濕法硫化。2009年10月16—18日反應(yīng)系統(tǒng)和分餾系統(tǒng)開始進(jìn)油，各自建立小循環(huán)；10月19日下午14∶45開始進(jìn)行預(yù)硫化。催化劑預(yù)硫化經(jīng)歷3個溫度階段：150，230，290 ℃，共歷時63 h，消耗硫化劑4 t，略高于3.5 t的理論硫化需求量。硫化過程中，反應(yīng)系統(tǒng)采取閉路循環(huán)硫化，硫化至290 ℃，恒溫8 h。硫化期間循環(huán)氫中硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10 000 mg/kg，高分生成水量無上升后，通過低分不合格線退硫化油至界區(qū)外。

2.4產(chǎn)品指標(biāo)及調(diào)整情況

實(shí)施本次改造的技術(shù)主要為以下兩方面：一是產(chǎn)品硫和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求非?？量?，原裝置運(yùn)行時，硫和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)均不大于500 mg/kg；改造后作為重整原料運(yùn)行時，產(chǎn)品的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)不大于0.5 mg/kg，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)不大于10 mg/kg；二是改造只考慮過渡期生產(chǎn)，需要兼顧恢復(fù)原功能，投資小、改動不能大。

按照產(chǎn)品硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)，最終決定選用高空速FH-40B型催化劑。鑒于產(chǎn)品水質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求，經(jīng)過分析和計(jì)算，在盡量減少改動工作量的前提下，將汽提塔3#～18#塔盤的浮閥高度由9.5 mm改為12.7 mm。

2.4.1 硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)

裝置開車后，按照撫研院提供的方案，通過反應(yīng)溫度等工藝調(diào)整，經(jīng)汽提塔充分脫除硫化氫等工序，產(chǎn)品硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)達(dá)到小于0.5 mg/kg要求。

2.4.2 水質(zhì)量分?jǐn)?shù)

按照SSEC工藝包提供的設(shè)計(jì)參數(shù)，裝置調(diào)整了數(shù)日始終達(dá)不到要求。隨著生產(chǎn)負(fù)荷增加，產(chǎn)品的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)也同步增加并維持在20 mg/kg左右。若按產(chǎn)品水質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)要求，裝置只能在設(shè)計(jì)的65%負(fù)荷生產(chǎn)時才能滿足條件。對同類裝置調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)品水質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在20 mg/kg左右。

由于水質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，無法保證下游裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)，經(jīng)討論決定采用增大兩塔回流量和調(diào)整塔頂溫度為主線的措施進(jìn)行生產(chǎn)[3]。

在調(diào)整過程中，汽提塔塔壓穩(wěn)定在0.9 MPa，分餾塔塔壓穩(wěn)定在0.2 MPa。11日前負(fù)荷一直在58 t/h，對應(yīng)設(shè)計(jì)負(fù)荷65%左右。限制負(fù)荷提升的主要原因是負(fù)荷越高，產(chǎn)品中的水分越不容易脫除。

(1)從11月11日10點(diǎn)左右開始提負(fù)荷，到17日12點(diǎn)提量至89 t/h，達(dá)到100%負(fù)荷。在此期間，汽提塔回流量從SSEC要求的小于3 t/h提至5.6 t/h，塔釜溫度從設(shè)計(jì)要求的大于216 ℃調(diào)整為209 ℃。

(2)17日，分餾塔工藝參數(shù)逐漸調(diào)整為塔頂溫度105 ℃，塔釜溫度177 ℃，回流量提至24.4 t/h。17日當(dāng)天在滿負(fù)荷條件下，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了6.7 mg/kg的較好水平。

(3)18日，為了降低產(chǎn)品的初餾點(diǎn)、提高產(chǎn)品收率，再一次對汽提塔和分餾塔進(jìn)行了調(diào)整，其中汽提塔的回流量增至7.8 t/h，塔頂和塔底溫度分別調(diào)至96 ℃和201 ℃，分餾塔維持原狀。分析結(jié)果表明水質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步改善。

(4)19日，對汽提塔、分餾塔再次調(diào)整。汽提塔塔頂和塔底溫度分別降為84 ℃和191 ℃，分餾塔塔頂和塔底溫度分別調(diào)降為94 ℃和164 ℃。調(diào)整結(jié)果十分理想，在滿負(fù)荷條件下，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步降低為5.6 mg/kg。

2.5氫氣系統(tǒng)運(yùn)行情況

改造后停用原循環(huán)氫壓縮機(jī)，雖然在新氫機(jī)改造、流程變更、設(shè)備抗硫處理等方面增加了一些投資，但這大大簡化了生產(chǎn)工藝，而且能耗也大幅度降低。2010年9月18日，投入生產(chǎn)近一年的循環(huán)氫壓縮機(jī)K-4001A入口緩沖器D-4017A的本體(靠近封頭焊縫位置)出現(xiàn)約2.5 cm縱向裂縫，及時進(jìn)行了切換修復(fù)。

運(yùn)行以來，生產(chǎn)負(fù)荷基本維持在100%，新氫補(bǔ)充量約500 m3/h，與新氫混合后的總的混合氫循環(huán)量約19 000 m3/h，混合氫中的硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4 000～8 000 mg/kg，最低2 000 mg/kg、最高17 000 mg/kg。

3 結(jié)論

(1)上海石化在1.2 Mt/a柴油加氫裝置停役期間，為解決重整裝置原料，將其改為0.75 Mt/a預(yù)加氫裝置，改造比較成功，產(chǎn)品硫和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)優(yōu)良，但裝置的運(yùn)行能耗偏高，主要表現(xiàn)在機(jī)泵和爐子的熱損失比原裝置大。

(2)由于1.2 Mt/a柴油加氫裝置系統(tǒng)容量較大，一旦產(chǎn)品出現(xiàn)不合格，需花費(fèi)很多時間置換整個系統(tǒng)，因此對上游裝置原料要求較高，并且在操作上應(yīng)盡量避免操作波動。

(3)通過調(diào)整汽提塔、分餾塔的塔頂溫度和回流比例解決了產(chǎn)品水質(zhì)量分?jǐn)?shù)問題。由于水質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析數(shù)據(jù)受采樣方式(密閉、開口)、天氣情況、分析過程中環(huán)境等因素影響，建議采樣分析盡量采用密閉或者在線水分析儀。

(4)由于產(chǎn)品對硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求十分高，設(shè)備的細(xì)微內(nèi)漏都可能導(dǎo)致產(chǎn)品硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)，因此開車前的設(shè)備無內(nèi)漏檢測非常重要。

(5)為了控制產(chǎn)品水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，本次改造采用的小流量連續(xù)注水對穩(wěn)定操作應(yīng)該是有利的。

(6)在老裝置改造過程中，特別要注意設(shè)備中運(yùn)行介質(zhì)的密度、溫度、壓力等變化對設(shè)備帶來潛在的影響，盡量避免影響裝置安全運(yùn)行。

[1] 劉玉坤，王冠勇，趙銳.催化重整裝置氫壓機(jī)系統(tǒng)存在的問題及對策[J].煉油技術(shù)與工程，2011,41(7)：26-27.

[2] 候芙生.中國煉油技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2011：640-691.

[3] 紀(jì)傳佳.連續(xù)重整裝置預(yù)加氫系統(tǒng)存在問題及解決措施[J].廣州化工，2013，41(10)：199-201.

AnalysisonReformofDieselHydrogenationUnitandOperationOptimization

Peng Yong1,Wu Haisheng2,Lan Jing1,Liu Shupeng3

(1.ChengDuAir&Gas.,LTD,Chengdu,Sichuan611930 2.SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540 3.SINOPECLuoyangEngineeringCorporation,Luoyang,Henan471004)

In order to solve the gap in the raw material of the reforming plant,SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.transformed the 1.2 Mt/a diesel hydrogenation plant in suspension period to a 0.75 Mt/a pre-hydrogenation unit,which not only met the requirements of material increment in the reforming unit,but also improved the mass fraction indicators of sulfur and water to excellent.Reference is provided for the start-up of similar plants through analysis of transformation content and operation optimization of the project.

diesel fuel plant,reforming pre-hydrogenation plant,transformation,product index,water mass fraction

1674-1099 (2017)05-0011-04

TE624.4+31

A

2017-07-14。

彭勇，男，1979年出生，2004年畢業(yè)于江蘇石油化工學(xué)院，2017年獲華東理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)碩士學(xué)位，工程師。2004—2010年在中國石化上海石油化工股份有限公司工作，歷任工藝工程師、加氫聯(lián)合裝置主任助理，現(xiàn)任成都艾爾普氣體產(chǎn)品有限公司合成氣制氫廠副廠長。