焦化柴油加氫裂化技術(shù)工程應(yīng)用

劉 丹 李 健 王 赟

（安徽華東化工醫(yī)藥工程有限責(zé)任公司上海分公司，上海 200315）

延遲焦化裝置是煉油廠提高輕質(zhì)油收率和生產(chǎn)石油焦的主要加工裝置。由于國(guó)內(nèi)原油普遍偏重且含蠟量高，因此柴油餾分收率比國(guó)外原油平均低5%~7%。同時(shí)，焦化柴油的烯烴含量高，硫、氮、氧等雜質(zhì)含量高，安定性差，只能作半成品或中間產(chǎn)品，經(jīng)過進(jìn)一步處理后才能作為柴油的調(diào)和組分。因此，如何使焦化柴油轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊又档氖X油是一些企業(yè)面臨的巨大問題。石油化工冶煉生成企業(yè)的柴汽比問題逐步引起了相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)實(shí)踐人員的廣泛關(guān)注。解決這一問題的最佳選擇是加快發(fā)展和推廣加氫技術(shù)，以滿足重油輕質(zhì)化、提高石腦油收率和質(zhì)量的需要。加氫裂化技術(shù)可為下游的重整和芳烴裝置提供優(yōu)良的石腦油原料，它在現(xiàn)代石油煉制技術(shù)加工過程中發(fā)揮了重要的作用，是21世紀(jì)公認(rèn)的環(huán)境友好技術(shù)，該技術(shù)有更廣泛的應(yīng)用前景和更高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)將1套100萬噸/年焦化汽柴油加氫精制裝置優(yōu)化改造為50萬噸/年加氫裂化裝置，最終滿足焦化柴油轉(zhuǎn)化率不低于99%的要求，重石腦油產(chǎn)品質(zhì)量滿足重整裝置進(jìn)料要求。利用加氫裂化工藝，通過控制芳烴轉(zhuǎn)化途徑，將焦化柴油中的大分子芳烴轉(zhuǎn)化為苯、甲苯、二甲苯等小分子芳烴保留在石腦油餾分中，最終生產(chǎn)得到高辛烷值汽油組分或芳潛較高的石腦油組分，優(yōu)化煉廠柴汽比。

1 裝置概況

改造前，該裝置以焦化汽油、焦化柴油作為混合原料油，在高溫及中壓的操作條件下，通過加氫精制技術(shù)產(chǎn)出符合國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)的柴油。改造前反應(yīng)部分和分餾部分的工藝流程如圖1和圖2所示。

圖1 改造前反應(yīng)部分工藝流程圖

圖2 改造前分餾部分工藝流程圖

2 改造方案

2.1 改造原則

改造原則有以下3個(gè)：1）因改造主要在裝置檢修期間進(jìn)行，改造的時(shí)間短且工期較緊，要求盡可能小地進(jìn)行改動(dòng)。2）裝置原處理量為100萬噸/年，改造要求在保留反應(yīng)器、高壓換熱器、高壓容器的同時(shí)，使新鮮焦化柴油處理量最大化。3）改造后的裝置要求重石腦油收率最大化，且滿足重整裝置進(jìn)料要求。

2.2 改造方案

柴油加氫裂化工藝流程主要有3種：?jiǎn)味我淮瓮ㄟ^流程、單段循環(huán)流程和兩段加氫裂化流程。

焦化柴油一次轉(zhuǎn)化率為40%~70%；產(chǎn)品收率只能通過選擇催化劑來調(diào)節(jié)；高轉(zhuǎn)化率時(shí)氫耗高，因裂化成石腦油和更輕組分的反應(yīng)沒有選擇性。

焦化柴油能達(dá)到幾乎全部轉(zhuǎn)化的效果（約尾油1%外甩）；與單段一次通過相比，產(chǎn)品質(zhì)量更高；可以通過調(diào)整循環(huán)油的循環(huán)量來調(diào)整石腦油的收率；干凈循環(huán)油的存在大大改善了進(jìn)料條件，降低反應(yīng)苛刻度，降低液化氣、干氣的收率。

靈活性較好，焦化柴油能達(dá)到全部轉(zhuǎn)化；裝置投資較高，操作較復(fù)雜；二反進(jìn)料為干凈介質(zhì)，液相收率高；氫耗低；能對(duì)各產(chǎn)品的收率進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)變；產(chǎn)品質(zhì)量較高。為達(dá)到改造目的，同時(shí)盡可能地減少改造工作量，該改造選用單段全循環(huán)加氫裂化工藝。

對(duì)加氫裝置反應(yīng)器出口流出物的分離方案一般包括冷高分流程和熱高分流程2種方案：1）冷高分流程。冷高分流程溫度為40 ℃~60 ℃，通過降低分離溫度來增強(qiáng)生成油吸收常規(guī)氣體組分的能力，并降低生成油對(duì)氫氣的溶解力，以獲得最大的氫氣回收率，對(duì)柴油體系適應(yīng)性好。其工藝流程上的特點(diǎn)為循環(huán)氫濃度相對(duì)提高、流程相較簡(jiǎn)單，高壓設(shè)備的個(gè)數(shù)相對(duì)減少，節(jié)省投資；原料油凝點(diǎn)、密度較高，油水不易分離。2）熱高分流程。熱高分流程中大部分反應(yīng)產(chǎn)物不經(jīng)高壓空冷冷卻而直接進(jìn)入分餾系統(tǒng)，其工藝流程上的特點(diǎn)為熱能利用較好，裝置能耗低；流程較復(fù)雜，投資增加；氫氣溶解量增加，使循環(huán)氫中氫濃度降低，引起氫分壓下降。對(duì)該裝置來說，改造后石腦油的轉(zhuǎn)化率較高，熱高分氣里面含有大量的油氣，熱高分流程的熱能利用優(yōu)勢(shì)不明顯，因此該改造依舊采用原冷高分流程。

改造前，該裝置分餾部分為汽提+分餾流程，分餾塔塔頂出石腦油、塔底出精制柴油。由于改造后重石腦油是目標(biāo)產(chǎn)品，同時(shí)會(huì)副產(chǎn)大量的輕石腦油及液化氣，因此該改造在分餾部分采用“三塔一爐”的流程方案，即汽提塔、主分餾塔、重石腦油汽提塔和主分餾塔重沸爐。改造思路如下：從反應(yīng)部分來的低分油經(jīng)換熱后進(jìn)入脫硫化氫汽提塔，在完成HS、不穩(wěn)定輕石腦油及汽提塔塔底油的分離后，汽提塔底油經(jīng)換熱后進(jìn)入主分餾塔，主分餾塔新設(shè)置一個(gè)側(cè)線汽提塔和重沸爐，經(jīng)氣液傳質(zhì)分離后，實(shí)現(xiàn)主分餾塔頂產(chǎn)穩(wěn)定輕石腦油，側(cè)線塔抽出重石腦油，主分餾塔底產(chǎn)加氫尾油。

改造前，該裝置為加氫精制裝置。改為加氫裂化裝置后，反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)程度加劇，反應(yīng)熱較改造前明顯增大。為利舊現(xiàn)有反應(yīng)器、高壓換熱器、加氫進(jìn)料泵等高壓設(shè)備，裝置的加工量需要適當(dāng)減少。經(jīng)核算，優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)后，原反應(yīng)流出物/熱加氫進(jìn)料進(jìn)料換熱器（1臺(tái)）和反應(yīng)流出物/冷加氫進(jìn)料換熱器（2臺(tái)）可以利舊，但是另外須增加1臺(tái)反應(yīng)流出物/熱加氫進(jìn)料換熱器。

由于該改造后汽提塔頂產(chǎn)不穩(wěn)定輕石腦油，要求汽提塔進(jìn)料滿足過汽化的溫度，因此將原反應(yīng)流出物/汽提塔底油換熱器改造為反應(yīng)流出物/冷低分油換熱器。同時(shí)，為提高主分餾塔進(jìn)料溫度且降低主分餾塔底重沸爐負(fù)荷，此次改造增加主分餾底油/汽提塔底油換熱器，充分利用系統(tǒng)自身熱量的同時(shí)，降低了冷卻工藝物流的能耗。

2.3 改造內(nèi)容

該裝置已有加氫精制反應(yīng)器為熱壁板焊結(jié)構(gòu)，因操作環(huán)境高溫臨氫環(huán)境及高溫HS 的腐蝕，主體材料選用了12Cr2Mo1R+堆焊E309L+E347；設(shè)有3個(gè)催化劑床層，床層間設(shè)有冷氫入口。該改造原加氫精制反應(yīng)器利舊，需要增加1臺(tái)加氫裂化反應(yīng)器，替換原有的加氫改質(zhì)反應(yīng)器。新增的加裂化反應(yīng)器與原有加氫精制反應(yīng)器設(shè)備材質(zhì)相同，設(shè)置3個(gè)催化劑床層內(nèi)裝催化劑和瓷球，床層間設(shè)有冷氫入口，為使進(jìn)入催化劑各床層的物流分配和催化劑床層的徑向溫度分布均勻，加裂化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)入口擴(kuò)散器、格柵、頂部分配盤、冷氫箱、再分配盤以及出口收集器。

原循環(huán)氫壓縮機(jī)為離心式，為背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。此次改造循環(huán)氫進(jìn)出口壓差與循環(huán)氫量均顯著增大，經(jīng)核算原循環(huán)氫壓縮機(jī)已無法滿足改造后生產(chǎn)需求，需要對(duì)其進(jìn)行原位更換。循環(huán)氫壓縮機(jī)改造前后計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 改造前后循環(huán)氫壓縮機(jī)操作條件對(duì)比

原加氫精制裝置高壓換熱器采用螺紋鎖緊環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)密封可靠性好，由于自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其內(nèi)壓引起的軸向力是通過管箱蓋和螺紋鎖緊環(huán)作用于管箱本體上，操作中便于擰緊，具有很好的密封效果。該結(jié)構(gòu)基本上解決了高壓換熱器的密封問題，設(shè)備操作過程中可隨時(shí)帶壓擰緊壓緊墊片的螺栓，及時(shí)排除泄漏。該改造優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)后，利舊了所有的高壓換熱器，并在反應(yīng)部分新增1臺(tái)反應(yīng)流出物/熱加氫進(jìn)料換熱器，其規(guī)格與原反應(yīng)流出物/熱加氫進(jìn)料換熱器相同，且上下布置。在滿足換熱需求的同時(shí)，降低了設(shè)備投資費(fèi)用。

原高壓貧液泵為電機(jī)高速離心泵，該改造由于新鮮原料進(jìn)料量降低，所需的貧胺液也隨之減少。為降低裝置能耗，該改造對(duì)高壓貧液泵進(jìn)行更換。貧液泵改造前后計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 改造前后貧液泵操作條件對(duì)比

更換循環(huán)氫脫硫塔內(nèi)件；更換汽提塔及內(nèi)件；更換主分餾塔及內(nèi)件；新增重石腦油側(cè)線汽提塔及內(nèi)件。

新增主分餾底油/汽提塔底油換熱器；更換脫硫化氫汽提塔頂后冷器；更換主分餾塔頂后冷器；新增重石腦油側(cè)線汽提塔底重沸器。

空冷器類：①新增重石腦油空冷器；②更換脫硫化氫汽提塔頂空冷器；③更換主分餾塔頂空冷器。

機(jī)泵類：①新增重石腦油泵；②更換脫硫化氫汽提塔頂回流泵；③更換主分餾塔頂回流泵。

①更換脫硫化氫汽提塔頂回流罐；②更換主分餾塔頂回流罐；增加重石腦油吸附脫硫罐（2臺(tái)）。

原料焦化柴油從裝置外來，經(jīng)過濾器除去大于25μm的顆粒后在液位的控制下進(jìn)入原料緩沖罐，經(jīng)泵升壓后再流量的控制下，與混合氫混合后作為反應(yīng)進(jìn)料，依次與反應(yīng)流出物經(jīng)反應(yīng)流出物/冷加氫進(jìn)料換熱器、反應(yīng)流出物/熱加氫進(jìn)料換熱器（新增1臺(tái)）換熱。再經(jīng)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐加熱升溫后，依次通過加氫精制反應(yīng)器、加氫裂化反應(yīng)器（新增），在催化劑作用下進(jìn)行加氫裂化、脫硫以及脫氮等反應(yīng)。反應(yīng)流出物與加氫進(jìn)料、冷低分油以及冷加氫進(jìn)料依次換熱后，由反應(yīng)流出物空冷器冷卻進(jìn)入高壓分離器。在空冷上游管道注入脫鹽水，以防止反應(yīng)流出物中銨鹽在低溫部位析出。 冷卻后的反應(yīng)流出物在高壓分離器中進(jìn)行油、氣、水三相分離。高分氣（循環(huán)氫）經(jīng)循環(huán)氫脫硫塔入口分液罐進(jìn)入循環(huán)氫脫硫塔（改造），以貧胺液吸收脫除其中多數(shù)的硫化氫，隨后經(jīng)由循環(huán)氫壓縮機(jī)（更換）升壓后分兩路：一路作為急冷氫進(jìn)入反應(yīng)器；一路與來自新氫壓縮機(jī)的新氫混合后，再去與原料油混合作為反應(yīng)進(jìn)料。含硫、含氨污水自高壓分離器底部排出，至裝置外酸性水汽提裝置處理。高分油相經(jīng)過調(diào)節(jié)閥的減壓，在液位的控制下送入低壓分離器。低壓分離器頂部閃蒸出的低分氣送出裝置進(jìn)行后續(xù)處理，而冷低分油則送至脫硫化氫汽提塔進(jìn)入后續(xù)分餾部分。

從反應(yīng)部分來的低分油經(jīng)換熱后進(jìn)入脫硫化氫汽提塔（改造），塔底通入汽提蒸汽，塔頂油氣經(jīng)汽提塔頂空冷器（更換）、汽提塔頂后冷器（更換）冷凝冷卻，進(jìn)入汽提塔頂回流罐（更換）。閃蒸出的氣體送至廠區(qū)延遲焦化裝置穩(wěn)定單元回收液化氣；油相經(jīng)泵升壓后部分作為塔頂回流，其余的作為粗輕石腦油產(chǎn)品送去廠區(qū)延遲焦化裝置穩(wěn)定單元處理。

脫硫化氫汽提塔底油經(jīng)過換熱后，作為進(jìn)料去往主分餾塔（改造）。主分餾塔底設(shè)置重沸爐泵強(qiáng)制循環(huán)，經(jīng)過重沸爐加熱，塔頂油氣冷凝冷卻后進(jìn)入主分餾塔塔頂回流罐（更換），油相經(jīng)主分餾塔塔頂回流泵（更換）升壓后，部分作為分餾塔的回流，其余的作為穩(wěn)定輕石腦油產(chǎn)品送出裝置。

重石腦油自主分餾塔中段側(cè)線抽出，一部分經(jīng)中段回流泵換熱冷卻返回主分餾塔，另一部分在液位控制下進(jìn)入重石腦油汽提塔（新增）。重石腦油汽提塔頂氣返回主分餾塔。重石腦油汽提塔塔底熱量由重沸器提供，熱源為加氫循環(huán)油。重石腦油汽提塔塔底產(chǎn)品由重石腦油泵（新增）升壓，在流量控制下經(jīng)石腦油脫硫罐（新增）吸附脫硫、再經(jīng)換熱冷卻后出裝置。

主分餾塔底油經(jīng)尾油泵升壓、換熱后作為加氫循環(huán)油返回到反應(yīng)部分原料油緩沖罐。

3 原料產(chǎn)品組成及主要操作參數(shù)

3.1 改造前后原料組成及性質(zhì)

改造前后裝置的原料情況以及主要性質(zhì)見表3。

表3 改造前后原料油性質(zhì)

3.2 改造前后主要操作條件

改造后裝置的化學(xué)氫耗增大，加氫精制反應(yīng)器的入口壓力基本保持一致（表4）。

表4 改造前后主要操作條件

3.3 改造前后產(chǎn)品收率對(duì)比

改造后裝置的輕、重石腦油收率顯著提高，各產(chǎn)品的收率見表5。

表5 改造前后產(chǎn)品收率對(duì)比

4 結(jié)語

100萬噸/年焦化汽柴油加氫精制裝置改造為50萬噸/年加氫裂化裝置后，可以實(shí)現(xiàn)焦化柴油最大化生產(chǎn)高芳潛重石腦油，保證重石腦油收率≥68%，硫含量≤0.5 μg/g，氮含量≤0.5 μg/g，滿足重整裝置進(jìn)料要求；副產(chǎn)的柴油產(chǎn)品十六烷值較原料可提高8~10，硫含量少于10 μg/g，可以作為清潔柴油調(diào)和組分。