第八章加氫裂化裝置

第八章加氫裂化裝置HydrogenCrackingUnit2/4/20231煉油裝備技術(shù)重油輕質(zhì)化基本原理是改變油品的相對(duì)分子質(zhì)量和氫碳比，而改變相對(duì)分子質(zhì)量和氫碳比往往是同時(shí)進(jìn)行的。改變油品的氫碳比有兩條途徑，一是脫碳，二是加氫。熱加工過程，如焦化、催化裂化都屬于脫碳過程，它們的共同特點(diǎn)是要減小一部分油料的氫碳比，因此不可避免地要產(chǎn)生一部分氣體烴和氫碳比較小的縮合產(chǎn)物——焦炭和渣油，從而使脫碳過程的輕質(zhì)油收率不會(huì)太高。2/4/20232煉油裝備技術(shù)加氫裂化屬于石油加工過程的加氫路線，是在催化劑存在下從外界補(bǔ)入氫氣以提高油品的氫碳比。加氫裂化實(shí)質(zhì)上是加氫和催化裂化過程的有機(jī)結(jié)合，一方面能使重質(zhì)油品通過裂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為汽油、煤油和柴油等輕質(zhì)油品，另一方面又可防止像催化裂化那樣生成大量焦炭，而且還可將原料中的硫、氯、氧化合物雜質(zhì)通過加氫除去，使烯烴飽和。因此，加氫裂化具有輕質(zhì)油收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好的突出優(yōu)點(diǎn)。2/4/20233煉油裝備技術(shù)第一節(jié)工作原理、工藝流程及特點(diǎn)2/4/20234煉油裝備技術(shù)一、加氫裂化裝置的特點(diǎn)加氫裂化裝置是將重質(zhì)油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油的一種加工手段，其特點(diǎn)是：1.對(duì)原料油的適應(yīng)性強(qiáng)，可加工直餾重柴油、催化裂化循環(huán)油，焦化餾出油，甚至可用脫瀝青重殘油生產(chǎn)汽油、航空煤油和低凝固點(diǎn)柴油;2.生產(chǎn)方案靈活，可根據(jù)不同季節(jié)要求來改變生產(chǎn)方案;3.產(chǎn)品質(zhì)量好，輕質(zhì)油收率高。2/4/20235煉油裝備技術(shù)二、加氫裂化工藝裝置的類別加氫裂化是一個(gè)集催化反應(yīng)技術(shù)、煉油技術(shù)和高壓技術(shù)于一體的工藝裝置，其工藝流程的選擇與催化劑性能、原料油性質(zhì)、產(chǎn)品品種、產(chǎn)品質(zhì)量、裝置規(guī)模、設(shè)備供應(yīng)條件及裝置生產(chǎn)靈活性等因素有關(guān)。加氫裂化的工業(yè)裝置按不同分類方法可分為多種類型：2/4/20236煉油裝備技術(shù)按反應(yīng)器中催化劑所處的狀態(tài)不同，可分為固定床、沸騰床和懸浮床等幾種型式。根據(jù)原料和產(chǎn)品目的不同，還可細(xì)分出很多種型式，如：餾分油加氫裂化、渣油加氫裂化以及單段流程、一段串聯(lián)流程和兩段流程加氫裂化等等。按尾油循環(huán)方式不同可分為一次通過法、部分循環(huán)法和全循環(huán)法。2/4/20237煉油裝備技術(shù)（一）固定床加氫裂化

固定床是指將顆粒狀的催化劑放置在反應(yīng)器內(nèi)，形成靜態(tài)催化劑床層。原料油和氫氣經(jīng)升溫、升壓達(dá)到反應(yīng)條件后進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，先進(jìn)行加氫精制以除去硫、氮、氧雜質(zhì)和二烯烴，再進(jìn)行加氫裂化反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)降溫、分離、降壓和分餾后，目的產(chǎn)品送出裝置，分離出含氫較高（80％，90％）的氣體，作為循環(huán)氫使用。未轉(zhuǎn)化油(稱尾油)可以部分循環(huán)、全部循環(huán)或不循環(huán)一次通過。2/4/20238煉油裝備技術(shù)根據(jù)原料及目的產(chǎn)品的不同，固定床加氫裂化大致分為下列幾種流程。

1.單段加氫裂化流程單段加氫裂化流程中只有一個(gè)反應(yīng)器，原料油加氫精制和加氫裂化在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。反應(yīng)器上部為精制段，下部為裂化段。這種流程用于由粗汽油生產(chǎn)液化氣、由減壓蠟油或脫瀝青油生產(chǎn)噴氣燃料和柴油。單段加氫裂化可用三種方案操作：尾油一次通過、尾油部分循環(huán)和尾油全部循環(huán)。2/4/20239煉油裝備技術(shù)2/4/202310煉油裝備技術(shù)采用尾油循環(huán)方案，可增產(chǎn)噴氣燃料和柴油；采用尾油一次通過流程，除生產(chǎn)一定數(shù)量的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料外，還可生產(chǎn)相當(dāng)數(shù)量的未轉(zhuǎn)化油(尾油)。這些尾油可用作獲得更高價(jià)值產(chǎn)品的原料。如可用尾油生產(chǎn)高粘度指數(shù)潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油，或作為催化裂化和裂解制乙烯的原料。2/4/202311煉油裝備技術(shù)

2.兩段加氫裂化流程兩段加氫裂化流程中有兩個(gè)反應(yīng)器，分別裝有不同性能的催化劑。第一個(gè)反應(yīng)器中主要進(jìn)行原料油的精制；第二個(gè)反應(yīng)器中主要進(jìn)行加氫裂化反應(yīng)，形成獨(dú)立的兩段流程體系。2/4/202312煉油裝備技術(shù)汽提塔的作用：脫去NH3和H2S以及殘留在油中的氣體。2/4/202313煉油裝備技術(shù)3.串聯(lián)加氫裂化工藝流程串聯(lián)流程是兩段流程的發(fā)展，其主要特點(diǎn)在于：使用了抗硫化氫抗氨的催化劑，因而取消了兩段流程中的汽提塔(即脫氨塔)，使加氫精制和加氫裂化兩個(gè)反應(yīng)器直接串聯(lián)起來，省掉了一整套換熱、加熱、加壓、冷卻、減壓和分離設(shè)備。2/4/202314煉油裝備技術(shù)圖1-7-1加氫裂化裝置流程示意圖此流程屬于什么加氫裂化工藝流程？簡(jiǎn)述其工藝流程2/4/202315煉油裝備技術(shù)圖1-7-2加氫裂化裝置流程簡(jiǎn)圖2/4/202316煉油裝備技術(shù)加氫裂化裝置的工藝流程原料油經(jīng)過濾、脫水后進(jìn)入緩沖罐，由高壓泵升壓后與氫氣(包括循環(huán)氫與新氫氣)混合后一起進(jìn)入換熱器與反應(yīng)生成物換熱至300℃左右，然后進(jìn)加熱爐預(yù)熱(另一種流程是原料油不進(jìn)加熱爐而只有循環(huán)氫進(jìn)加熱爐預(yù)熱，在爐出口與換熱后的原料油混合，這種流程可以減少爐管結(jié)焦)，預(yù)熱后從反應(yīng)器頂部進(jìn)入，在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后由底部排出，經(jīng)與新鮮原料、循環(huán)氫換熱后再進(jìn)入空冷器冷卻，冷凝下來的油和不冷凝的油氣和氫氣進(jìn)入高壓分離器，油氣分離，氫氣從高壓分離器頂部排出，大部分進(jìn)循環(huán)氫壓縮機(jī)，反應(yīng)生成油由底部排出，降壓后送至低壓分離器，油、氣再次分離，氣體送燃料氣管網(wǎng)，生成油送至分餾系統(tǒng)經(jīng)分餾塔、汽提塔、脫丁烷塔等分餾后得到汽油、航空煤油、柴油等產(chǎn)品。第三種流程中分餾塔底的尾油再全部循環(huán)回到加氫裂化反應(yīng)器進(jìn)行裂化反應(yīng)。2/4/202317煉油裝備技術(shù)加氫裂化裝置的操作范圍如下：操作溫度380～450℃，操作壓力8～20MPa，采用的催化劑含有Pt、Pd、W、Mo、Ni、Co等金屬氧化物作為加氫組分，以硅酸鋁、氟化氧化鋁或結(jié)晶硅鋁酸鹽為擔(dān)體。原料油經(jīng)加氫、裂化、異構(gòu)化等反應(yīng)轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品，收率一般達(dá)100％(體積)，可得到優(yōu)質(zhì)重整原料及高辛烷值汽油；航空煤油和低傾點(diǎn)柴油。同時(shí)產(chǎn)品含硫、氮、烯烴低，安定性好。2/4/202318煉油裝備技術(shù)（二）沸騰床加氫裂化沸騰床(又稱膨脹床)工藝是借助于流體流速帶動(dòng)具有一定顆粒度的催化劑運(yùn)動(dòng)，形成氣、液、固三相床層，從而使氫氣、原料油和催化劑充分接觸而完成加氫反應(yīng)過程。沸騰床工藝可以處理金屬含量和殘?zhí)恐递^高的原料(如減壓渣油)．并可使重油深度轉(zhuǎn)化；但反應(yīng)溫度較高，一般在400~450℃范圍內(nèi)。此種工藝比較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)尚未工業(yè)化。2/4/202319煉油裝備技術(shù)（三）懸浮床(漿液床)加氫工藝懸浮床工藝是為了適應(yīng)非常劣質(zhì)的原料而重新得到重視的一種加氫工藝。其原理與沸騰床相類似，其基本流程是以細(xì)粉狀催化劑與原料預(yù)先混合，再與氫氣一向進(jìn)入反應(yīng)器自下而上流動(dòng)，催化劑懸浮于液相中，進(jìn)行加氫裂化反應(yīng)，催化劑隨著反應(yīng)產(chǎn)物一起從反應(yīng)器頂部流出。該裝置能加工各種重質(zhì)原油和普通原油渣油，但裝置投資大。該工藝目前在國(guó)內(nèi)尚屬研究開發(fā)階段。2/4/202320煉油裝備技術(shù)第三節(jié)加氫設(shè)備加氫工藝生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備是在高溫、高壓及有氫氣和硫化氫存在的條件下運(yùn)行的，故其設(shè)計(jì)、制造和材料的選用等要求都很高，對(duì)生產(chǎn)操作的控制也極嚴(yán)格。2/4/202321煉油裝備技術(shù)一、高壓加氫反應(yīng)器高壓加氫反應(yīng)器是裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，工作條件苛刻，制造困難，價(jià)格昂貴。根據(jù)介質(zhì)是否直接接觸金屬器壁，分為冷壁反應(yīng)器和熱壁反應(yīng)器兩種結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器由筒體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩部分組成。2/4/202322煉油裝備技術(shù)(一)反應(yīng)器筒體反應(yīng)器筒體分為冷壁筒和熱壁筒兩種。2/4/202323煉油裝備技術(shù)（二）加氫反應(yīng)器內(nèi)件加氫反應(yīng)是在高溫高壓及有腐蝕介質(zhì)（H2、H2S）的條件下操作，除了在材質(zhì)上要注意防止氫腐蝕及其他介質(zhì)的腐蝕以外，加氫反應(yīng)器還應(yīng)保證：反應(yīng)物(油氣和氫)在反應(yīng)器中分布均勻，保證反應(yīng)物與催化劑有良好的接觸；及時(shí)排除反應(yīng)熱，避免反應(yīng)溫度過高和催化劑過熱．以保證最佳反應(yīng)條件和延長(zhǎng)催化劑壽命；在反應(yīng)物均勻分布的前提下，反應(yīng)器內(nèi)部的壓力降不致過大，以減少循環(huán)壓縮機(jī)的負(fù)荷，節(jié)省能源。2/4/202324煉油裝備技術(shù)為此，反應(yīng)器內(nèi)部需設(shè)置必要的內(nèi)部構(gòu)件，以達(dá)到氣液均勻分布為主要目標(biāo)。

典型的反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件包括：入口擴(kuò)散器、氣液分配盤、去垢籃筐、催化劑支持盤、急冷氫箱及再分配盤、出口集合器等，如圖所示。2/4/202325煉油裝備技術(shù)

1、入口擴(kuò)散器

入口擴(kuò)散器是介質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器遇到的第一個(gè)部件。作用：（1）起預(yù)分配作用，將進(jìn)來的介質(zhì)擴(kuò)散到反應(yīng)器的整個(gè)截面上；（2）消除氣、液介質(zhì)對(duì)分配盤的垂直沖擊，為分配盤的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件；2/4/202326煉油裝備技術(shù)

2.分配盤

采用分配盤是為了均布反應(yīng)介質(zhì)，改善其流動(dòng)狀況，實(shí)現(xiàn)與催化劑的良好接觸，進(jìn)而達(dá)到徑向和軸向的均勻分布。2/4/202327煉油裝備技術(shù)

3.去垢籃筐在加氫反應(yīng)器的頂部催化劑床層上有時(shí)設(shè)有去垢籃筐，與床層上的磁球一起對(duì)進(jìn)入反應(yīng)器的介質(zhì)進(jìn)行過濾。去垢籃一般均勻地布置在床層上表面，籃筐周圍充填適量的大顆粒瓷球，以增加透氣性。2/4/202328煉油裝備技術(shù)

4.催化劑支撐盤催化劑支撐盤由T形梁、格柵、絲網(wǎng)及磁球組成。

T形梁的兩邊搭在反應(yīng)器器壁的凸臺(tái)上，其頂部逐漸變尖，以減少阻力。格柵則放在T形梁和凸臺(tái)上。格柵上平鋪一層粗不銹鋼絲網(wǎng)，和一層細(xì)不銹鋼絲網(wǎng)，上面就可以裝填磁球和催化劑了。2/4/202329煉油裝備技術(shù)

5．冷氫箱與再分配盤

冷氫箱與再分配盤置于兩個(gè)固定床層之間。在冷氫箱中打入急冷用的冷氫，是為了導(dǎo)走加氫反應(yīng)所放出的反應(yīng)熱，控制反應(yīng)物溫度不超過規(guī)定值。冷氫管噴出的氫氣流與上床層來的反應(yīng)物初步混合后進(jìn)入冷氫箱，在此進(jìn)行均勻混合。冷氫箱底部是均布開孔的噴液塔盤，氣液兩相均勻噴射到下層的再分配盤上，再分配盤與頂分配盤結(jié)構(gòu)一樣，起到對(duì)下床層截面均勻分配的作用。2/4/202330煉油裝備技術(shù)有些設(shè)計(jì)自催化劑支持盤到再分配盤之間設(shè)置幾個(gè)連通管，內(nèi)填充瓷球，