加氢裂化技术王武海

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2014年8月库尔勒3讲课人：王武海生产准备部Telail:jx_sun_wwh@4目录加氢技术的发展过程概述加氢技术分类加氢精制的工艺原理4.加氢工艺流程－－加氢裂化加氢过程的主要控制加氢主要设备设计加氢过程的能耗加氢典型事故结束语5现代炼油工业的加氢技术（包括加氢工艺、催化剂和专用设备）是在二次世界大战以前经典的煤和煤焦油高压催化加氢技术的基础上发展起来的。1949年铂重整技术的发明和工业应用，除生产大量高辛烷值汽油组分外，还副产大量廉价的氢气，为现代加氢技术的发明和发展起到了关键作用。1950年炼油厂出现了加氢精制装置1959年出现了加氢裂化装置1963年出现了沸腾床渣油低转化率加氢裂化装置，1.加氢技术的发展过程概述61969年出现了固定床重油（常压渣油）加氢脱硫装置，1977年出现了固定床渣油加氢脱硫装置，1984年出现了沸腾床渣油高转化率加氢裂化装置。这些加氢技术的发明和工业应用，使加氢技术由发生、发展走向成熟。尤其是近几年加氢技术的发展很快，无论是加氢催化剂，还是加氢工艺流程及专用设备都有了长足的进步。对环保要求越来越高的今天，加氢技术将成为21世纪的核心技术。1.加氢技术的发展过程概述7

21世纪炼油工业将进一步发展

2l世纪上半叶，石油资源仍可满足需求，石油仍将是主要能源之一，汽油、煤油和柴油还是主要的运输燃料，炼油工业仍将不断发展。1.加氢技术的发展过程概述821世纪炼油工业面临严峻挑战

原油质量变差： 原油密度变大，含硫量增加，是未来原油质量变化的总趋势。此外，原油中的其他杂质含量（Fe、V、Ni等）也呈上升趋势。因此就全球范围而言，今后炼油厂加工的原油将是比重大、含硫高、质量差的常规原油和非常规原油。1.加氢技术的发展过程概述9

21世纪炼油工业面临严峻挑战来自环保方面的压力日益增大：

1992年联合国环境与发展大会通过了“2l世纪议程”，提出了将可持续发展战略作为新世纪各国的共同发展战略。1.加氢技术的发展过程概述10

21世纪炼油工业面临严峻挑战来自环保方面的压力日益增大：

2l世纪的炼油工业必须遵循可持续发展战略，必须同时重视经济效益、保护环境和节约资源的原则，采用清洁的生产工艺，最大限度地降低生产过程中的物耗、能耗和污染物排放，同时最有效地利用石油资源，生产环境友好的石油产品。1.加氢技术的发展过程概述11

21世纪炼油工业面临严峻挑战来自环保方面的压力日益增大： 在油品质量方面，因汽车尾气造成的空气污染已为世界各国所关注，因此已纷纷出台了新的法规，对发动机燃料的组成提出了越来越严格的限制。汽油：低硫﹑低烯烃﹑低芳烃、低蒸汽压柴油：低硫、低芳烃、高十六烷值、低干点1.加氢技术的发展过程概述121.加氢技术的发展过程概述－21世纪炼油工业面临严峻挑战131.加氢技术的发展过程概述－21世纪炼油工业面临严峻挑战14加氢技术将持续快速发展加氢工艺过程包括加氢裂化和加氢处理。将在如下方面起到关键作用：

加工高硫及劣质原油，扩大原油加工适应性

提高加工深度，增产轻质油品

提高成品油质量，生产低硫和超低硫清洁燃料

调整产品结构以及油化一体化生产化工原料 1.加氢技术的发展过程概述15加氢技术将持续快速发展我国炼油工业从现在开始到2020年将有较大发展，但面临的形势很严峻。★原油需求量超过4.3亿吨，进口原油超过2.0亿吨，进口油大多为高硫或重质原油，增加了加工难度。★汽车工业发展迅速，到2020年将超过1亿辆，因此对汽车的排放提出了严格要求。1.加氢技术的发展过程概述16加氢技术将持续快速发展★石油化工产品需求增长迅速，到2020年按国内乙烯产量满足需求率50％左右，加上PX用化工轻油，界时需化工原料油7800万吨左右，炼油工业将难以满足。★含硫原油加工量的增加，对大气污染的影响日益严重。 为解决上述我国炼油工业发展中存在的严重问题，需要采取诸多相应的对策，发展加氢工艺毫无疑问是众多对策中最重要的一项措施，因此可以预见，我国加氢技术将持续快速发展。1.加氢技术的发展过程概述17国外加氢技术发展趋势★国外近年加氢技术的发展趋势主要是：

▲ 为适应低硫和超低硫燃料的生产，重视催化原料的预处理，以及创新发展多种催化汽油加氢预处理技术；

▲ 为加工含硫原油，提高轻质油品收率，含硫渣油的加氢处理和RFCC组合工艺得到相应发展；1.加氢技术的发展过程概述18国外加氢技术发展趋势★国外近年加氢技术的发展趋势主要是：

▲ 为提高加氢裂化水平，开发多种形式的新工艺，提高装置处理能力，改善产品分布，消除装置瓶颈；

▲ 催化剂不断推陈出新，新催化剂的脱硫脱氮活性大幅度提高； ▲ 发展深度脱硫脱氮技术，实现含硫VGO、LCO、LCGO直接生产超低硫柴油。1.加氢技术的发展过程概述19国内加氢技术发展迅速★含硫VGO预处理技术效果明显；★催化汽油后处理技术与国外同步；★提高柴油质量技术－LCO改质技术、深度脱硫技术；★渣油加氢技术及RDS/VRDS--RFCC组合工艺技术；★发展了多种形式的加氢裂化技术；★加氢裂化催化剂不断更新换代。1.加氢技术的发展过程概述20加氢技术发展历史加氢技术将成为21世纪的核心技术国内外加氢技术的发展方向1.加氢技术的发展过程概述----小结21一类为加氢处理（Hydrotreating），是指通过加氢反应原料油的分子大小没有变化以及有10%或<10%的分子变小的那些加氢工艺。加氢裂化（HydroCracking）是指加氢反应原料中有10%以上的分子变小的那些加氢工艺。2.加氢技术分类22

加氢处理类技术石脑油加氢，焦化汽、柴油加氢，煤油加氢，直馏柴油加氢，催化柴油加氢，催柴、直柴、焦柴混合加氢，VGO加氢精制，焦化蜡油加氢精制，白油加氢，凡士林加氢，石蜡加氢（食品蜡），微晶蜡加氢(地蜡)，润滑油低压加氢补充精制，柴油临氢降凝。2.加氢技术分类23

加氢裂化类技术中压加氢改质（中压加氢裂化），高压加氢改质（高压加氢裂化—生产润滑油基础油），加氢裂化，润滑油催化脱蜡、润滑油高压加氢串联流程，润滑油异构脱蜡串联流程，悬浮床渣油加氢裂化，煤液化及加氢稳定，渣油加氢脱硫，脱沥青油加氢脱金属—加氢裂化串联流程。2.加氢技术分类3加氢精制工艺原理加氢精制工艺原理概述质量低劣的原料油，在一定的温度、压力和氢气存在的情况下，通过加氢精制催化剂床层，将其中的含硫（S）、含氮（N）、含氧（O）等非烃化合物转化为易除去的硫化氢（H2S）、氨（NH3）、水（H2O），将安定性很差的烯烃和某些稠环芳烃饱和，金属有机物氢解，金属杂质截留，从而改善油品的安定性能、腐蚀性能，得到品质优良的产品，此种过程称为加氢精制。加氢技术的关键之一是催化剂。25加氢过程主要化学反应如下：（1）、脱硫反应原料油中的硫化物，在加氢精制条件下，可以转化为硫化氢和相应的烃类，从而脱除掉硫。主要的表示反应如下：

3.加氢精制工艺原理概述（2）、脱氮反应（2）、脱氮反应3.加氢精制工艺原理概述

加氢过程主要化学反应如下：3.加氢精制工艺原理概述

加氢过程主要化学反应如下：（3）加氢脱氧3.加氢精制工艺原理概述

加氢过程主要化学反应如下：（4）、烯烃加氢饱和反应3.加氢精制工艺原理概述

加氢过程主要化学反应如下：（5）、芳烃加氢饱和反应3.加氢精制工艺原理概述

加氢过程主要化学反应如下：（6）、加氢脱金属

式中R,R'--芳烃；M--金属钒31

加氢精制工艺流程已经很成熟，除了催化汽油加氢脱硫和液相加氢的工艺流程外，其它类的加氢精制流程基本相同，只是局部有一些不同的特点。3.加氢精制工艺流程323.加氢精制工艺流程典型加氢精制流程（1）原料油(常减压)加氢精制反应器原料油(焦化)循环氢压缩机反应进料加热炉原料油缓冲罐原料油泵反应流出物空冷器新氢压缩机入口分液罐原料油过滤器低分油至分馏新氢冷高压分离器新氢氢压缩机循环氢压缩机入口分液罐低压分离器反应流出物/热原料油换热器热高分气/混合氢换热器精制柴油/原料油换热器原料油泵液力透平冷低分气至装之外脱硫注水酸性水至汽提循环氢脱硫塔热低分器热高压分离器酸性水至汽提热低分气空冷器循环氢旋流脱烃器汽提部分流程简图酸性气至装置外汽提塔顶空冷器汽提塔顶回流罐至分馏塔汽提塔顶后冷器含硫污水汽提塔低分油自反应部分来低压蒸汽酸性水去汽提汽提塔顶回流泵精制柴油/分馏塔塔进料换热器工艺流程分馏部分流程简图分馏塔顶空冷器分馏塔顶回流罐分馏塔顶后冷器分馏塔分馏进料分馏塔顶水至注水罐凝结水泵产品分馏塔顶回流泵分馏塔顶/热水换热器火炬石脑油至装置外精制柴油/产品分馏塔进料换热器精制柴油泵分馏塔底重沸炉精制柴油/热水精制柴油空冷

产品36低硫柴油生产技术

柴油规格发展趋势 硫含量、T95、密度、十六烷值、多环芳烃

柴油的低硫化是世界各国和地区柴油新规格的发展趋势。如何经济合理地生产低硫柴油将是我国目前和今后一定时期内炼油业需要重点解决的课题之一。3.加氢精制工艺流程373.加氢精制工艺流程38低硫柴油生产技术

降低柴油硫含量的途径原料/原油选择降低原料终馏点调入煤油组分换用高活性催化剂增加反应器新建加氢装置最经济和简便的方法是采用更高活性的加氢脱硫催化剂3.加氢精制工艺流程39液相加氢技术

理论基础：在传统加氢工艺中，氢气从气相到液相的传质过程是反应的控制步骤，因此需要大量过剩氢气循环。该技术将反应所需氢气溶解在循环液流中为反应供氢，将加氢反应由氢气的传质控制变为反应动力学控制，从而大大提高反应空速，减少催化剂用量和反应器体积；同时循环液流可作为热阱吸收反应热。3.加氢精制工艺流程40液相加氢技术

3.加氢精制工艺流程41液相加氢技术

3.加氢精制工艺流程42液相加氢技术

取消了氢气循环系统（包括循环氢压缩机、冷热高分、高压空冷器、循环氢脱硫塔等设备），增加了加氢反应器流出物流循环系统（主要为反应器循环泵）；反应空速高、反应器体积小；脱硫脱氮效果显著，可生产超低硫氮油品；反应温升小，反应器内不存在局部热点，催化剂不易结焦；操作费用和能耗低；特别适用于现有柴油精制装置生产超低硫柴油的改造；3.加氢精制工艺流程东营联合石化加氢裂化技术4.加氢工艺流程－－加氢裂化加氢裂化特点重质馏分油深度加工的主要工艺之一。不仅是炼油工业生产轻质油品的重要手段，而且也成为石油化工企业的关键技术，发挥着其它工艺不可代替的作用。具有产品灵活的特点。采用不同催化剂和操作方案，用不同原料可以有选择地生产液化石油气、石脑油、喷气燃料、轻柴油以及润滑油料等多种优质石油产品，其尾油可作为生产乙烯用的裂解原料或作为低硫的催化裂化原料。21东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化加氢裂化特点最大量生产优质中间馏分油（喷气燃料和柴油等）和调整产品结构的重要手段。原料范围宽、操作方案多，炼厂可以应用加氢裂化组合出不同的加工流程，提高全厂的产品质量，改变产品结构，从而提高全厂的经济效益。唯一能在重油轻质化同时直接制取低硫、低芳烃清洁燃料的重要手段。它不需要原料预处理，可以直接加工含硫高的VGO。22东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化加氢裂化特点最大量生产芳烃潜含量高的优质重整原料，以进一步制取BTX轻质芳烃或高辛烷值组分。采用不同的催化剂匹配及组合时，它又是生产符合API高档润滑油基础料的关键技术。对二次转化油品，如催化裂化柴油、焦化柴油可以通过芳烃开环及深度脱硫脱芳等加氢改质技术制取清洁柴油产品。23东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国外加氢技术发展概况世界上第一套现代称作ISOCRACKING加氢裂化装置是于1959年在美国谢夫隆（CHEVRON）公司加州里奇蒙炼厂投产的。环球油品公司（UOP）、联合油（UNOCAL）、海湾（GULF）研究开发公司、壳牌（SHELL）国际石油集团、法国石油研究院（IFP）、法国巴斯夫（BASF）公司、英国石油公司（BP）。24东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国外加氢技术发展概况UOP和CLG公司的专利和催化剂代表了当今世界加氢裂化技术的状况和水平。目前SGS也在积极推广其加氢技术。UOP公司1995年收购UNOCAL全部加氢技术，对外销售的加氢技术均采用联合油UNICRACKING技术，不再采用HC-UNIBON技术，但保留了原UOP一些很有特点的催化剂，并在工艺流程和工程技术上对原联合油的相应部分做了改进。25东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国外加氢技术发展概况CHEVRON公司1986年收购GULF全部加氢技术，对外销售加氢技术采用ISOCRACKING技术，并吸取海湾公司在相应部分的技术特点。1993年Chevron和Lummus就在市场和加氢技术上开始合作，2000年Chevron和Lummus各占50%的股份成立了CLG公司，加氢技术从此由CLG公司对外销售。26东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国外加氢技术发展概况SGS公司对外销售加氢技术是采用下面的模式。27东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国内加氢技术发展概况我国是在世界上最早掌握加氢技术的少数几个国家之一。自五十年代起就致力于加氢裂化工艺及催化剂的研究开发工作，当时主要是针对页岩轻柴油和烟煤焦油，并开发了相应的催化剂。28东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国内加氢技术发展概况随着我国石油工业和炼油技术的发展，六十年代开始进行馏分油加氢裂化的研究工作，自行开发研制的无定型加氢裂化催化剂于1966年首次工业应用。1965年开始研究活性更高的分子筛加氢裂化催化剂，并在七十年代实现工业应用。29东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国内加氢技术发展概况八十年代成套引进国外技术、工程设计和设备，建设了四套高压加氢裂化装置。八六年通过引进国外技术，自行设计、建设了一套高压加氢裂化装置。在消化吸收引进技术的基础上，利用国内技术和催化剂，近年又相继自行设计建成投产了很多套高压加氢裂化装置。30东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国内加氢技术发展概况九十年代以来我国自行设计的加氢裂化装置，都是采用抚顺石油化工研究院（FRIPP）和石油化工科学研究院（RIPP）的催化剂。国内催化剂已达到或接近国外先进水平。31东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国内加氢技术发展概况开发成功了适合我国国情的中压加氢裂化成套技术。虽然中压加氢裂化对原料油的适应性，生产灵活性和产品质量都不如高压加氢裂化好，但中压加氢裂化具有装置建设投资和操作费用相对较低的特点。32东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化国内加氢技术发展概况在反应总压6.5MPa～13.0MPa的操作条件下，加工原料油的干点（540度），其裂化深度可以接近高压加氢技术的水平。在此操作压力范围内，除石蜡基原料油外，其它原料油中压加氢裂化所得喷气燃料和柴油产品的质量尚不能达到高压加氢裂化技术的水平。33东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化工艺流程在加氢裂化装置中，除催化剂外，工艺流程是决定装置投资和能耗的关键，是关系到装置安全生产，稳定操作的重要因素。加氢裂化可以采用一次通过流程，也可以采用全循环流程。加氢裂化催化剂可以采用需要预精制的催化剂，也可以采用不需要预精制的催化剂。并且对全循环流程，循环油可以单独设循环油反应器，也可以返回和原料油混和。34东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化工艺流程馏分油加氢技术自1959年在美国里奇蒙炼厂首次工业应用以来，经过几十年的发展和完善，工艺已经比较成熟。加氢裂化工艺虽有多种形式，但基本原理相同。加氢裂化工艺主要采用以下三种工艺流程：一段串联工艺流程、单段工艺流程、两段工艺流程。35东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化一段串联加氢裂化工艺流程36东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化

单段加氢裂化工艺流程37东营联合石化加氢技术3.加氢工艺流程－－加氢裂化

两段加氢裂化工艺流程38东营联合石化加氢技术4.加氢工艺流程－－加氢裂化工艺流程随着加氢裂化催化剂技术的不断发展、工程与控制技术的日益进步以及炼油企业对装置投资效益要求越来越高，加氢裂化工艺技术近年也出现了长足的发展。主要体现在：高压加氢裂化工艺流程不断翻新，以适应进一步压缩投资、提高目的产品选择性和改善产品质量的需要；中压加氢裂化和缓和加氢裂化等技术随着加氢裂化原料和产品结构的多元化，正逐渐扩大其工业应用市场。39东营联合石化加氢技术4.加氢工艺流程－－加氢裂化工艺流程对加氢裂化工艺流程进行优化，开发出了各种具有创意的高压加氢裂化新工艺，但多以现有工艺的优化改进为主，没有更多的突破性进展。近年开发的有代表性的加氢裂化新工艺：一段串联次序加氢裂化HyCycle加氢裂化40东营联合石化加氢技术4.加氢工艺流程－－加氢裂化一段串联次序加氢裂化工艺流程41东营联合石化加氢技术4.加氢工艺流程－－加氢裂化工艺流程--一段串联次序加氢裂化一段串联次序加氢裂化是将一段串联加氢裂化裂化段的流出物反送至加氢精制段。它的优点是可以进一步提高加氢裂化产品质量，从而可适应将来加氢裂化原料变差、产品质量要求更高的需要。42东营联合石化加氢技术4.加氢工艺流程－－加氢裂化HyCycle加氢裂化工艺流程43东营联合石化加氢技术4.加氢工艺流程－－加氢裂化工艺流程--HyCycle加氢裂化HyCycle加氢裂化是在通常意义上加氢裂化反应器后再接一特殊的反应分离器。该反应分离器的上部为气相加氢精制反应段，下部为气提分离段。这样的流程安排可以在操作压力下实现未转化油循环，从而可以在低单程转化率下经济运行，有效降低二次裂化反应，提高中间馏份油收率，改善产品质量。44

加氢裂化反应器内的主要反应主要包括：加氢反应，裂化反应，异构化反应，氢解反应和重合反应等。（1）烷烃在加氢裂化条件下都是生成分子量更小的烷烃，其通式为：CnH2n+2+H2=CmH2m+2+Cn-mH2(n-m)+2正构烷烃裂化特点是随着正构烷烃的沸点的提高，裂化反应速度明显提高，这是因为：①较重组分在催化剂上的吸附强于轻组分，就使得重组分加氢裂化速度比轻组分表现的快；②重组分与轻组分中的C-C键键能不同，越轻所需要活化能越大。（2）烃类分解成分子量较小的烷烃和烯烃，生成的烯烃又加氢饱和。烯烃还可以环化。（3）烷烃和烯烃均会发生异构化反应，从而使加氢产物中异构烃与正构烃的比值较高。两环以上的环烷烃，发生开环裂解、异构，最终生成单环环烷烃及较小分子的烷烃；（4）环烷烃在加氢裂化上主要发生反应是脱烷基、六员环异构和开环反应。（5）多环芳烃主要发生反应是逐环加氢、开环（包括异构）和脱烷基等一系统列平行、顺序反应，多环芳烃很快加氢生成多环环芳烃（苯环本身加氢较慢），环烷环发生开环，继而发生异构化、断侧链（脱烷基）反应，生成苯类和小分子烷烃混合物。（6）经过加氢精制过的少量含氧、氮、硫的有机物进一步发生氢解反应。（7）加氢裂化还包括一些副反应，发生分解产物的缩合反应，以及稠环芳烃的进一步缩合反应，这些反应将导致焦炭在催化剂上的沉积。不过在较高的氢分压下，这类反应将受到一定程度的抑制。69加氢装置主要控制方案、控制原理大同小异。加氢装置生产过程中最常见、应用最广泛、数量最多的调节系统是单回路简单控制系统加氢装置也采用了相当一部分复杂控制系统，最常见的有串级控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、自动选择控制系统、复杂计算控制系统、前馈控制系统以及近年来开始采用的非线性控制系统、模糊控制系统、解耦控制系统等。4.加氢的主要控制－前言70很多操作参数之间相互联系而又相互制约。为了最大限度地发挥设备的生产潜力、提高收率和降低能耗，就必须对过程的有关质量操作参数在工艺的约束条件下实现先进过程控制。先进过程控制能够适应复杂动态特性、时间滞后、多变量、有不可测变量、变量受约束等情况，在操作条件变化时仍有较好的控制性能。5.加氢的主要控制－前言71采用先进过程控制使生产操作稳定、准确，可充分发挥装置的潜力。随着分散控制系统DCS（DistributedControlSystem）的广泛应用，生产过程控制水平有了很大的提高。自动化技术和计算机技术的飞速发展，为生产过程控制技术的发展提供了良好的基础。以多变量预估控制为代表的先进控制技术，以在线实时优化为核心的过程优化技术以及信息管理技术成为发展趋势5.加氢的主要控制－前言72原料油缓冲罐压力分程控制5.加氢的主要控制－控制方案73高压进料泵控制5.加氢的主要控制－控制方案74液力透平与高压分离器液位控制5.加氢的主要控制－控制方案图5-2-3液力透平与冷高压分离器液位控制75

新氢压缩机控制5.加氢的主要控制－控制方案76

新氢压缩机控制5.加氢的主要控制－控制方案77新氢压缩机全行程气量无级调节压力控制方案全行程气量无级调节系统是专门为往复式工艺压缩机开发的液压式气量调节系统，其主要工作原理是计算机处理压缩机运行过程中的状态数据，并将信号反馈至执行机构的电子模块，通过液压传动来控制进气阀的开启与关闭时间，实现压缩机排气量0～100%全行程范围无级调节。通过进气阀的延迟关闭，仅使一定体积的气体进入压缩过程，多余部分气体不进入压缩过程，循环周期里只压缩了需要压缩的气量，从而节省了压缩机能耗，降低了压缩机运行期的总费用。5.加氢的主要控制－控制方案78循环氢压缩机控制5.加氢的主要控制－控制方案79加氢反应器的控制5.加氢的主要控制－控制方案80紧急停车及紧急泄压联锁加氢装置反应器出现严重超温、装置发生故障（DCS或循环氢压缩机等关键设备故障）、突发事件（例如火灾）等，操作工可通过手动操作开关启动加氢装置紧急停车联锁。加氢装置非关键设备故障、降压操作后可能短时间内恢复生产，操作工可通过中控室手动操作开关或在循环氢压缩机现场手动操作开关启动紧急泄压联锁将紧急停车及紧急泄压联锁分开，使操作具有更大的灵活性。5.加氢的主要控制－安全联锁81紧急停车及紧急泄压联锁对于加氢精制装置、渣油加氢脱硫装置，反应器中化学反应速度相对比较平缓，紧急泄压控制阀可以只采用1个。5.加氢的主要控制－安全联锁826.加氢主要设备设计－固定床反应器83目前固定床反应器多采用热壁式，采用板焊或锻焊结构。固定床加氢反应器中采用各种内构件将气液两相物流充分混合、换热均匀，并分配到整个反应器横截面上。反应器内构件的性能直接关系到能否充分发挥高活性催化剂应有效能和加氢装置的“安、稳、长、满、优”运行。反应器内构件成为加氢装置工程研究的关键问题之一。6.加氢主要设备设计－固定床反应器84入口扩散器6.加氢主要设备设计－固定床反应器Ⅰ原结构Ⅱ加导流锥结构Ⅲ四隔板结构85

反应器内构件设计－－气液分配器螺旋条缝分配器ZL200620134122.086

冷氢箱

反应器内构件的性能对控制加氢反应深度、保证目的产品收率、提高催化剂的利用率、延长装置的操作周期及保障装置的安全操作都是至关重要的。CLG公司的ISOMIX新型反应器内构件、UOP公司的UltraMixTM新型反应器内构件以及SHELL公司的HDtray和UFQ新型反应器内构件都是近几年研究开发并成功工业应用的。国内工程公司结合自身的特点和工程经验，相继开发了多种具有自主知识产权的新型内构件并改进了一种传统的内构件。6.加氢主要设备设计－固定床反应器87

冷氢箱

CLG“Nautilus”Internals6.加氢主要设备设计－固定床反应器88

冷氢箱

ShellHDtray(withpre-distributor)6.加氢主要设备设计－固定床反应器89

冷氢箱

ShellQuenchTray6.加氢主要设备设计－固定床反应器90

冷氢箱

6.加氢主要设备设计－固定床反应器性能优异的扁平型反应器内构件

该结构已获得中国国家专利（专利号ZL200620134123.5）91

冷氢箱

性能优异的BL型反应器内构件

该结构已获得中国国家专利（专利号ZL97202630.4）6.加氢主要设备设计－固定床反应器92

冷氢箱

性能优异的漩流型反应器内构件

该结构已获得中国国家专利（专利号ZL00263961.6

）6.加氢主要设备设计－固定床反应器93性能优异的改进型漩流型反应器内构件

该结构已获得中国国家专利（专利号ZL200620133869.0）

反应器内构件设计－－冷氢箱

94

冷氢箱

性能优异的对流型反应器内构件节流孔罩冷氢管混合室挡板6.加氢主要设备设计－固定床反应器95反应进料加热炉是装置内的关键设备之一，其炉管内工艺介质为高温、高压的氢气和油气混合物，操作条件十分苛刻，一般均采用水平管双面辐射炉炉型，并且应使管内两相流达到环状流或雾状流流型。为了保证炉管受热均匀，选择适宜发热量的扁平焰气体燃烧器，均匀布置在炉管两侧。为了监测操作过程中炉管金属温度的变化，保证装置的长周期运转，在炉管上还设置适当数量的炉管表面热电偶。6.加氢主要设备设计－加热炉96操作弹性大：由于水平管比垂直管更容易得到环状流或雾状流流型，因此加热炉更容易适合多种工况条件下的操作。压降小：由于单排管双面辐射的平均热强度是单面辐射的平均热强度的1.6倍，其炉管水力长度只有单面辐射的0.66倍，即在管内流速相同的条件下，其压降仅为单面辐射的66%。设备投资小：加氢反应进料加热炉的炉管均采用TP321或TP347材质，炉管占全炉总投资的比例一般在40%以上。由于双面辐射炉炉管金属重量比单面辐射炉减少近33%，因此可大大减少加热炉总投资。6.加氢主要设备设计－加热炉97加氢反应进料加热炉

6.加氢主要设备设计－加热炉98高压换热器的结构形式有两种：一种是与普通低压换热器相似的大法兰式，另一种是螺纹锁紧环式。大法兰式高压换热器存在易漏的缺点，特别是在开工、停工或温度变化的阶段，更加容易泄漏，而且带温带压时无法紧固大螺栓以排除泄漏。螺纹锁紧环式高压换热器解决了大法兰的笨重、密封困难的两大难题，在操作过程中，可以随时通过拧紧内圈压紧螺栓来调整内密封垫片，排除泄漏。其缺点是结构复杂，机加工件多，各部件间配合精度要求高，给制造和装配带来很大不便。6.加氢主要设备设计－高压换热器99目前,在加氢装置中采用着单壳程和双壳程两种结构型式。双壳程与单壳程的区别就是它有一个纵向隔板以及隔两侧的密封结构。

加氢装置属深度换热，特别是加氢裂化装置。加热炉温升较小，反应热较大，冷热流每侧的温差很大。双壳程换热器与单壳程换热器相比有着较大的优越性。在同样情况下，双壳程的换热面积可比单壳程大约节省20%以上。6.加氢主要设备设计－高压换热器1006.加氢主要设备设计－高压换热器101专为大直径螺纹环换热器，研发了大模数的螺纹环。6.加氢主要设备设计－高压换热器102隔膜密封加氢高压换热器、螺旋折流板、螺旋缠绕管换热器等高效换热设备开发成功并工业应用，取得很好的效果。扭曲管换热器开发成功。水膜蒸发空冷器开发成功。6.加氢主要设备设计－高压换热器103目前,在加氢装置中采用丝堵式双金属轧制翅片管高压空冷器在加氢装置用高压空冷器的设计中需要特别注意如下方面：根据操作介质选择适合的钢材来制作管箱。将翅片管与管板连接设计为强度胀加密封焊形式，这样可以抵抗因振动而可能产生的疲劳破坏。合理设计矩形管箱四块板间的焊接坡口形式和尺寸，以保证实现全焊透。在进出口温差大于110℃时，将进、出口管箱设计成剖分式，使两管箱间可以相对移动，以避免热膨胀差应力引起翅片管与管板拉脱。在翅片管与管板连接处增设抗腐蚀性能卓越的衬管，由此避免了该部位由于冲蚀而产生的破坏。对矩形管箱的制造、检验提出严格的，但切实可行的技术要求。6.加氢主要设备设计－高压空冷器104双金属轧制翅片管高压空冷器6.加氢主要设备设计－高压空冷器105加氢装置的氢压机一般都是采用往复式和离心式压缩机，从不采用轴流式或回转式类型的压缩机。往复式压缩机适用于吸气量为450m3/min以下的情况。离心式压缩机适用于吸气量为25～30000m3/min的情况。在某些处理量小的加氢装置中，为了节省投资也有将补充氢的气缸和循环氢的气缸放在一台压缩机机组中共用一台电机进行操作。5.加氢主要设备设计－压缩机1066.加氢主要设备设计－压缩机加氢压缩机107高压容器高压泵自动反冲洗过滤器6.加氢主要设备设计108自动反冲洗过滤器6.加氢主要设备设计109计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，简称CFD）方法是一种先进的技术手段，是流体力学、计算数学和数值传热学等多学科的交叉学科，是以电子计算机为工具、应用各种离散化的数值方法，对流体力学的流动、混合、动量和质量传递、化学反应过程以及燃烧与传热等各类问题进行数值模拟和分析。6.加氢主要设备设计－－CFD技术110N-S方程湍流模型多相流模型化学反应模型燃烧模型传热模型反应器加热炉分离与混合换热器搅拌釜CFD模拟…………6.加氢主要设备设计－－CFD技术111研发新型工艺设备－用CFD方法研究新型工艺设备的流动、反应的特点，得到可行方案；优化设计－用CFD方法预测多种设计方案的性能，得到最优方案；工程放大－突破逐级放大限制，在试验装置上校核仿真系统后，用CFD方法直接预测实际尺寸工业装置的性能；6.加氢主要设备设计－－CFD技术112故障分析与工艺、设备改造－用CFD方法获得单元内部完备数据后，分析故障原因，提出改进方案，通过单元仿真验证方案有效性；生产设备/过程在线控制－对核心装置进行离线或在线仿真，指导生产操作，或与控制系统耦合，形成先进控制系统，提高运行效率，降低运行风险；6.加氢主要设备设计－－CFD技术113CFD方法的优点支持设计过程和作出决断实现过程设计、优化与放大以及控制的精细描述；依靠合理的计算，减少实验和设计工作的盲目性和工作量，降低消耗并增加设计的可靠性；利用CFD工具进行数值模拟实验的方法具有耗费少、速度快、结果信息详细和安全可靠的优点。石油炼制与化工行业的需要为提高产品质量、降低消耗，需不断对现有工艺及操作控制进行革新和优化；提高产品收率和自主知识产权占有率，并获取更大的效益；进行工艺改造与开发的时间往往有限，资金的投入也要尽可能少。

切合行业需要6.加氢主要设备设计－－CFD技术114催化加氢过程的装置包括有不同类型的加氢裂化和加氢精制，虽然其过程有繁简不同，能耗不同，但其用能过程均是不可逆的。过程中的传热、传质、流体流动、化学反应的能量利用和变化是用能分析的基础。影响过程能耗大小的因素很多，是管理、技术和经济诸多因素的综合体现。6.加氢过程的能耗115加氢装置是炼油厂中能耗较大的装置之一。据对我国炼油厂的几大主要装置（常减压、催化裂化、催化重整、焦化、加氢精制、加氢裂化）的能耗统计，加氢装置的总能耗约占其中近30%。因为加氢反应过程是在高温、高压、临氢操作，对进料和氢气有加热升温和升压的要求，消耗大量的燃料和动力，因此决定着它居于用能大户的地位。为此，必须通过不断的技术进步，改进加氢过程工艺和提高催化剂的加氢性能，以促使加氢装置大大降低能耗，满足生产发展的需要。

7.加氢过程的能耗116总输入能多；升压用电在能耗中比例大；化学氢耗量随反应苛刻度（或转化率）大小而变化；反应热随耗氢量的增加而增加，可回收利用能数量大；低温热多；运转初期和运转末期操作条件不同，用能也有所不同。7.加氢过程的能耗－－能耗特点117不同的催化加氢工艺：优选工艺是节能的前提工艺条件：开发和采用新型催化剂，充分合理利用反应热原料及装置组成：实现热联合，回收低温热装置负荷率：采用高效设备，在最佳效率点操作7.加氢过程的能耗－－影响能耗主要因素118

总的来说，加氢装置的节能思路与各种炼油装置基本是一样的。改进工艺流程和操作条件，降低工艺总能耗；提高能量回收率，减少排弃能量；如液力透平；提高能量转换效率，减少装置供入总能；实现装置的热联合、氢气和蒸汽网络的梯级利用；减少能量损失，采用高效设备和控制措施（提高加热炉效率、降低换热温差及压缩机卸荷等），加强设备和管线保温，减少热损失。7.加氢过程的能耗－－降低能耗的措施1198.加氢裂化典型事故（1）常规事故像停仪表风、停电、停氢气、停蒸汽