石油化工過(guò)程系統(tǒng)概論第八章--加氫裂化裝置

1、2020/9/14,煉油裝備技術(shù),1,第八章 加氫裂化裝置,Hydrogen Cracking Unit,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),2,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(guò)程，如焦化、催化裂化都屬于脫碳過(guò)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(guò)程的輕質(zhì)油收率不會(huì)太高。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),3,加氫裂化屬于石油加工過(guò)程的加氫路線(xiàn)，是在催化劑存在下從外界補(bǔ)入氫氣以提高油品的氫

2、碳比。 加氫裂化實(shí)質(zhì)上是加氫和催化裂化過(guò)程的有機(jī)結(jié)合，一方面能使重質(zhì)油品通過(guò)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(guò)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)。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),4,第一節(jié) 工作原理、工藝流程及特點(diǎn),2020/9/14,煉油裝備技術(shù),5,一、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

3、油; 2.生產(chǎn)方案靈活，可根據(jù)不同季節(jié)要求來(lái)改變生產(chǎn)方案; 3.產(chǎn)品質(zhì)量好，輕質(zhì)油收率高。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),6,二、加氫裂化工藝裝置的類(lèi)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(lèi)方法可分為多種類(lèi)型：,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),7,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)

4、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(guò)法、部分循環(huán)法和全循環(huán)法。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),8,（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(chēng)尾油)可以部分循環(huán)、全部循環(huán)或不循環(huán)一次通過(guò)。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),9,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。

5、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(guò)、尾油部分循環(huán)和尾油全部循環(huán)。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),10,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),11,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(guò)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

6、原料。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),12,2.兩段加氫裂化流程 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。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),13,汽提塔的作用：脫去NH3和H2S以及殘留在油中的氣體。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),14,3.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(lái)，省掉了一整套換熱、加熱、加壓、冷卻、減壓和分離設(shè)備。

7、,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),15,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,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),16,圖1-7-2 加氫裂化裝置流程簡(jiǎn)圖,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),17,加氫裂化裝置的工藝流程,原料油經(jīng)過(guò)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

8、后再進(jìn)入空冷器冷卻，冷凝下來(lái)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)。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),18,加氫裂化裝置的操作范圍如下：操作溫度380450，操作壓力820MPa，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

9、、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。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),19,（二）沸騰床加氫裂化 沸騰床(又稱(chēng)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(guò)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400450范圍內(nèi)。 此種工藝比較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)尚未工業(yè)化。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),20,（三）懸浮床(漿液床)加氫工藝

10、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(lèi)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(kāi)發(fā)階段。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),21,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。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),22,一、高壓加氫反應(yīng)器,高壓

11、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。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),23,(一)反應(yīng)器筒體 反應(yīng)器筒體分為冷壁筒和熱壁筒兩種。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),24,（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(guò)高和催化劑過(guò)熱以保證最佳反應(yīng)條件和延長(zhǎng)

12、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(guò)大，以減少循環(huán)壓縮機(jī)的負(fù)荷，節(jié)省能源。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),25,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(pán)、去垢籃筐、催化劑支持盤(pán)、急冷氫箱及再分配盤(pán)、出口集合器等，如圖所示。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),26,1、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(lái)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(pán)的垂直沖擊，為分配盤(pán)的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件；,2020/9/14,煉油裝備技術(shù)

13、,27,2.分配盤(pán)采用分配盤(pán)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。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),28,3.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(guò)濾。 去垢籃一般均勻地布置在床層上表面，籃筐周?chē)涮钸m量的大顆粒瓷球，以增加透氣性。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),29,4.催化劑支撐盤(pán) 催化劑支撐盤(pán)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。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),30,5冷氫箱與再分配盤(pán) 冷氫箱與再分配盤(pán)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(guò)規(guī)定值。 冷氫管?chē)姵龅臍錃饬髋c上床層來(lái)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(kāi)孔的噴液塔盤(pán)，氣液兩相均勻噴射到下層的再分配盤(pán)上，再分配盤(pán)與頂分配盤(pán)結(jié)構(gòu)一樣，起到對(duì)下床層截面均勻分配的作用。,2020/9/14,煉油裝備技術(shù),31,有些設(shè)計(jì)自催化劑支持盤(pán)到再分配盤(pán)之間