柴油加氫精制裝置的設(shè)計及標(biāo)定

摘要：對中國石化高橋分公司3.0Mt/a柴油加氫精制裝置的工程設(shè)計及工業(yè)標(biāo)定進(jìn)行了總結(jié)，簡要介紹了工藝及工程技術(shù)特點(diǎn)，并對裝置的工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)定結(jié)果作了簡要分析。結(jié)果表明，反應(yīng)器內(nèi)汽液分配均勻，新型催化劑FHUDS-3脫硫效果良好，精制柴油產(chǎn)品質(zhì)量可以滿足歐}Ⅲ/歐Ⅳ的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，能耗達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

關(guān)鍵詞:柴油加氫   精制裝置  工程設(shè)計  標(biāo)定

1前言

    柴油是我國目前需求量最大的石油產(chǎn)品之一，隨著環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，對柴油產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷提高，同時超低硫柴油加氫裝置的設(shè)計與操作也逐步受到重視。中國石化高橋分公司新建設(shè)的3.0Mt/a柴油加氫精制裝置是加工含硫2. 0%進(jìn)口原油適應(yīng)性改造工程中的主要裝置之一，由中國石化工程建設(shè)公司(以下簡稱SEI)進(jìn)行工程設(shè)計。裝置采用撫順石油化工研究院(以下簡稱FRIPP)開發(fā)的新一代催化劑FHUDS-3，生產(chǎn)滿足歐Ⅲ或歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)要求的柴油。該裝置自2008年4月I7日投料開車一次成功，一直運(yùn)行良好。2008年9月12-14日進(jìn)行了裝置滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)考核標(biāo)定。

2裝置設(shè)計

    柴油加氫裝置的設(shè)計主要包括三部分:反應(yīng)部分、分餾部分、低分氣脫硫和膜分離部分。裝置的設(shè)計規(guī)模為3.0Mt/a，年開工時間為8400h，設(shè)計操作彈性為60%~110%。該裝置采用FRIPP開發(fā)的新一代FHUDS-3精制催化劑，氫分壓為6.0MPa,該催化劑為首次工業(yè)化應(yīng)用，工藝流程見圖1。

裝置設(shè)計具有以下特點(diǎn):①反應(yīng)部分采用爐前部分混氫流程，操作方便，流程簡化。由于裝置的規(guī)模較大，采用爐前部分混氫方案，有效地解決了反應(yīng)進(jìn)料加熱爐兩相流的分配問題和壓降問題，同時多數(shù)高壓換熱器為兩相流換熱，傳熱效率高。裝置若采用爐前全部混氫，反應(yīng)進(jìn)料加熱爐若兩路進(jìn)料，壓降會很大;若四路進(jìn)料，換熱流程需要調(diào)整為單向換熱。后面這兩種方案從操作和投資等角度綜合評價均不合適，最終選擇了爐前部分混氫的方案。②考慮反應(yīng)器直徑(內(nèi)徑4 400mm)較大，在反應(yīng)器每個床層設(shè)有8～12支熱電偶測溫，便于有效地監(jiān)測床層熱點(diǎn)。反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件采用SEI先進(jìn)可靠的冷氫管和冷氫箱專利技術(shù)，汽液分配均勻，催化劑利用率高，反應(yīng)器壓力降小，同時徑向溫差小。③分餾部分采用硫化氫汽提塔和分餾塔方案，分餾塔底采用重沸爐，使得柴油產(chǎn)品中的水含量幾乎為零。④原料油緩沖罐、注水罐等采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，防止介質(zhì)與空氣接觸。為防止原料中固體雜質(zhì)被帶人反應(yīng)器床層，堵塞催化劑，造成床層壓力降過早增大，采用了原料油自動反沖洗過濾器。⑤工程設(shè)計中采用有效的節(jié)能措施，降低能耗。反應(yīng)部分采用熱高分流程，高壓換熱器采用雙殼程螺紋鎖緊環(huán)換熱器，傳熱系數(shù)高，換熱面積小，壓降低，投資低;分餾塔頂冷凝水作為反應(yīng)注水，節(jié)省除鹽水，也降低能耗;反應(yīng)進(jìn)料加熱爐對流室加熱分餾塔重沸爐的進(jìn)料，兩臺加熱爐設(shè)置一套煙氣余熱回收系統(tǒng)，盡可能地回收低溫?zé)嵩?img src="http://v1.cdn-static.cn/2017/7/17/j57ycsyr.png" class="fr-dib">，提高加熱爐熱效率(不小于90%），降低能耗。⑥為回收本裝置及其它加氫裝置的低分富氫氣體，設(shè)置低分氣脫硫和脫硫后氣體膜分離設(shè)施，提純后氫氣送氫氣管網(wǎng)供用氫裝置使用，有效地回收了排放氣中的氫氣。

3工業(yè)標(biāo)定

    裝置于2008年9月12～14日進(jìn)行了標(biāo)定，主要是為了考察催化劑性能、裝置能耗、物料平衡、硫平衡以及裝置進(jìn)出物流流量計的準(zhǔn)確性，并驗證是否可以達(dá)到生產(chǎn)歐Ⅲ、歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)要求的柴油的設(shè)計目的。

    3. 1原料油

    標(biāo)定時裝置采用直餾柴油(直柴)、焦化汽柴油(焦化汽柴)和催化裂化柴油(催柴)的混合柴油為原料，按比例混合，抽用罐區(qū)冷進(jìn)料。標(biāo)定期間第一階段原料處理量為357 t/h，其中直餾柴油217 t/h、焦化汽柴油110 t/h、催化裂化柴油30 t/h;第二階段原料處理量為325 t/h，其中直餾柴油210 t/h、焦化汽柴油115 t/h。原料性質(zhì)見表1。從表1可以看出，原料的密度、硫含量、餾程接近設(shè)計值，但標(biāo)定原料中的直餾柴油比例低于設(shè)計值，焦化汽柴油的比例高于設(shè)計值。

    3. 2補(bǔ)充氫氣組成

    裝置用補(bǔ)充氫來自制氫裝置、重整裝置和膜分離裝置，氫氣組成見表2。由表2可以看出，標(biāo)定時的補(bǔ)充氫純度比設(shè)計的補(bǔ)充氫純度低4～5個百分點(diǎn)。

    3. 3操作條件

裝置的主要設(shè)計反應(yīng)條件和標(biāo)定反應(yīng)條件見表3。

    3. 4反應(yīng)器床層溫度分布

反應(yīng)器床層溫度分布標(biāo)定值見表4。

從表4可以看出，催化劑床層溫度分布比較均勻，同一床層截面4個溫度點(diǎn)之間相差較小，小于1.5℃。二床層的下層熱電偶稍有偏差，從整體情況看催化劑裝

    3. 5產(chǎn)品性質(zhì)

    裝置的主要產(chǎn)品是脫硫后的柴油和石腦油，性質(zhì)見表5。從表5的產(chǎn)品性質(zhì)看，標(biāo)定結(jié)果基本達(dá)到設(shè)計要求，在歐Ⅲ和歐Ⅳ工況標(biāo)定中，柴油硫含量分別小于200ug/g和40ug/g,氮含量分別小于40ug/g和30ug/g。石腦油的硫含量與設(shè)計值相差較大，可能是硫化氫汽提塔的汽提效果不好，該塔的設(shè)計進(jìn)料溫度為225℃，但標(biāo)定期間進(jìn)料溫度為210℃導(dǎo)致該塔汽提質(zhì)量不好。歐皿工況標(biāo)定時，原料硫含量平均為0.97%，氮含量平均為254 ug/g；石腦油、柴油產(chǎn)品硫含量為184ug/g,氮含量為32ug/g。催化劑FHUDS-3的總脫硫率為98.1%，總脫氮率87.4%。歐Ⅳ工況標(biāo)定時，原料硫含量平均為1.0%，石腦油、柴油產(chǎn)品硫含量為35ug/g。催化劑FHUDS-3的總脫硫率為99.7%。

    3. 6物料平衡

    標(biāo)定期間的物料平衡與設(shè)計物料平衡見表6。從表6可以看出，裝置標(biāo)定的化學(xué)氫耗均大于設(shè)計值，可能與加工焦化汽柴油比例較大有關(guān)系^[1]

    3. 7能耗對比

裝置的設(shè)計能耗與標(biāo)定能耗對比見表7。

 由表7可以看出，裝置的實際能耗歐Ⅲ工況小于設(shè)計值，歐Ⅳ工況略大于設(shè)計值。由于標(biāo)定是在冷進(jìn)料工況下進(jìn)行的，裝置設(shè)計可以實現(xiàn)熱進(jìn)料。若采用熱進(jìn)料，裝置的能耗會降低。與同類裝置能耗指標(biāo)對比，該裝置的能耗已達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。

4結(jié)論

    (1)反應(yīng)器徑向溫差小，表明反應(yīng)器內(nèi)汽液分配均勻，內(nèi)構(gòu)件設(shè)計合理。

    (2)爐前部分混氫的應(yīng)用，解決了裝置大型化后加熱爐兩相流分配的問題。

    (3)新一代催化劑FHUDS-3的首次工業(yè)化應(yīng)用，表明效果良好，歐Ⅲ工況標(biāo)定時總脫硫率達(dá)到98. 1%，歐N工況標(biāo)定時總脫硫率達(dá)到99.7%

    (4)分餾部分重沸爐的設(shè)計使柴油產(chǎn)品中的水含量為痕量，同時操作容易。上游有所變化時，裝置調(diào)整操作容易，產(chǎn)品質(zhì)量很快達(dá)標(biāo)。

    (5)裝置能耗較低，達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。

   致謝:誠摯感謝朱昌瑩教授、范傳宏副總工程師對本文所做的詳細(xì)審閱和修改工作。

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