柴油加氫裝置質量升級及擴能改造

仝保田(山東京博石油化工有限公司，山東濱州256500)

柴油加氫裝置質量升級及擴能改造

仝保田(山東京博石油化工有限公司，山東濱州256500)

柴油加氫精制裝置如何能夠由國Ⅲ裝置擴能改造國Ⅴ或者國Ⅵ裝置，主要可以從催化劑的選擇、空速的降低來進行考慮，本次裝置改造主要部位包括反應系統換熱流程優化、精制反應器及降凝增加、循環氫脫硫系統、增加熱高低分、液力透平系統、余熱利用進行考慮；精制催化劑選擇Topsoe公司HyBRIMTM系列催化劑，HyBRIMTM系列相對BRIMTM系列相對活性高處40%左右；降凝催化劑選擇含氮低溫異構降凝催化劑，采用冬季夏季在線切換模式。

擴能改造;升級;催化劑

近年來，由于原油資源日趨緊張，煉廠原料的劣質化及重質化越來越嚴重，造成餾分油（汽油、柴油）的質量不斷下降，大比重、高凝點、高硫、高芳烴等等，汽柴油產品升級步伐的加快，目前油品無法滿足日趨嚴格的環保及發動機的要求，因此人們不斷追求由劣質原料生產低比重、低凝點、低硫、高十六烷值的柴油組分；

山東京博石油化工有限公司（以下簡稱京博石化）80萬噸/年加制氫聯合裝置由上海華西化工科技有限公司進行設計, 2008年投產，該裝置由80萬噸/年汽柴油加氫裝置和15000標方/小時制氫裝置組成。裝置流程采用反應+汽提+分餾流程；裝置原料為焦化柴油、直餾柴油；裝置產品為國Ⅴ車柴、石腦油；改造主要目的為擴能及產品質量升級改造；裝置原設計能力為80萬噸/年（彈性60%-110%）；產品為國Ⅲ柴油；需要將裝置改造為120萬噸/年國Ⅴ車用柴油裝置。

1 改造項目

1.1 工藝流程變動

反應及分餾部分

擴建后的裝置采用丹麥Topsoe公司的工藝包和催化劑，在原有的反應器基礎上增加一臺加氫脫硫反應器和一臺降凝反應器，降低反應空速，提高芳烴的轉化率及脫硫率；降凝主要是滿足生產低溫流動性的柴油；原有冷高分流程改為熱高分流程，降低反應爐對燃料的消耗，同時對低溫熱量進行回收利用；并增設循環氫脫硫系統，降低H2S對加氫影響，將使產品一次滿足國五車用柴油標準。

溶劑再生單元

新增溶劑再生單元，將富胺液中H2S脫至0.1%(wt)，富溶劑再生利用低溫余熱產生蒸汽進行再生。

原有裝置流程：改造后裝置流程：

1.2 新增設備

精制及降凝反應器：根據原料建立反應模型，對裝置進行產出國Ⅴ條件模擬，裝置反應空速由1.2降至0.8；新增異構降凝反應器，滿足生產0、-10、-20號柴油，避免因加降凝劑導致的產品發渾的問題。反應器按JB4732-95《鋼制壓力容器一分析設計標準》進行設計，由于該反應器運行環境較苛刻(高溫、高壓、臨氫)，按照抗氫曲線選取材料，兩臺新增反應器采用12Cr2Mo1R材料，且均為熱壁式板焊結構。由于H2S含量較高，為防止產生H2S高溫腐蝕，在反應器內部還應進行堆焊處理，堆焊分兩層，過渡層和表層，過渡層采用E309L(厚度3毫米)，表層采用E347(厚度3.5毫米)。。

新增熱高、低分設備：主要目的為裝置擴量改造后，為降低裝置燃料消耗及對低溫熱量進行利用；加熱爐的負荷由5512kw降低至3513kw；柴油低溫余熱進行產汽產生0.35Mpa蒸汽作為富液再生熱源使用。

新增高壓換熱器及蒸汽發生器；

1.3 新技術使用

高效板式換熱器利用：利用瑞典Alfa Laval高效板式換熱器，解決高效傳質換熱及位置受限的問題。

液力透平：液力透平是將液體流體工質中的壓力能轉換為機械能的機械設備，利用液力透平可將工藝流程中的液體余壓回收再利用，轉換為機械能驅動機械設備，以達到節能。充分利用裝置壓力優勢降低原料泵的電能消耗；

永磁調速：永磁驅動技術是近年來國際上開發的一項突破性新技術，利用成熟的永磁調速代替目前變頻調速技術，達到節能的目的。

1.4 塔內件改造

循環氫脫硫塔及溶劑再生塔選擇單溢流浮閥塔板；汽提塔選擇雙溢流浮閥塔板，對汽提塔1-4層塔板進行部分進行改造，進料采取兩段進料的方式，降低塔頂負荷，分餾塔由于取消原料石腦油的進料，分餾塔負荷降低，通過對水力學進行核算，不對塔板進行改造。

循環氫脫硫塔溶劑再生塔結構參數結構參數塔板層號（由上到下）溢流形式塔徑mm板間距mm降液管面積/塔截面積%開孔率%出口堰高mm底隙mm塔板層號（由上到下）溢流形式塔徑mm板間距mm降液管面積/塔截面積%開孔率% 1--2單2000 600 4．84 3．72 1--16單1600 610 11．4 13．61 50 50塔板層號（由上到下）溢流形式塔徑mm板間距mm降液管面積/塔截面積%開孔率% 3--23單2000 600 12．73 15．2

出口堰高mm底隙mm 50 50出口堰高mm底隙mm 50 50

壓縮機改造：

對新氫機電機及循環氫機電機進行調整，壓縮機本體氣缸、活塞及氣閥等進行了更換。

2 操作條件調整

2.1 反應單元

由于裝置原料及裝置兩種操作模式運行，因此裝置按照兩種工況進行運行，冬季模式和夏季模式；裝置循環氫量80000標方/小時，新氫量耗氫量控制14791-19390標方/小時；反應溫度根據冬夏季模式不同入口控制319-323℃，降凝溫度的控制根據不同牌號柴油進行控制。

一、反應器1、加氫精制反應器入口操作壓力MPa(g)入口溫度℃出口溫度℃2、HDS反應器入口操作壓力MPa(g)入口溫度℃出口溫度℃3、脫蠟反應器入口操作壓力MPa(g)入口溫度℃出口溫度℃二、反應進料加熱爐入口溫度℃出口溫度℃操作負荷kW三、新氫壓縮機入口壓力Mpa(G)出口壓力Mpa(G)新氫流量Nm3/h四、循環氫壓縮機入口壓力Mpa(G)出口壓力Mpa(G)循環氫流量Nm3/h夏季模式SOR 7．85 319 361 7．58 345 361 7．33 282 319 6200 2．4 8．43 16450 7 8．43 82561 EOR 8．01 362 394 7．6 381 394 7．33 320 362 8000 8．6 14791 8．6 84220冬季模式SOR 8．04 323 361 7．77 361 377 7．52 363 381 305 323 3100 8．62 19390 8．62 79620 EOR 8．21 362 394 7．8 381 394 7．52 390 397 320 362 8100 8．8 17453 8．8 81558

2.2 分餾單元

分餾單元的操作由于裝置加工量及原料的增加及熱高分流程的優化，汽提塔塔底溫度進行升高，操作溫度由164℃調整為196℃，塔底溫度由167℃調整為195℃，分餾部分溫度由209℃提高至232℃，塔頂166℃調整為154℃，塔底溫度的升高主要目的是由于裝置原始設計沒有重沸爐，降低產品柴油含水問題。

脫H2S汽提塔塔頂溫度℃塔底溫度℃塔頂壓力Mpa(G) 195 196 0．7產品分餾塔塔頂溫度℃塔底溫度℃塔頂壓力Mpa(G) 154 232 0．3

3 裝置改造效果

3.1 裝置處理能力

裝置的處理能力由于受全廠物料平衡，柴油組分量的增加，需要對裝置進行擴能改造，通過對裝置進行核算，裝置由加工能力80萬噸/年提高至120萬噸/年，主要通過對靜設備、動設備、管道、冷卻等進行優化達到提產能的目的；

主要物料平衡：

表3.1-1 物料平衡（夏季初期）

表3.1-2 物料平衡（冬季初期）

3.2 產品質量提升

裝置投產后，產品質量硫含量降低至5ppm以下，柴油產品十六烷值46-51左右，裝置產品柴油二環及三環芳烴轉化率＞95%，單環芳烴轉化率50%左右，滿足生產國五柴油的目的；冬季工況運行情況下可以滿足生產-10、-20、-30號柴油。

柴油烴類組成分析結果(SH/T 0606ASTM D2425)餾分烴類組成鏈烷烴一環烷烴二環烷烴三環烷烴總環烷烴含量(m%) 34．9 21．8 16．9 5．9 44．6

總飽和烴總單環芳烴總雙環芳烴三環芳烴總芳烴79．5 17．6 2．8 0．1 20．5

3.3 存在的問題

改造后裝置主要存在的問題是由于原料性質硫、烯烴等含量降低，反應溫升與初期方案不一致，同時由于摻入部分石腦油，導致熱量不平衡，熱高分的操作溫度低于設計的操作溫度，汽提塔塔底溫度相對于設計初期低30℃左右，汽提蒸汽的消耗量升高，由1.9噸/小時升高至2.5噸/小時；加熱爐燃料的消耗增加20%左右。

4 結語

通過裝置的擴能改造，裝置的加工能力得到了滿足，裝置的加工能力由800kt/a提高至1200kt/a，產品質量提升：通過對催化劑的優化選擇及提高裝置操作的苛刻度，降低空速提高氫分壓裝置的硫含量滿足國五柴油標準要求，但是產品十六烷值還需要進行提高；節能優化：通過對換熱流程的優化、永磁技術、高效換熱設備的利用裝置達到了節能的目的，裝置改造富液再生蒸汽完全實現的自給自足。

[1] 江鎮海介紹高效板式換熱器的構造特點,通過介紹在美國、瑞士、加拿大等國煉油廠的應用,證明該換熱器節能效果明顯,節省投入成本.《節能》,2010,29(3):60-61.

[2] 于國文，王德會，柳廣廈柴油加氫裝置設計和改造問題探討《煉油技術與工程》,2006,36(1):15-21.

[3] 陳若雷，高曉冬，石玉林，聶紅催化裂化柴油加氫深度脫芳烴工藝研究《石油煉制與化工》,2002,33(10):6-10.

仝保田(1983-)，男，大學本科；籍貫：山東濟寧；民族：漢；職業：山東京博石油化工有限公司高級工藝；職稱：工程師；研究方向：石油化工。