催化重整再接觸方案對(duì)比

田紀(jì)偉

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

催化重整裝置除可生產(chǎn)高辛烷值汽油外，還可以副產(chǎn)大量廉價(jià)含氫氣體[1]。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，催化重整裝置作為提高汽油辛烷值和增產(chǎn)芳烴及氫氣的主要加工手段，其重要性日益突出。

目前連續(xù)重整的反應(yīng)壓力較低，在低壓平衡下，重整產(chǎn)氫的純度相對(duì)較低，并夾帶大量的輕烴。為了回收產(chǎn)氫夾帶的輕烴，提高輕烴液收及氫氣純度，需增設(shè)再接觸部分，即重整氫和重整生成油在較高的壓力和較低的溫度下再次接觸，建立新的氣液平衡，將含氫氣體中的輕烴溶解于重整生成油中[2]。再接觸條件即再接觸溫度和壓力對(duì)烴類的吸收及氫氣純度影響十分明顯，再接觸流程也會(huì)對(duì)氫純度及重整液體產(chǎn)品收率產(chǎn)生一定的影響[3]。

傳統(tǒng)的再接觸流程為順流單段再接觸流程，油氣在再接觸罐中進(jìn)行一段再接觸，產(chǎn)氫純度高，但是部分氫氣和液化石油氣會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定塔頂燃料氣中，造成經(jīng)濟(jì)損失，因此考慮將燃料氣返回再接觸部分，充分回收燃料氣中的氫氣及液化石油氣組分，從而提高重整產(chǎn)氫和重整液體產(chǎn)品的收率。有些重整裝置采用逆流兩段再接觸流程，即重整產(chǎn)氫先與二段再接觸罐來的重整油在一段再接觸罐接觸，分出的氫氣與重整生成油再進(jìn)入二段接觸罐中進(jìn)行第二次接觸，該工藝流程可以充分回收氫氣，提高產(chǎn)氫收率。

在安全節(jié)能、提質(zhì)增效的要求下，優(yōu)化工藝流程，增加產(chǎn)品收益，降低能耗等顯得十分重要，本文對(duì)比三種不同的再接觸流程，即：穩(wěn)定塔頂燃料氣無返回的單段再接觸流程、穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的單段再接觸流程和逆流兩段再接觸流程，探討不同再接觸流程對(duì)氫氣及液體產(chǎn)品收率的影響，并從產(chǎn)品收益、投資和能耗等方面進(jìn)行綜合比較。

1 基準(zhǔn)條件

以某廠150萬t/a連續(xù)重整裝置富料工況下的原料、反應(yīng)條件、反應(yīng)產(chǎn)物為基準(zhǔn)，該裝置主要生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)合組分(穩(wěn)定汽油)，副產(chǎn)重整氫氣和液化石油氣等。

1.1 原料族組成

表1 重整進(jìn)料組成Table1 Composition of reforming feed

1.2 主要操作條件

表2 主要操作條件Table 2 Main operating conditions

表2(續(xù))Table 2 Main operating conditions

2 再接觸流程對(duì)比

本文按穩(wěn)定塔頂燃料氣是否返回再接觸設(shè)置三個(gè)對(duì)比方案，即方案A—穩(wěn)定塔頂燃料氣無返回的單段再接觸工藝流程，方案B—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的單段再接觸工藝流程和方案C—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的逆流兩段再接觸工藝流程。

2.1 流程描述

2.1.1 方案A—穩(wěn)定塔頂燃料氣無返回的單段再接觸工藝流程

該方案采用一段油氣再接觸流程，即：重整產(chǎn)氫經(jīng)升壓后與來自重整氣液分離器底的重整生成油混合后冷卻至4℃，進(jìn)入再接觸罐進(jìn)行氣液分離。再接觸罐頂氣體作為氫氣產(chǎn)品出裝置。

再接觸罐底油相進(jìn)入穩(wěn)定塔，塔頂氣體作為燃料氣產(chǎn)品出裝置。回流罐底液體一部分回流，另一部分作為液化石油氣產(chǎn)品送出裝置，穩(wěn)定塔底油作為重整汽油產(chǎn)品送出裝置。

圖1 方案A—穩(wěn)定塔頂燃料氣無返回的單段再接觸工藝流程Fig.1 ProcessA - single stage recontact process without return of fuel gas at the top of stabilizer

2.1.2 方案B—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的單段再接觸工藝流程

與方案A不同的是，穩(wěn)定塔頂燃料氣返回至再接觸部分，此流程明顯的特點(diǎn)是穩(wěn)定塔頂不出燃料氣。

圖2 方案B—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的單段再接觸工藝流程Fig.2 ProcessB - single stage recontact process with return of fuel gas at the top of stabilizer

2.1.3 方案C—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的逆流兩段再接觸工藝流程

該方案采用兩段油氣再接觸，即：重整產(chǎn)氫經(jīng)升壓后先與從二段接觸罐分離出的重整油接觸(在一段再接觸罐中進(jìn)行)。分出的氫氣與重整生成油混合冷卻至4℃后，進(jìn)入二段接觸罐進(jìn)行再次接觸，二段再接觸罐頂氣體作為氫氣產(chǎn)品出裝置。一段再接觸罐底油進(jìn)入穩(wěn)定塔，塔頂燃料氣返回至再接觸，回流罐底液體一部分回流，另一部分作為液化石油氣產(chǎn)品送出裝置，穩(wěn)定塔底油作為重整汽油產(chǎn)品送出裝置。

圖3 方案C—穩(wěn)定塔頂燃料氣返回的逆流兩段再接觸工藝流程Fig.3 ProcessC - two-stage counter current recontact process with return of fuel gas at the top of stabilizer

2.2 計(jì)算結(jié)果比較

根據(jù)《中國石油化工項(xiàng)目可行性研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)與數(shù)據(jù)》(2018年)和《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》中的有關(guān)規(guī)定計(jì)算三種方案的產(chǎn)品收益及操作費(fèi)用，產(chǎn)品價(jià)格(以布倫特原油60美元/桶的接軌價(jià)為基準(zhǔn))和燃料動(dòng)力價(jià)格見表3。

表3 產(chǎn)品和燃料動(dòng)力基準(zhǔn)價(jià)格Table3 Benchmark price of products and fuel power

2.2.1 主要產(chǎn)品收率及效益比較

采用PRO/II軟件分別對(duì)三種方案進(jìn)行模擬計(jì)算，其主要產(chǎn)品產(chǎn)量及產(chǎn)品收益見表4。

表4 主要產(chǎn)品分布及收益比較Table 4 Main product distribution and revenue comparison

注：年操作時(shí)間為8400h。

從表4看出：

(1)從氫氣物質(zhì)的量純度來看，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)得到的產(chǎn)氫純度最高，燃料氣返回的單段再接觸(方案B)略高于逆流兩段再接觸流程(方案C)；從重整產(chǎn)氫量來看，燃料氣返回的逆流兩段再接觸流程(方案C)得到的產(chǎn)氫量最大；對(duì)于純氫的量，燃料氣返回的兩方案(方案B和C)得到的純氫量相同，高于燃料氣無返回的方案(方案A)。

(2)從液化石油氣收率來看，采用燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)得到的液化石油氣收率最高，燃料氣返回的逆流兩段再接觸流程(方案C)次之，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)最低。

(3)從重整汽油收率來看，三種方案獲得的汽油收率相當(dāng)。

(4)從產(chǎn)品收益來看，在給定的產(chǎn)品價(jià)格下，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)產(chǎn)品收益略低，燃料氣返回的單段再接觸(方案B)和逆流兩段再接觸流程(方案C)產(chǎn)品收益相當(dāng)。

由產(chǎn)品收率可以看出，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)可以獲得較高純度的氫氣，但是燃料氣攜帶部分氫氣和可液化輕組分出裝置，因此其純氫和液化石油氣收率較低，產(chǎn)品收益略低；燃料氣返回的再接觸流程(方案B和C)，由于穩(wěn)定塔頂不產(chǎn)出燃料氣，燃料氣中的氫氣和可液化輕組分，經(jīng)過再接觸流程，與氫氣和重整生成油建立新的平衡，有利于氣體中可液化組分的回收，提高氫氣和液化石油氣收率，提高產(chǎn)品收益。

2.2.2 設(shè)備投資的比較

在相同的設(shè)備選型基準(zhǔn)下，核算三種方案的主要差異設(shè)備投資，見表5。

表5 主要差異設(shè)備投資比較Table 5 Comparison of major equipments investment

從表5可以看出，單段再接觸流程(方案A和B)比逆流兩段再接觸流程(方案C)設(shè)備投資要低，燃料氣返回的單段再接觸方案(方案B)較逆流兩段再接觸方案(方案C)減少13.5萬元，另外由于逆流兩段再接觸流程(方案C)較為復(fù)雜，其管道、土建等方面投資也將有一定程度的增加。

2.2.3 能耗及操作費(fèi)用比較

三種方案的能耗及操作費(fèi)用比較結(jié)果見表6。

表6 能耗及操作費(fèi)用比較Table 6 Comparison of energy consumption and operation cost

注：?jiǎn)挝缓牧亢蛦挝荒芎木?78.57t/h重整進(jìn)料為基準(zhǔn)計(jì)算。

從公用工程消耗可以看出，(1)燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)電耗、蒸汽耗量均最低，循環(huán)水量與燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)相當(dāng)。(2)燃料氣返回的兩方案(方案B和C)泵及壓縮機(jī)組的消耗均增加，因?yàn)槿剂蠚夥祷氐皆俳佑|，增加了壓縮機(jī)的負(fù)荷。其中逆流兩段再接觸流程(方案C)，因?yàn)榉€(wěn)定塔進(jìn)料均來自于一段再接觸罐底，其泵的流量較大，因此泵耗電量最高。燃料氣返回的方案中，穩(wěn)定塔進(jìn)料中輕組分含量增加，因此塔底重沸器負(fù)荷增加。

從操作費(fèi)用上看，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)操作費(fèi)用最低，燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)操作費(fèi)用比逆流兩段再接觸流程(方案C)略高，主要是因?yàn)槠淙剂蠚夥祷亓枯^大，壓縮機(jī)組和穩(wěn)定塔底重沸器消耗蒸汽量增加較大。

2.3 小結(jié)

綜合以上分析，三種方案的收益、設(shè)備投資、能耗及操作費(fèi)用對(duì)比見表7。

表7 三種方案綜合比較Table 7 Comprehensive comparison of three processes

從表7可以看出，燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)的產(chǎn)品收益略低，但是其流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資及操作費(fèi)用等最低；燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)相較于逆流兩段再接觸流程(方案C)，產(chǎn)品收益相當(dāng)，設(shè)備投資較少，操作費(fèi)用和能耗略高。

3 結(jié)論

本文針對(duì)150萬t/a連續(xù)重整裝置，在給定的條件下，從產(chǎn)品收益、設(shè)備投資、操作費(fèi)用和能耗等方面，綜合比較了再接觸流程的影響，得出以下結(jié)論：

(1)燃料氣無返回的單段再接觸流程(方案A)，獲得的氫氣純度最高，設(shè)備投資最少，能耗及操作費(fèi)用最低，但是部分氫氣和液化石油氣組分損失，產(chǎn)品收益略低。對(duì)于產(chǎn)氫純度要求較高，全廠氫氣富裕，且燃料動(dòng)力價(jià)格較高的時(shí)候，可以優(yōu)先考慮此方案。

(2)在給定的條件下，燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)與逆流兩段再接觸流程(方案C)獲得的產(chǎn)品收益相當(dāng)，其中燃料氣返回的單段再接觸流程(方案B)的設(shè)備投資較低，能耗及操作費(fèi)用略高。

(3)燃料氣返回的再接觸流程(方案B和C)，獲得的純氫量、產(chǎn)氫量和液化石油氣收率均提高，提高了產(chǎn)品收益。這是因?yàn)樵摿鞒炭梢猿浞只厥杖剂蠚庵械臍錃夂涂梢夯M分，有利于提高經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于加氫裝置較多，氫氣需求量較大的企業(yè)，可以優(yōu)先考慮這兩種方案。

(4)由于各裝置原料不同，產(chǎn)品要求也不同，并且隨著原料、產(chǎn)品及燃料動(dòng)力價(jià)格的波動(dòng)，需要調(diào)整不同的生產(chǎn)方案，因此，各個(gè)裝置應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，確定適合該裝置的再接觸流程和操作條件。