焦化苯精制生產(chǎn)工藝改造

詹碧華

(茂名瑞派石化工程有限公司,廣東 茂名 525099)

苯是重要的化工原料,具有十分廣泛的工業(yè)用途。苯有多種生產(chǎn)路線:催化重整、汽油裂解、甲苯歧化、甲苯加氫脫烷基化以及從焦炭輕油和煤焦油中得到[1]。目前我國(guó)純苯分為來自煉焦副產(chǎn)品的焦化苯和來自煉油和乙烯裝置的石油苯兩種。來自煉焦副產(chǎn)品的焦化苯是我國(guó)苯的主要來源之一,由于化學(xué)工業(yè)對(duì)苯質(zhì)量的要求很高,制取深度凈化甚至不含噻吩的合成苯具有越來越重大的意義。我國(guó)的焦化苯資源極為豐富,約占我國(guó)苯總量的40%～50%,但由于含有各種雜質(zhì),特別是硫化物,如0.2%～1.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)的噻吩,0.3%～0.4%的二硫化碳等,從而限制了它的進(jìn)一步深加工利用,它不能直接用于化工合成,必須預(yù)先進(jìn)行脫硫精制,主要是噻吩的脫除。焦化苯精制生產(chǎn)合成苯既能調(diào)整企業(yè)原有的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),又能增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[2]。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目范圍

本次改造采用原15萬(wàn)t潤(rùn)滑油加氫裝置進(jìn)行改造,需要新增汽化分離器、預(yù)加氫反應(yīng)器和重油冷卻器等設(shè)備以及配套的自控儀表、電氣及公用工程設(shè)計(jì)。

1.2 項(xiàng)目方案編制的原則

1)節(jié)約投資、縮短建設(shè)周期;

2)根據(jù)原料的性質(zhì)、特點(diǎn),采用合適、成熟的工藝技術(shù);

3)設(shè)備集中布置,減少占地面積和投資費(fèi)用;

4)公用工程條件盡可能依托現(xiàn)有15萬(wàn)t潤(rùn)滑油加氫裝置的條件;

5)嚴(yán)格遵守和執(zhí)行現(xiàn)行的國(guó)家、地方及行業(yè)主管部門的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和要求。

2 工藝內(nèi)容改造

2.1 建設(shè)規(guī)模

本項(xiàng)目實(shí)施后,粗苯加氫裝置工程規(guī)模10萬(wàn)t/a,年開工時(shí)間為8 000 h,操作彈性范圍60%～120%。

2.2 原料

1)粗苯的分析主要采用GC-MS方法測(cè)定,主要是含氮化合物(甲胩0.005%、吡啶0.021%、苯甲腈0.023%、5-甲基苯并咪唑0.019%、喹啉0.085%、吲哚0.037%),含氧化合物(苯酚0.013%、2,3-苯并呋喃0.065%、2-甲基苯并呋喃0.007%),含硫化合物(噻吩1.35%、3-甲基噻吩0.97%、苯并噻吩1.09%、3-甲基苯噻吩0.23%),單體烴(丙烯0.003%、1-丁烯0.013%、C4-烯烴0.036%、正丁烷0.003%、C4-烯烴0.003%、反-2-丁烯0.004%、順-2-丁烯0.004%、3-甲基-1-丁烯0.072%、異戊烷0.007%、正戊烷0.006%、13-丁二烯0.023%、2-甲基-2-丁烯0.004%、1順-3-戊二烯0.006%、13-環(huán)戊二烯0.489%、環(huán)戊烯0.014%、環(huán)戊烷0.008%、正己烷0.011%、甲基環(huán)戊烷0.012%、2-甲基-1順-3-戊二烯0.013%、2-甲基-13-環(huán)戊二烯0.010%、苯70.990%、24-二甲基-2-戊烯0.279%、24-二甲基-13-戊二烯0.021%、2-甲基-反-3-已烯0.012%、正庚烷0.022%、甲基環(huán)己烷0.052%、甲苯12.885%、23-二甲基己烷0.028%、正辛烷0.020%、113-三甲基環(huán)己烷0.035%、乙苯0.086%、對(duì)二甲苯2.969%、苯乙烯1.201%、鄰二甲苯0.508%、異丙基苯0.011%、C10-烷烴0.053%、1-甲基-3-乙基苯0.030%、1-甲基-4-乙基苯0.011%、135-三甲基苯0.193%、C9-芳烴0.016%、順-1-丙烯苯0.030%、1-甲基-2-乙基苯0.132%、間甲基苯乙烯0.143%、對(duì)甲基苯乙烯0.005%、124-三甲基苯0.201%、鄰甲基苯乙烯0.055%、123-三甲基苯0.039%、1-甲基-4-異丙基苯0.288%、23-二氫茚(茚滿)0.040%、茚2.174%、C10-芳烴0.018%、1-乙基-4-異丙基苯0.010%、1245-四甲基苯0.021%、C12-烷烴0.041%、萘2.681%、C12-芳烴0.046%)。

2)補(bǔ)充氫的組成主要是:氫氣(純度>99.0%)、CO+CO2(≤0.02%)、水(含量<0.03%)、氧(含量<0.01%)。

2.3 工藝技術(shù)方案

2.3.1 本裝置采用的技術(shù)方案

本裝置采用全加氫工藝技術(shù)方案。加氫法是將粗苯中以噻吩為主的各種雜質(zhì)利用加氫反應(yīng)將其中硫化物全部轉(zhuǎn)化為H2S、氮化物轉(zhuǎn)化為NH3、氧化物轉(zhuǎn)化為H2O、不飽和烴加氫飽和,然后采用萃取精餾除去雜質(zhì)[3-8]。

2.3.2 本裝置采用的催化劑

本裝置采用W213系列粗苯加氫精制催化劑。催化劑用量:一段加氫W213A單臺(tái)數(shù)量為12 m3、二段加氫W213B單臺(tái)數(shù)量為24 m3,催化劑的密度是(0.65±0.05) g/mL。

2.4 工藝流程

本次改造采用原15萬(wàn)t潤(rùn)滑油加氫裝置進(jìn)行改造,因原裝置操作壓力及操作溫度均滿足粗苯加氫裝置,因此本次改造需要增加汽化分離器、預(yù)加氫反應(yīng)器。

粗苯原料經(jīng)罐區(qū)送至裝置區(qū),首先進(jìn)入原料緩沖罐V1015,經(jīng)原料泵P1001升壓后,在泵出口調(diào)節(jié)閥后與混合氫氣匯合后,經(jīng)E-1008B、E-1007、E-1006C與二反產(chǎn)物換熱后,經(jīng)E-1006AB與導(dǎo)熱油加熱至需要溫度進(jìn)入新增的汽化分餾塔,塔底重組分作為副產(chǎn)物出裝置,頂部氣相進(jìn)入E1005C升溫?fù)Q熱,然后進(jìn)新增的一段加氫反應(yīng)器,該反應(yīng)器目的是中溫提前飽和烯烴及二烯烴,防止主反結(jié)焦。經(jīng)過一段加氫后物料經(jīng)過E1005AB與主加氫反應(yīng)器出口高溫物料換熱升溫至250 ℃,然后進(jìn)料加熱爐F-1001加熱到所要求的反應(yīng)溫度270 ℃,然后進(jìn)入主加氫反應(yīng)(異構(gòu)化反應(yīng)器R-1001A、R-1001B)進(jìn)行加氫精制反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)E-1005AB、E-1005C、 E-1006C、E-1007、E-1008B與原料換熱降溫,經(jīng)L-1001AB冷凝冷卻后進(jìn)入冷高壓分離罐V-1001。同時(shí)在換熱器E-1006C前注入脫鹽水300～500 kg/h,防止銨鹽結(jié)晶。

V-1001頂部富氫經(jīng)循環(huán)氫壓縮機(jī)升壓后返回加氫進(jìn)料泵出口,V-1001底部的高分油經(jīng)E-1001CD與穩(wěn)定塔底產(chǎn)物換熱升溫后進(jìn)入穩(wěn)定塔T-1001中部。

冷高分油進(jìn)入穩(wěn)定塔T-1001中部,塔頂汽相經(jīng)L-1002AB冷凝冷卻后進(jìn)入回流罐V-1003,V-1003頂分出小于C4酸性氣組分送硫氫化鈉凈化裝置,V-1003底部的液相經(jīng)穩(wěn)定塔回流泵P-1002/AB升壓后作T-1001頂回流,塔底油經(jīng)P-1003/AB作穩(wěn)定塔底產(chǎn)品出裝置送中間罐或去萃取精餾裝置。

2.5 加氫預(yù)/主反應(yīng)器操作條件

加氫預(yù)/主反應(yīng)器操作條件見表1。

表1 加氫預(yù)/主反應(yīng)器操作條件

2.6 物料平衡

改造后裝置物料平衡見表2。

表2 物料平衡 單位:kg·h-1

3 設(shè)備改造

本項(xiàng)目需新增1臺(tái)汽化分離塔和1臺(tái)預(yù)加氫反應(yīng)器,利舊改造反應(yīng)器2臺(tái)、塔器1臺(tái)、容器4臺(tái)、管殼式換熱器16臺(tái)。

3.1 新增設(shè)備

新增1臺(tái)汽化分離塔,規(guī)格為φ1 200×10 000(W.L)立式,介質(zhì)為粗苯,溫度為185 ℃,壓力為3.5 MPa,主體材質(zhì)為Q345R,質(zhì)量為15 000 kg(含塔盤1 000)。汽化分離塔(T-1006)為板式塔,內(nèi)設(shè)10層塔盤。該塔為Ⅱ類壓力容器,100%射線檢測(cè),焊后整體消除應(yīng)力熱處理。

新增1臺(tái)預(yù)加氫反應(yīng)器,規(guī)格為φ1 600×8 600(W.L)立式,介質(zhì)為輕苯、氫氣,溫度為350 ℃,壓力為3.5 MPa,主體材質(zhì)為15CrMoR,質(zhì)量為30 000 kg(含催化劑10 000)。預(yù)加氫反應(yīng)器(R-1002),內(nèi)裝12 m3催化劑。該反應(yīng)器為Ⅲ類壓力容器,100%射線檢測(cè),焊后整體消除應(yīng)力熱處理。

3.2 利舊設(shè)備

利舊設(shè)備改變了運(yùn)行參數(shù)和盛裝介質(zhì),按TSG 21《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,屬于壓力容器改造。

本項(xiàng)目利舊設(shè)備利舊后操作條件的介質(zhì)中含有苯和H2S,按照HG/T 20660—2017《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類標(biāo)準(zhǔn)》,苯為極度危害介質(zhì),H2S為高度危害介質(zhì),因此原設(shè)備在選材制造檢驗(yàn)方面不滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。利舊設(shè)備按原材料標(biāo)準(zhǔn)及GB 150—1998、GB 151—1999進(jìn)行強(qiáng)度核算,在滿足強(qiáng)度要求的情況下,還需對(duì)原設(shè)備按以下原則進(jìn)行改造:

1)主要受壓元件選材標(biāo)準(zhǔn)符合GB 713—2008、JB 4726—2000標(biāo)準(zhǔn)的,且經(jīng)強(qiáng)度核算合格,按新增技術(shù)要求檢測(cè)合格的,不再更換材料。

2)主要受壓元件選材標(biāo)準(zhǔn)選用GB 8163—2008的,改造后接觸介質(zhì)毒性為極度、高度危害的,因該標(biāo)準(zhǔn)所有受壓元件不再使用,需全部更新。

3)新增技術(shù)要求按原材料標(biāo)準(zhǔn)及新的介質(zhì)特性結(jié)合TSG 21—2016、GB/T 150.1～4—2011、GB/T 151—2014要求進(jìn)行檢測(cè):如焊接接頭沒有100%檢測(cè)的設(shè)備補(bǔ)檢測(cè)、沒有熱處理的設(shè)備補(bǔ)測(cè)硬度、材料補(bǔ)超聲檢測(cè)(鋼板、鍛件)、補(bǔ)充氣密試驗(yàn)等。

4 土建改造

4.1 設(shè)計(jì)范圍

1)新增汽化分離器(T-1006)與預(yù)加氫反應(yīng)器(R-1002)聯(lián)合基礎(chǔ),共1座。

2)新增操作平臺(tái)7.5×5 m2(總高14 m),共4層。

4.2 設(shè)計(jì)原則

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)貫徹執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策,做到技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)合理,安全適用,合理選擇結(jié)構(gòu)類型。

2)在利用地方材料和資源的同時(shí),在安全可靠、滿足生產(chǎn)和使用功能的前提下,積極合理地采用新技術(shù)、新材料,使設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)合理,技術(shù)先進(jìn)。

3)構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),應(yīng)遵守安全、適用、經(jīng)濟(jì)、耐久的原則,結(jié)構(gòu)選型綜合考慮防腐,防火,地質(zhì)情況,施工技術(shù)等因素,并滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和耐久性的要求。

4)設(shè)計(jì)中本著節(jié)約投資、提高經(jīng)濟(jì)效益的原則,兼顧生產(chǎn)發(fā)展與當(dāng)前實(shí)際需要。

4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定

1)本工程構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作年限為50年。

2)構(gòu)筑物抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g,特征周期0.35 s,設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

3)構(gòu)筑物的抗震設(shè)防分類為丙類。

4)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。

5)構(gòu)筑物的環(huán)境類別為二(a)。

6)50年一遇的基本風(fēng)壓為0.75 kN/m2。

4.4 地基及基礎(chǔ)方案

4.4.1 地基方案

本項(xiàng)目地基方案初步考慮樁基,直徑1.2 m的灌注樁,樁長(zhǎng)約15 m,以強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖作為樁端持力層。

4.4.2 基礎(chǔ)方案

新增汽化分離器(T-1006)與預(yù)加氫反應(yīng)器(R-1002)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土圓柱式聯(lián)合基礎(chǔ)。

4.5 建筑材料

1)水泥:一般采用普通硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級(jí)為42.5,52.5 MPa。

2)鋼筋:直徑<12 mm:HPB300鋼筋;直徑≥12 mm:HRB400E鋼筋。

3)鋼材與連接材料:

(1)型鋼采用Q235-B鋼。

(2)焊條型號(hào)一般采用E43、E50系列,選擇的電焊條型號(hào),應(yīng)與主體金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)。當(dāng)不同強(qiáng)度的鋼材焊接時(shí),宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊接材料。

(3)錨栓:錨栓材質(zhì)宜采用未經(jīng)冷加工處理過的Q235-B鋼,地腳螺栓應(yīng)采用雙螺帽帶墊板。

4)混凝土(不小于建議值):基礎(chǔ)墊層(C20)、素混凝土設(shè)備基礎(chǔ)(C30)、鋼筋混凝土設(shè)備基礎(chǔ)(C30)。

5)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件按標(biāo)準(zhǔn)圖要求。

6)必要的防火、防腐措施。

5 自控改造

5.1 改造內(nèi)容

1)E-1005C殼程出口及E-1006AB殼程出口分別設(shè)置溫度遠(yuǎn)傳指示調(diào)節(jié)。

2)T-1006塔頂、塔底、R-1002床層上部、床層中部、床層底部及R-1002底部分別設(shè)置溫度遠(yuǎn)傳指示報(bào)警。

3)T-1006塔頂、塔底、R-1002頂出口及R-1002底部分別設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳指示報(bào)警。

4)T-1006塔底及R-1002底分別設(shè)置液位遠(yuǎn)傳指示調(diào)節(jié)報(bào)警。

5)以上的儀表信號(hào)均引入“15萬(wàn)t/a潤(rùn)滑油加氫異構(gòu)裝置”的DCS系統(tǒng)監(jiān)控。

6)通過對(duì)“15萬(wàn)t/a潤(rùn)滑油加氫異構(gòu)裝置”原有的DCS控制系統(tǒng)擴(kuò)容,實(shí)現(xiàn)對(duì)本次改造需要在控制室內(nèi)監(jiān)控的工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、操作、控制、監(jiān)視和管理。

7)R-1002頂部出口管道設(shè)置了溫度高高指示報(bào)警聯(lián)鎖,溫度高高時(shí),聯(lián)鎖停加氫進(jìn)料泵P-1001A/B及聯(lián)鎖關(guān)閉爐F-1001切斷閥UV-1103(原有),溫度信號(hào)引入“15萬(wàn)t/a潤(rùn)滑油加氫異構(gòu)裝置”的SIS系統(tǒng)監(jiān)控,利用SIS系統(tǒng)原有的備用AI點(diǎn)。

5.2 主要儀表選型

1)溫度測(cè)量?jī)x表。就地溫度測(cè)量選用雙金屬溫度計(jì),遠(yuǎn)傳溫度測(cè)量選用鎧裝熱電偶,熱電偶的信號(hào)經(jīng)溫度變送器與DCS的輸入卡件連接,該溫度變送器采用帶溫變功能的隔離式安全柵。

2)壓力測(cè)量?jī)x表。就地壓力測(cè)量選用不銹鋼隔膜壓力表,遠(yuǎn)傳壓力測(cè)量選用智能型單法蘭壓力變送器。

3)液位測(cè)量?jī)x表。就地液位測(cè)量選用磁性浮子液位計(jì),遠(yuǎn)傳液位測(cè)量選用雙法蘭差壓變送器。

4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)閥一般選用單(雙)座調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)為薄膜式或氣缸式,配智能型電氣閥門定位器(HART),調(diào)節(jié)閥門的附件由閥門生產(chǎn)廠家提供并集成。

5.3 儀表供電、儀表供氣

DCS系統(tǒng)供電利用原有系統(tǒng)的UPS及GPS供電電源。

直流電源供電利用原有的直流電源系統(tǒng)。

調(diào)節(jié)閥所需的儀表風(fēng),從閥門安裝位置附近的儀表風(fēng)管接出。

調(diào)節(jié)閥所需儀表風(fēng):約6 Nm3/h。

5.4 設(shè)計(jì)采用的主要標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3005—2016;《石油化工儀表安裝設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3104—2013;《石油化工儀表管道線路設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3019—2016。

6 電氣改造

6.1 設(shè)計(jì)范圍

本項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容為15萬(wàn)t/a潤(rùn)滑油加氫異構(gòu)裝置粗苯加氫技改項(xiàng)目汽化分離器(T1006)和預(yù)加氫反應(yīng)器(R-1002)的防雷防靜電接地及其操作平臺(tái)照明設(shè)計(jì)。

6.2 照明配電

汽化分離器(T1006)和預(yù)加氫反應(yīng)器(R-1002)操作平臺(tái)照明采用防爆節(jié)能LED燈具,沿平臺(tái)外側(cè)護(hù)欄式安裝,燈具電源引自附近裝置框架已有照明回路,燈具在平臺(tái)出入口處設(shè)開關(guān)控制。

照明配電線路采用電纜穿鍍鋅鋼管沿平臺(tái)護(hù)欄明敷設(shè)。

6.3 防雷防靜電接地

本裝置防雷、防靜電及工作接地共用一個(gè)接地網(wǎng)。汽化分離器(T1006)和預(yù)加氫反應(yīng)器(R-1002)壁厚大于4 mm,利用本體作接閃器及防雷引下線,通過設(shè)備的接地耳與附近已有接地裝置不少于兩處連接;所有正常不帶電金屬構(gòu)架均須接地,接地電阻按不大于10 Ω設(shè)計(jì)。

7 改造后效果及注意事項(xiàng)

7.1 改造后效果

本次改造采用原15萬(wàn)t潤(rùn)滑油加氫裝置進(jìn)行改造,主要利用原有裝置反應(yīng)部分,改造后可處理10萬(wàn)t/a粗苯,原有裝置分餾部分不投用。加氫后產(chǎn)品指標(biāo):噻吩≤0.1 mg/kg,總硫≤1.0 mg/kg,非芳烴生成率(%)<1。具體見表3。

表3 改造后效果

7.2 注意事項(xiàng)

利舊改造設(shè)備,應(yīng)按照TSG21定期檢驗(yàn)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn),判定壓力容器的安全狀況等級(jí),符合使用要求的對(duì)設(shè)備受壓元件進(jìn)行全面測(cè)厚,符合現(xiàn)操作條件下強(qiáng)度要求,并經(jīng)過檢測(cè)合格后方能利舊。