加氫精制和加氫裂化介紹

一、加氫精制 
      加氫精制主要用于油品精制，其目的是除掉油品中的硫、氮、氧雜原子及金屬雜質(zhì)，改善油品的使用性能 。由于重整工藝的發(fā)展，可提供大量的副產(chǎn)氫氣，為發(fā)展加氫精制工藝創(chuàng)造了有利條件，因此加氫精制已成為煉油廠中廣泛采用的加工過程，也正在取代其它類型的油品精制方法。
㈠ 加氫精制的主要反應(yīng)
加氫精制的主要反應(yīng)有：
 加氫脫硫
2、加氫脫氮
 加氫脫氧
4、重質(zhì)油加氫脫金屬
5、在各類烴中，環(huán)烷烴和烷烴很少發(fā)生反應(yīng)，而大部分的烯烴與氫反應(yīng)生成烷烴。
在加氫精制中，加氫脫硫比加氫脫氮反應(yīng)容易進行，在幾種雜原子化合物中含氮化合物的加氫反應(yīng)最難進行。例如，焦化柴油加氫精制時，當脫硫率達到90%的條件下，脫氮率僅為
加氫精制產(chǎn)品的特點：質(zhì)量好，包括安定性好，無腐蝕性，以及液體收率高等，這些都是由加氫精制反應(yīng) 本身所決定的。
㈡ 加氫精制工藝裝置 
      加氫精制的工藝流程因原料而異，但基本原理是相同的，如圖3-10所示，包括反應(yīng)系統(tǒng)、生成油換熱、冷 卻、分離系統(tǒng)和循環(huán)氫系統(tǒng)三部分。
1、反應(yīng)系統(tǒng)
      原料油與新氫、循環(huán)氫混合，并與反應(yīng)產(chǎn)物換熱后，以氣液混相狀態(tài)進入加熱爐，加熱至反應(yīng)溫度進入反應(yīng)器。反應(yīng)器進料可以是氣相(精制汽油時)，也可以是氣液混相(精制柴油時)。反應(yīng)器內(nèi)的催化劑 一般是分層填裝，以利于注冷氫來控制反應(yīng)溫度(加氫精制是放熱反應(yīng))。循環(huán)氫與油料混合物通過每段催化劑 床層進行加氫反應(yīng)。
加氫反應(yīng)器可以是一個，也可以是兩個。前者叫一段加氫法，后者叫兩段加氫法。兩段加氫法適用于某些 直餾煤油的精制，以生成高密度噴氣燃料。此時第一段主要是加氫精制，第二段是芳烴加氫飽和。
2、生成油換熱、冷卻、分離系統(tǒng)
      反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)器的底部出來，經(jīng)過換熱、冷卻后進入高壓分離器。在冷 卻器前要向產(chǎn)物中注入高壓洗滌水，以溶解反應(yīng)生成的氨和部分硫化氫。反應(yīng)產(chǎn)物在高壓分離器中進行油氣分離，分出的氣體是循環(huán)氫，其中除了主要成分氫外，還有少量的氣態(tài)烴(不凝氣)和未溶于水的硫化氫。分出的液體產(chǎn)物是加氫生成油，其中也溶解有少量的氣態(tài)烴和硫化氫，生成油經(jīng)過減壓再進入低壓分離器進一步分離 出氣態(tài)烴等組分，產(chǎn)品去分餾系統(tǒng)分離成合格產(chǎn)品。
3、循環(huán)氫系統(tǒng)
      從高壓分離器分出的循環(huán)氫經(jīng)貯罐及循環(huán)氫壓縮機后，小部分(約30%)直接進入反應(yīng)器作冷氫 ，其余大部分送去與原料油混合，在裝置中循環(huán)使用。為了保證循環(huán)氫的純度(不小于65%(體))，避免硫化氫在系統(tǒng)中積累，常用硫化氫回收系統(tǒng)，解吸出來的硫化氫送到制硫裝置回收硫磺，凈化后的氫氣循環(huán)使用。
      為了保證循環(huán)氫中氫的濃度，用新氫壓縮機不斷往系統(tǒng)內(nèi)補充新鮮氫氣。
石油餾分加氫精制的操作條件因原料不同而異。一般地講，直餾餾分油加氫精制條件比較緩和，重餾分油 和二次加工油品則要求比較苛刻的操作條件。
二、加氫裂化 
      加氫裂化是重質(zhì)原料在催化劑和氫氣存在下進行的催化加工，生產(chǎn)各種輕質(zhì)燃料油的工藝過程。
用重質(zhì)原料油生產(chǎn)輕質(zhì)燃料油最基本的工藝原理就是改變重質(zhì)原料油的分子量和碳氫比，而改變分子和碳 氫比往往是同時進行的。改變碳氫比有兩個途徑；一是脫碳，二是加氫。熱加工過程，如熱裂化、焦化以及催化裂化工藝屬于脫碳，它們的共同特點是要加大一部分油料的碳氫比，因此，不可避免地要產(chǎn)生一部分氣體烴 和碳氫比較高的縮合產(chǎn)物?焦炭和渣油。所以脫碳過程的輕質(zhì)油收率不可能很高。
加氫裂化屬于加氫，在催化劑存在下從外界補入氫氣以降低原料油的碳氫比。
      加氫裂化實質(zhì)上是加氫和催化裂化這兩種反應(yīng)的有機結(jié)合。因此，它不僅可以防止如催化裂化過程中大量 積炭的生成，而且還可以將原油中的氮、氧、硫雜原子有機化合物雜質(zhì)通過加氫從原料中除去，又可以使反應(yīng)過程中生成的不飽和烴飽和，所以，加氫裂化可以將低質(zhì)量的原料油轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)的輕質(zhì)油。
㈠ 加氫裂化過程的化學(xué)反應(yīng) 
      石油烴類在高溫、高壓及加氫裂化催化劑存在下，通過一系列化學(xué)反應(yīng)，使重質(zhì)油品轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品，其 主要反應(yīng)包括：裂化、加氫、異構(gòu)化、環(huán)化及脫硫、脫氮和脫金屬等。
1、烷烴
      烷烴加氫裂化反應(yīng)包括兩個步驟，即原料分子在C-C鍵上的斷裂，和生成的不飽和碎片的加氫飽和， 例如：C16H34 C8H18 + C8H16 C8H18
      反應(yīng)中生成的烯烴先進行異構(gòu)化隨即被加氫成異構(gòu)烷烴。烷烴加氫反應(yīng)速度隨著烷烴分子量增大而加快，異構(gòu)化的速度也隨著分子量增大而加快。
2、烯烴
       烷烴分解和帶側(cè)鏈環(huán)狀烴斷鏈都會生成烯烴。在加氫裂化條件下，烯烴加氫變?yōu)轱柡蜔N，反應(yīng)速度最 快。除此之外，還進行聚合、環(huán)化反應(yīng)。R-CH2CH=CH2 + H2?? R-CH2CH2CH3
3、環(huán)烷烴
      單環(huán)環(huán)烷烴在過程中發(fā)生異構(gòu)化，斷環(huán)，脫烷基以及不明顯的脫氫反應(yīng)：雙環(huán)環(huán)烷烴和多環(huán)環(huán)烷烴首先異構(gòu)化生成五圓環(huán)的衍生物然后再斷鏈。反應(yīng)產(chǎn)物主要由環(huán)戊烷、環(huán)己烷和烷烴組成。
4、芳烴
      單環(huán)芳烴的加氫裂化不同于單環(huán)環(huán)烷烴，若側(cè)鏈上有三個碳原子以上時，首先不是異構(gòu)化而是斷側(cè)鏈 ，生成相應(yīng)的烷烴和芳烴。 除此之外，少部分芳烴還可能進行加氫飽和和生成環(huán)烷烴然后再按環(huán)烷烴的反應(yīng)規(guī)律繼續(xù)反應(yīng)。
雙環(huán)、多環(huán)和稠環(huán)芳烴加氫裂化是分步進行的，通常一個芳香環(huán)首先加氫變?yōu)榄h(huán)烷烴，然后環(huán)烷環(huán)斷開變 成單烷基芳烴，再按單環(huán)芳烴規(guī)律進行反應(yīng)。在氫氣存在下，稠環(huán)芳烴的縮合反應(yīng)被抑制，因此不易生成焦炭產(chǎn)物。
5、非烴類化合物
      原料油中的含硫、含氮、含氧化合物，在加氫裂化條件下進行加氫反應(yīng)，生成硫化氫、氨和 水被除去。因此，加氫產(chǎn)品無需另行精制。
上述加氫裂化反應(yīng)中，加氫反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，而裂化反應(yīng)則是吸熱反應(yīng)，二者部分抵銷，最終結(jié)果仍為 放熱反應(yīng)過程。
根據(jù)以上各類化學(xué)反應(yīng)決定了加氫裂化工藝具有以下的特點：
(1) 生產(chǎn)靈活性
      加氫裂化對原料的適應(yīng)性強，可處理的原料范圍很廣，包括直餾柴油、焦化蠟油、催化循環(huán)油、脫瀝青油，常壓重油和減壓渣油等。
加氫裂化產(chǎn)品方案可根據(jù)需要進行調(diào)整。即能以生產(chǎn)汽油為主，也能以生產(chǎn)低冰點、高煙點的噴氣燃料為 主，也可以生產(chǎn)低凝點柴油為主等，總之，根據(jù)需要，改變催化劑和調(diào)整操作條件，即可按不同的生產(chǎn)方案操作，得到所需的產(chǎn)品。
(2) 產(chǎn)品質(zhì)量好，收率高
      加氫裂化產(chǎn)品的主要特點是不飽和烴少，非烴雜質(zhì)含量少，所以油品的安定性好， 無腐蝕，含環(huán)烷烴多，還可作為重整原料。
㈡ 加氫裂化工藝裝置 
      加氫裂化流程，根據(jù)原料性質(zhì)，產(chǎn)品要求和處理量的大小，催化劑的性能而分一段流程、二段流程以及串 聯(lián)流程。下面主要介紹一段流程和二段流程加氫裂化。
1、一段加氫裂化流程 
      原料油經(jīng)泵升壓至16.0兆帕后與新氫及循環(huán)氫混合后，再與420℃左右的加氫生成油換熱至320℃～360℃進 入加熱爐，反應(yīng)器進料溫度為370℃～450℃。原料在反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)條件維持在溫度380℃～440℃，空速 1.0 時-1，氫油體積比2500。為了控制反應(yīng)溫度，向反應(yīng)器分層注入冷氫。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)與原料換熱降至200℃，再經(jīng) 冷卻溫度降到30℃～40℃之后進入高壓分離器。反應(yīng)產(chǎn)物進入空冷器之前注入軟化水以溶解其中的NH3、H2S等 ，以防止水合物析出而堵塞管道。自高壓分離器頂部分出循環(huán)氫，經(jīng)循環(huán)氫壓縮機升壓至反應(yīng)器入口壓力后，返回系統(tǒng)循環(huán)使用，自高壓分離器底部分出加氫生成油，經(jīng)減壓系統(tǒng)減壓至0.5MPa，進入低壓分離器，在低壓 分離器內(nèi)將水脫出，并釋放出溶解氣體，作為富氣送出裝置，可以作燃料氣用。生成油經(jīng)加熱送入穩(wěn)定塔，在1 .0MPa～2.0MPa下蒸出液化氣，塔底液體經(jīng)加熱爐加熱送至分餾塔，最后分離出輕汽油、航空煤油、低凝柴油和塔底尾油。尾油可一部分或全部作循環(huán)油用，與原料混合后返回反應(yīng)系統(tǒng)，或送出裝置作為燃料油。

                                                                                                   一段加氫反應(yīng)器
2、兩段加氫裂化流程
      原料油經(jīng)高壓泵升壓并與循環(huán)氫和新氫混合后首先與生成油換熱，再在加熱爐中加熱至反應(yīng)溫度，進入第一段加氫精制反應(yīng)器。在加氫活性高的催化劑上進行脫硫，脫氮反應(yīng)，此時原料油中的重金屬也被脫掉。反應(yīng)生成物經(jīng)換熱，冷卻后進入高壓分離器，分出循環(huán)氫。生成油進入脫氨(硫)塔，脫去NH3和H2S后，作為第二段 加氫裂化的進料。第二段進料與循環(huán)氫混合后，進入第二加熱爐，加熱至反應(yīng)溫度，在裝有高酸性催化劑的第 二段加氫裂化反應(yīng)器內(nèi)進行裂化反應(yīng)，反應(yīng)生成物經(jīng)換熱、冷卻、分離，分出溶解氣和循環(huán)氫后送至穩(wěn)定系統(tǒng)。
兩段加氫裂化工藝的特點是：對原料適應(yīng)性強，改變第一段催化劑可以處理多種原料，如高氮高芳烴的重 質(zhì)原料油。第二段可以采用不同的操作條件來改變生成油的產(chǎn)品分布。

                                                                                                          二段加氫反應(yīng)器

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