第八章加氢裂化装置

第八章加氢裂化装置HydrogenCrackingUnit2/4/20231炼油装备技术重油轻质化基本原理是改变油品的相对分子质量和氢碳比，而改变相对分子质量和氢碳比往往是同时进行的。改变油品的氢碳比有两条途径，一是脱碳，二是加氢。热加工过程，如焦化、催化裂化都属于脱碳过程，它们的共同特点是要减小一部分油料的氢碳比，因此不可避免地要产生一部分气体烃和氢碳比较小的缩合产物——焦炭和渣油，从而使脱碳过程的轻质油收率不会太高。2/4/20232炼油装备技术加氢裂化属于石油加工过程的加氢路线，是在催化剂存在下从外界补入氢气以提高油品的氢碳比。加氢裂化实质上是加氢和催化裂化过程的有机结合，一方面能使重质油品通过裂化反应转化为汽油、煤油和柴油等轻质油品，另一方面又可防止像催化裂化那样生成大量焦炭，而且还可将原料中的硫、氯、氧化合物杂质通过加氢除去，使烯烃饱和。因此，加氢裂化具有轻质油收率高、产品质量好的突出优点。2/4/20233炼油装备技术第一节工作原理、工艺流程及特点2/4/20234炼油装备技术一、加氢裂化装置的特点加氢裂化装置是将重质油转化为轻质油的一种加工手段，其特点是：1.对原料油的适应性强，可加工直馏重柴油、催化裂化循环油，焦化馏出油，甚至可用脱沥青重残油生产汽油、航空煤油和低凝固点柴油;2.生产方案灵活，可根据不同季节要求来改变生产方案;3.产品质量好，轻质油收率高。2/4/20235炼油装备技术二、加氢裂化工艺装置的类别加氢裂化是一个集催化反应技术、炼油技术和高压技术于一体的工艺装置，其工艺流程的选择与催化剂性能、原料油性质、产品品种、产品质量、装置规模、设备供应条件及装置生产灵活性等因素有关。加氢裂化的工业装置按不同分类方法可分为多种类型：2/4/20236炼油装备技术按反应器中催化剂所处的状态不同，可分为固定床、沸腾床和悬浮床等几种型式。根据原料和产品目的不同，还可细分出很多种型式，如：馏分油加氢裂化、渣油加氢裂化以及单段流程、一段串联流程和两段流程加氢裂化等等。按尾油循环方式不同可分为一次通过法、部分循环法和全循环法。2/4/20237炼油装备技术（一）固定床加氢裂化

固定床是指将颗粒状的催化剂放置在反应器内，形成静态催化剂床层。原料油和氢气经升温、升压达到反应条件后进入反应系统，先进行加氢精制以除去硫、氮、氧杂质和二烯烃，再进行加氢裂化反应。反应产物经降温、分离、降压和分馏后，目的产品送出装置，分离出含氢较高（80％，90％）的气体，作为循环氢使用。未转化油(称尾油)可以部分循环、全部循环或不循环一次通过。2/4/20238炼油装备技术根据原料及目的产品的不同，固定床加氢裂化大致分为下列几种流程。

1.单段加氢裂化流程单段加氢裂化流程中只有一个反应器，原料油加氢精制和加氢裂化在同一反应器内进行。反应器上部为精制段，下部为裂化段。这种流程用于由粗汽油生产液化气、由减压蜡油或脱沥青油生产喷气燃料和柴油。单段加氢裂化可用三种方案操作：尾油一次通过、尾油部分循环和尾油全部循环。2/4/20239炼油装备技术2/4/202310炼油装备技术采用尾油循环方案，可增产喷气燃料和柴油；采用尾油一次通过流程，除生产一定数量的发动机燃料外，还可生产相当数量的未转化油(尾油)。这些尾油可用作获得更高价值产品的原料。如可用尾油生产高粘度指数润滑油的基础油，或作为催化裂化和裂解制乙烯的原料。2/4/202311炼油装备技术

2.两段加氢裂化流程两段加氢裂化流程中有两个反应器，分别装有不同性能的催化剂。第一个反应器中主要进行原料油的精制；第二个反应器中主要进行加氢裂化反应，形成独立的两段流程体系。2/4/202312炼油装备技术汽提塔的作用：脱去NH3和H2S以及残留在油中的气体。2/4/202313炼油装备技术3.串联加氢裂化工艺流程串联流程是两段流程的发展，其主要特点在于：使用了抗硫化氢抗氨的催化剂，因而取消了两段流程中的汽提塔(即脱氨塔)，使加氢精制和加氢裂化两个反应器直接串联起来，省掉了一整套换热、加热、加压、冷却、减压和分离设备。2/4/202314炼油装备技术图1-7-1加氢裂化装置流程示意图此流程属于什么加氢裂化工艺流程？简述其工艺流程2/4/202315炼油装备技术图1-7-2加氢裂化装置流程简图2/4/202316炼油装备技术加氢裂化装置的工艺流程原料油经过滤、脱水后进入缓冲罐，由高压泵升压后与氢气(包括循环氢与新氢气)混合后一起进入换热器与反应生成物换热至300℃左右，然后进加热炉预热(另一种流程是原料油不进加热炉而只有循环氢进加热炉预热，在炉出口与换热后的原料油混合，这种流程可以减少炉管结焦)，预热后从反应器顶部进入，在反应器内反应后由底部排出，经与新鲜原料、循环氢换热后再进入空冷器冷却，冷凝下来的油和不冷凝的油气和氢气进入高压分离器，油气分离，氢气从高压分离器顶部排出，大部分进循环氢压缩机，反应生成油由底部排出，降压后送至低压分离器，油、气再次分离，气体送燃料气管网，生成油送至分馏系统经分馏塔、汽提塔、脱丁烷塔等分馏后得到汽油、航空煤油、柴油等产品。第三种流程中分馏塔底的尾油再全部循环回到加氢裂化反应器进行裂化反应。2/4/202317炼油装备技术加氢裂化装置的操作范围如下：操作温度380～450℃，操作压力8～20MPa，采用的催化剂含有Pt、Pd、W、Mo、Ni、Co等金属氧化物作为加氢组分，以硅酸铝、氟化氧化铝或结晶硅铝酸盐为担体。原料油经加氢、裂化、异构化等反应转化为轻质油品，收率一般达100％(体积)，可得到优质重整原料及高辛烷值汽油；航空煤油和低倾点柴油。同时产品含硫、氮、烯烃低，安定性好。2/4/202318炼油装备技术（二）沸腾床加氢裂化沸腾床(又称膨胀床)工艺是借助于流体流速带动具有一定颗粒度的催化剂运动，形成气、液、固三相床层，从而使氢气、原料油和催化剂充分接触而完成加氢反应过程。沸腾床工艺可以处理金属含量和残炭值较高的原料(如减压渣油)．并可使重油深度转化；但反应温度较高，一般在400~450℃范围内。此种工艺比较复杂，国内尚未工业化。2/4/202319炼油装备技术（三）悬浮床(浆液床)加氢工艺悬浮床工艺是为了适应非常劣质的原料而重新得到重视的一种加氢工艺。其原理与沸腾床相类似，其基本流程是以细粉状催化剂与原料预先混合，再与氢气一向进入反应器自下而上流动，催化剂悬浮于液相中，进行加氢裂化反应，催化剂随着反应产物一起从反应器顶部流出。该装置能加工各种重质原油和普通原油渣油，但装置投资大。该工艺目前在国内尚属研究开发阶段。2/4/202320炼油装备技术第三节加氢设备加氢工艺生产装置的主要设备是在高温、高压及有氢气和硫化氢存在的条件下运行的，故其设计、制造和材料的选用等要求都很高，对生产操作的控制也极严格。2/4/202321炼油装备技术一、高压加氢反应器高压加氢反应器是装置中的关键设备，工作条件苛刻，制造困难，价格昂贵。根据介质是否直接接触金属器壁，分为冷壁反应器和热壁反应器两种结构。反应器由筒体和内部结构两部分组成。2/4/202322炼油装备技术(一)反应器筒体反应器筒体分为冷壁筒和热壁筒两种。2/4/202323炼油装备技术（二）加氢反应器内件加氢反应是在高温高压及有腐蚀介质（H2、H2S）的条件下操作，除了在材质上要注意防止氢腐蚀及其他介质的腐蚀以外，加氢反应器还应保证：反应物(油气和氢)在反应器中分布均匀，保证反应物与催化剂有良好的接触；及时排除反应热，避免反应温度过高和催化剂过热．以保证最佳反应条件和延长催化剂寿命；在反应物均匀分布的前提下，反应器内部的压力降不致过大，以减少循环压缩机的负荷，节省能源。2/4/202324炼油装备技术为此，反应器内部需设置必要的内部构件，以达到气液均匀分布为主要目标。

典型的反应器内构件包括：入口扩散器、气液分配盘、去垢篮筐、催化剂支持盘、急冷氢箱及再分配盘、出口集合器等，如图所示。2/4/202325炼油装备技术

1、入口扩散器

入口扩散器是介质进入反应器遇到的第一个部件。作用：（1）起预分配作用，将进来的介质扩散到反应器的整个截面上；（2）消除气、液介质对分配盘的垂直冲击，为分配盘的稳定工作创造条件；2/4/202326炼油装备技术

2.分配盘

采用分配盘是为了均布反应介质，改善其流动状况，实现与催化剂的良好接触，进而达到径向和轴向的均匀分布。2/4/202327炼油装备技术

3.去垢篮筐在加氢反应器的顶部催化剂床层上有时设有去垢篮筐，与床层上的磁球一起对进入反应器的介质进行过滤。去垢篮一般均匀地布置在床层上表面，篮筐周围充填适量的大颗粒瓷球，以增加透气性。2/4/202328炼油装备技术

4.催化剂支撑盘催化剂支撑盘由T形梁、格栅、丝网及磁球组成。

T形梁的两边搭在反应器器壁的凸台上，其顶部逐渐变尖，以减少阻力。格栅则放在T形梁和凸台上。格栅上平铺一层粗不锈钢丝网，和一层细不锈钢丝网，上面就可以装填磁球和催化剂了。2/4/202329炼油装备技术

5．冷氢箱与再分配盘

冷氢箱与再分配盘置于两个固定床层之间。在冷氢箱中打入急冷用的冷氢，是为了导走加氢反应所放出的反应热，控制反应物温度不超过规定值。冷氢管喷出的氢气流与上床层来的反应物初步混合后进入冷氢箱，在此进行均匀混合。冷氢箱底部是均布开孔的喷液塔盘，气液两相均匀喷射到下层的再分配盘上，再分配盘与顶分配盘结构一样，起到对下床层截面均匀分配的作用。2/4/202330炼油装备技术有些设计自催化剂支持盘到再分配盘之间设置几个连通管，内填充瓷球，