柴油加氫精制裝置的設計及标定

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計及工業标定進行瞭(le)總結，簡要介紹瞭(le)工藝及工程技術特點，並(bìng)對裝置的工業運轉标定結果作瞭(le)簡要分析。結果表明，反應器内汽液分配均勻，新型催化劑FHUDS-3脫硫效果良好，精制柴油産品質量可以滿足歐}Ⅲ/歐Ⅳ的排放标準要求，能耗達到國内先進水平。

關鍵詞:柴油加氫   精制裝置  工程設計  标定

1前言

    柴油是我國目前需求量最大的石油産品之一，随著(zhe)環保法規的日趨嚴格，對柴油産品的質量要求不斷提高，同時超低硫柴油加氫裝置的設計與操作也逐步受到重視。中國石化高橋分公司新建設的3.0Mt/a柴油加氫精制裝置是加工含硫2. 0%進口原油适應性改造工程中的主要裝置之一，由中國石化工程建設公司(以下簡稱SEI)進行工程設計。裝置採用撫順石油化工研究院(以下簡稱FRIPP)開發的新一代催化劑FHUDS-3，生産滿足歐Ⅲ或歐Ⅳ排放标準要求的柴油。該裝置自2008年4月I7日投料開車一次成功，一直運行良好。2008年9月12-14日進行瞭(le)裝置滿負荷運轉考核标定。

2裝置設計

    柴油加氫裝置的設計主要包括三部分:反應部分、分餾部分、低分氣脫硫和膜分離部分。裝置的設計規模爲3.0Mt/a，年開工時間爲8400h，設計操作彈性爲60%~110%。該裝置採用FRIPP開發的新一代FHUDS-3精制催化劑，氫分壓爲6.0MPa,該催化劑爲首次工業化應用，工藝流程見圖1。

裝置設計具有以下特點:①反應部分採用爐前部分混氫流程，操作方便，流程簡化。由於裝置的規模較大，採用爐前部分混氫方案，有效地解決瞭反應進料加熱爐兩相流的分配問題和壓降問題，同時多數高壓換熱器爲兩相流換熱，傳熱效率高。裝置若採用爐前全部混氫，反應進料加熱爐若兩路進料，壓降會很大;若四路進料，換熱流程需要調整爲單向換熱。後面這兩種方案從操作和投資等角度綜合評價均不合适，最終選擇瞭爐前部分混氫的方案。②考慮反應器直徑(内徑4 400mm)較大，在反應器每個床層設有8～12支熱電偶測溫，便於有效地監測床層熱點。反應器内構件採用SEI先進可靠的冷氫管和冷氫箱專利技術，汽液分配均勻，催化劑利用率高，反應器壓力降小，同時徑向溫差小。③分餾部分採用硫化氫汽提塔和分餾塔方案，分餾塔底採用重沸爐，使得柴油産品中的水含量幾乎爲零。④原料油緩沖罐、注水罐等採用氮氣保護，防止介質與空氣接觸。爲防止原料中固體雜質被帶人反應器床層，堵塞催化劑，造成床層壓力降過早增大，採用瞭原料油自動反沖洗過濾器。⑤工程設計中採用有效的節能措施，降低能耗。反應部分採用熱高分流程，高壓換熱器採用雙殼程螺紋鎖緊環換熱器，傳熱系數高，換熱面積小，壓降低，投資低;分餾塔頂冷凝水作爲反應注水，節省除鹽水，也降低能耗;反應進料加熱爐對流室加熱分餾塔重沸爐的進料，兩台加熱爐設置一套煙氣餘熱回收系統，盡可能地回收低溫熱源，提高加熱爐熱效率(不小於90%），降低能耗。⑥爲回收本裝置及其它加氫裝置的低分富氫氣體，設置低分氣脫硫和脫硫後氣體膜分離設施，提純後氫氣送氫氣管網供用氫裝置使用，有效地回收瞭排放氣中的氫氣。

3工業标定

    裝置於2008年9月12～14日進行瞭标定，主要是爲瞭考察催化劑性能、裝置能耗、物料平衡、硫平衡以及裝置進出物流流量計的準確性，並驗證是否可以達到生産歐Ⅲ、歐Ⅳ排放标準要求的柴油的設計目的。

    3. 1原料油

    标定時裝置採用直餾柴油(直柴)、焦化汽柴油(焦化汽柴)和催化裂化柴油(催柴)的混合柴油爲原料，按比例混合，抽用罐區冷進料。标定期間第一階段原料處理量爲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爲325 t/h，其中直餾柴油210 t/h、焦化汽柴油115 t/h。原料性質見表1。從表1可以看出，原料的密度、硫含量、餾程接近設計值，但标定原料中的直餾柴油比例低於設計值，焦化汽柴油的比例高於設計值。

    3. 2補充氫氣組成

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

    3. 3操作條件

裝置的主要設計反應條件和标定反應條件見表3。

    3. 4反應器床層溫度分布

反應器床層溫度分布标定值見表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個溫度點之間相差較小，小於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産品性質

    裝置的主要産品是脫硫後的柴油和石腦油，性質見表5。從表5的産品性質看，标定結果基本達到設計要求，在歐Ⅲ和歐Ⅳ工況标定中，柴油硫含量分别小於200ug/g和40ug/g,氮含量分别小於40ug/g和30ug/g。石腦油的硫含量與設計值相差較大，可能是硫化氫汽提塔的汽提效果不好，該塔的設計進料溫度爲225℃，但标定期間進料溫度爲210℃導緻該塔汽提質量不好。歐皿工況标定時，原料硫含量平均爲0.97%，氮含量平均爲254 ug/g；石腦油、柴油産品硫含量爲184ug/g,氮含量爲32ug/g。催化劑FHUDS-3的總脫硫率爲98.1%，總脫氮率87.4%。歐Ⅳ工況标定時，原料硫含量平均爲1.0%，石腦油、柴油産品硫含量爲35ug/g。催化劑FHUDS-3的總脫硫率爲99.7%。

    3. 6物料平衡

    标定期間的物料平衡與設計物料平衡見表6。從表6可以看出，裝置标定的化學氫耗均大於設計值，可能與加工焦化汽柴油比例較大有關系^[1]

    3. 7能耗對比

裝置的設計能耗與标定能耗對比見表7。

 由表7可以看出，裝置的實際能耗歐Ⅲ工況小於設計值，歐Ⅳ工況略大於設計值。由於标定是在冷進料工況下進行的，裝置設計可以實現熱進料。若採用熱進料，裝置的能耗會降低。與同類裝置能耗指标對比，該裝置的能耗已達到瞭國内先進水平。

4結論

    (1)反應器徑向溫差小，表明反應器内汽液分配均勻，内構件設計合理。

    (2)爐前部分混氫的應用，解決瞭裝置大型化後加熱爐兩相流分配的問題。

    (3)新一代催化劑FHUDS-3的首次工業化應用，表明效果良好，歐Ⅲ工況标定時總脫硫率達到98. 1%，歐N工況标定時總脫硫率達到99.7%

    (4)分餾部分重沸爐的設計使柴油産品中的水含量爲痕量，同時操作容易。上遊有所變化時，裝置調整操作容易，産品質量很快達标。

    (5)裝置能耗較低，達到瞭國内先進水平。

   緻謝:誠摯感謝朱昌瑩教授、範傳宏副總工程師對本文所做的詳細審閱和修改工作。

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