裂解汽油加氫裝置的技術(shù)分析

張軍

摘 要：裂解汽油作為芳烴的主要來源，但如果不對(duì)其進(jìn)行二段加氫處理，就很難獲得苯、甲苯、二甲苯。因此，裂解汽油加氫裝置發(fā)揮著承上啟下的重要作用。本文主要從裂解汽油加氫裝置的主要技術(shù)、流程、存在的問題以及一段與二段催化劑壓差等的方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并針對(duì)性的提出了改造的策略與具體的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：裂解汽油;加氫裝置;技術(shù)分析

裂解汽油作為蒸汽裂解制乙烯的副產(chǎn)物，其組成成分主要為C5～C9+，裂解汽油的產(chǎn)量大約占乙烯產(chǎn)量的70%左右，在裂解汽油的原材料中，比如石腦油、輕柴油、加氫尾油等液體，其中的芳烴含量就占到了一半及以上。由此得出，裂解汽油是芳烴的主要來源。

1 裂解汽油加氫裝置主要技術(shù)及流程分析

1.1 主要技術(shù)

裂解汽油加氫裝置技術(shù)主要由全餾分加氫和中心餾分加氫這兩種類型組成。全餾分加氫還可能會(huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的變化：即在一段加氫處理后產(chǎn)生有脫C5與塔無脫C9塔，C6～C9進(jìn)二段加氫;也可僅有脫C9塔進(jìn)二段加氫，具體根據(jù)用戶的需求而不斷的變化著。隨著社會(huì)對(duì)C5餾分需求的不斷上升，我國(guó)的全餾分加氫正在呈逐年遞減的趨勢(shì)。為了避免這一問題的出現(xiàn)，我國(guó)上海的賽科石油化工公司已經(jīng)將全餾分加氫改為了中心餾分加氫。

1.2流程分析

裂解汽油加氫裝置如果從流程上進(jìn)行分類的話大致可以分為以下3種類型，即：預(yù)分餾系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)以及穩(wěn)定系統(tǒng)。具體流程如下：首先，將裂解汽油從解汽油儲(chǔ)罐中取出經(jīng)過脫戊烷塔及BTX塔，去除C5及C9，接著通過一段、二段反應(yīng)器對(duì)其進(jìn)行加氫處理，去除烯烴、單烯烴及S、O、N等的雜質(zhì)，最后將其放入穩(wěn)定系統(tǒng)中，最后待去除H2S氣體之后形成芳烴裝置的主要原料。

2 裂解汽油加氫裝置存在的問題

2.1 裝置負(fù)荷持續(xù)增加

在過去，對(duì)裂解汽油加氫裝置的設(shè)計(jì)主要以常壓與減壓材料這兩種原料為主，同時(shí)以石腦油為輔助性材料。而裂解汽油加氫裝置在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，隨著原材料品質(zhì)的不斷上升，原以石腦油為輔助材料的比例正處于不斷加大的過程中，幾乎占到了裂解原材料的60%左右。從這個(gè)意義上來說，雖然說乙烯與裂解汽油的收率分別有了很大程度的提升，即每1h大約會(huì)多生產(chǎn)出裂解汽油約8-10t左右，但卻在一定程度使得裂解汽油加氫裝置的負(fù)荷持續(xù)增加。

2.2 一段反應(yīng)器催化劑易產(chǎn)生中毒現(xiàn)象

裂解汽油加氫裝置自應(yīng)用以來，一段反應(yīng)器催化劑就發(fā)生過很多次的中毒現(xiàn)象，其壽命也僅為短短的18個(gè)月。通過對(duì)一段反應(yīng)器催化劑的技術(shù)檢測(cè)分析得出：其中砷含量為10-6及以上。由于裂解汽油加氫裝置在原設(shè)計(jì)過程中，其原料采用的是砷常壓柴油和減壓柴油為主，因此，在乙烯裂解裝置和加氫裝置內(nèi)，都沒有對(duì)脫砷系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)置。但是，隨著原材料品質(zhì)的不斷上升，含砷石腦油的原料逐漸進(jìn)入到了乙烯裝置中，為了有效的防止一段反應(yīng)器催化器再次發(fā)生中毒的現(xiàn)象，后來便在裂解汽油加氫裝置的原料罐區(qū)內(nèi)增添了石腦油脫砷裝置，并經(jīng)過改造并投產(chǎn)以后，其中的砷成分已經(jīng)完全的降低至了標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。而當(dāng)繼續(xù)經(jīng)過一段時(shí)間的投產(chǎn)以后，一段反應(yīng)器催化器再次發(fā)生了中毒的事故。究其原因如下：裂解汽油加氫裝置中原料的脫砷能力依然沒有達(dá)到相關(guān)的要求，經(jīng)過短期的操作之后，脫砷催化劑反應(yīng)器出現(xiàn)的失效造成了砷成分超標(biāo)的現(xiàn)象;少量砷成分的石腦油在經(jīng)過高溫裂解之后，砷成分就會(huì)在裂解汽油中形成濃縮的現(xiàn)象，其中的含量依然高達(dá)80×10-9及以上，這是造成一段反應(yīng)器催化器反復(fù)中毒的根本原因之一。

2.3 二段反應(yīng)器催化劑上升速度快

裂解汽油加氫裝置在加入原料并經(jīng)過使用之后，工作人員就發(fā)現(xiàn)了二段反應(yīng)器催化劑上升速度快的問題，同時(shí)，隨著二段反應(yīng)器催化劑上升的速度，使得氫氣循環(huán)壓縮機(jī)的循環(huán)量逐漸的得到了降低，直至降低至了壓縮機(jī)最小的循環(huán)范圍之內(nèi)，造成了壓縮機(jī)無法正常運(yùn)行的現(xiàn)象，裂解汽油加氫裝置被迫停車。

3 裂解汽油加氫裝置的技術(shù)分析

3.1 有效減少塔內(nèi)反混，提高塔板分離效率

將脫C5塔進(jìn)料分別通過輕和重兩股物流的形式，依次分別進(jìn)入到塔的不同位置中，如此一來，便可以有效的減少塔內(nèi)原料的反混現(xiàn)象，提高了塔板的分離效率。如果能在同樣的塔板數(shù)量與進(jìn)料條件下可以實(shí)現(xiàn)同樣的分離要求，回比流則可以下降約30個(gè)百分點(diǎn)，以一套800kt/a的乙烯配套裂解汽油加氫裝置為例，脫C5塔釜消耗至少1-2h的蒸汽消耗。

3.2 對(duì)熱換流程進(jìn)行優(yōu)化

銅鼓對(duì)裂解汽油加氫裝置中所有的冷熱物流系統(tǒng)進(jìn)行分析之后得出：對(duì)熱換流程進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)利用裂解汽油加氫裝置中的熱物料的熱量，可以有效的減少循環(huán)水以及蒸汽的消耗。采用SEI夾點(diǎn)技術(shù)對(duì)裂解汽油加氫裝置進(jìn)行分析，得出其溫度為117°。再根據(jù)夾點(diǎn)的原理分析得出：裂解汽油加氫裝置不通過夾點(diǎn)傳遞熱量;夾點(diǎn)以上及以下均不采用冷公用工程。根據(jù)以上分析進(jìn)一步得出：對(duì)熱換流程進(jìn)行優(yōu)化，可有效降低裂解汽油加氫裝置能耗10個(gè)百分點(diǎn)。

3.3 對(duì)分離塔進(jìn)行優(yōu)化，降低回比率

在對(duì)裂解汽油加氫裝置的設(shè)計(jì)過程中：要結(jié)合裂解汽油加氫裝置中的主要裝置對(duì)流程中的3塔分別進(jìn)行塔板數(shù)與回流比的技術(shù)分析，得出“R-N”曲線;分別對(duì)不同的塔板進(jìn)行進(jìn)料板位置的優(yōu)化，進(jìn)而找出最合理的進(jìn)料板位置，通過對(duì)分離塔進(jìn)行優(yōu)化，可有效降低5個(gè)百分點(diǎn)的能耗消耗。就比如在齊魯2號(hào)的加氫裝置中，對(duì)C5塔的原設(shè)計(jì)僅為40塊板，但經(jīng)過改造之后，回流比下降了約一半左右。

3.4 采用高效換熱器替換傳統(tǒng)加熱爐

裂解汽油加氫裝置中的加熱爐會(huì)產(chǎn)生一定量的煙氣，給環(huán)境造成了較大的污染，因此，各加氫裝置均呼吁采用高效加熱爐的方式替換傳統(tǒng)加熱爐。比如，目前中國(guó)石化工程建設(shè)公司采用的是4臺(tái)串聯(lián)式的BFS和BFU型換熱器。大量實(shí)踐證明：當(dāng)二段反應(yīng)器的溫度上升至40°的時(shí)候，便可停止加熱爐的使用。再比如燕山制苯車間與盤錦裂解汽油加氫裝置已經(jīng)停止了對(duì)加熱爐的使用。相反的，當(dāng)段反應(yīng)器的溫度沒有達(dá)到40°的時(shí)候，暫不能停止加熱爐，正確的做法是將加熱爐開到最小火嘴。如果說，要完全停止對(duì)加熱爐的使用，建議采用高效換熱器替換傳統(tǒng)加熱爐，因?yàn)楦咝Ъ訜釥t的最高溫度僅為20°左右，此時(shí)方可停爐。再如：鎮(zhèn)海裂解汽油加氫裝置的二段反應(yīng)器的溫度就被合理的控制在了25°-30°之間，同時(shí)也預(yù)計(jì)使用高效加熱爐，現(xiàn)已全面實(shí)現(xiàn)投入使用。

3.5 大力研發(fā)新的一段加氫催化劑

在裂解汽油加氫裝置中的一段加氫催化劑的是在低溫的條件下實(shí)施的，通過液相加氫，一段加氫催化劑的反應(yīng)熱不僅不能得到充分的利用，反而還會(huì)消耗大量的水資源，所以，大力研發(fā)新的一段加氫催化劑已經(jīng)勢(shì)在必得。目前，在我國(guó)的上海石化研究院正在研發(fā)新的一段加氫催化劑，并在其中多加入二烯烴和烯基芳烴，少加入氫單烯烴，可以在一定程度上滿足一段加氫催化劑的基本需求，即雙烯值>1。而又將剩余量的單烯烴在加入到二段加氫氣中，進(jìn)而促進(jìn)二段加氫劑放熱量的提升，最后在通過進(jìn)出料換熱器將二段加氫氣中的熱量充分的利用起來，以此來達(dá)到降低裂解汽油加氫裝置的能耗。

4 結(jié)語

綜上所述，通過以上對(duì)裂解汽油加氫裝置的項(xiàng)目分析，目前，我國(guó)的裂解汽油加氫裝置與2010年的裂解汽油加氫裝置相比，下降了約40%左右。同時(shí)，在這十年時(shí)間中，裂解汽油加氫裝置也在不斷的開發(fā)和延伸著新的技術(shù)。目前，我國(guó)的裂解汽油加氫裝置已經(jīng)處于了世界領(lǐng)先的地位之上。

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