加氢精制工艺装置方案

加氢精制工艺装置方案一、概述（一）设计规模及开工时数公称规模50×104t/a年开工时数8000hr（二）项目范围装置边由反应（包括压缩机）、循环氢脱硫、分馏、公用工程等部分组成，燃料气脱硫及溶剂再生由全厂统一考虑。（三）原料1、原料油：本装置加工原料为焦化塔顶油、焦化一线油。2、氢气：装置所需新氢由制氢装置提供。（四）产品1、化工轻油加氢后轻馏份油作为高质的化工轻油出厂。2、4#燃料油侧线轻油加氢后作为高质的4#燃料油,硫含量小于500ppm。二、工艺技术方案（一）确定技术方案的原则1、采用国内先进的工艺技术及催化剂。2、采用先进合理、成熟可靠的工艺流程。3、选用性能稳定、运转周期长的机械设备。4、提高自动控制、安全卫生和环境保护水平。（二）国内外加氢技术现状加氢精制是指油品在催化剂、氢气和一定的压力、温度条件下，含硫、氮、氧的有机化合物分子发生氢解反应，烯烃和芳烃分子发生加氢饱和反应的过程。加氢精制的目的是脱硫、脱氮和解决色度及贮存安定性的问题，满足日益严格的环保要求。常规的加氢精制工艺已有几十年的历史，技术上非常成熟。新进展主要体现在高活性、高稳定性、低成本新型催化剂的研究和开发上。荷兰AKZO公司目前最好的脱硫催化剂是KF-752和KF-840。KF-752的活性已是60年代中期相应产品的1.7倍，多用于直馏原料。对于二次加工原料则采用KF-840。埃克森研究和工程公司（ER&E）于1992年实现商业应用的催化剂RT-601，采用新型Al2O3载体，使用先进的促进剂浸渍技术，催化剂活性高，特别适合于加工重质﹑劣质原料。在加工直硫柴油时，活性与市场上最好的催化剂相当。独联体的列宁石油化工科学生产联合体开发的KrM-70催化剂也具有很高活性。在压力为3.0MPa，空速为3.0h-1，温度为350℃时，可将直硫柴油的硫含量由1.03%降至0.0026m%，脱硫率达到99.7%。国内近年来也已开发了多种具有世界先进水平的﹑高性能的馏分油加氢精制催化剂。催化剂的外型及适用范围见表4-3-4。表4-3-4国产加氢精制催化剂的外型及适用范围FH-5ARN-1RN-10FDS-4FH-98形状球状三叶草三叶草三叶草三叶草应用范围高硫直馏柴油及二次加工汽柴油的深度脱硫二次加工煤、汽、柴油、减压蜡油馏份油的脱硫、脱氮、脱芳中间馏分油、重质馏分油脱硫中压下处理二次加工汽柴油抚顺石油化工研究院在已有FH-5，FH-5A等加氢精制催化剂的基础上，成功开发了新一代劣质二次加工油品加氢精制催化剂FH-98。该催化剂于1999年成功地应用到大庆石化总厂四套工业装置上，其中两套为柴油加氢精制装置、两套为汽油加氢精制装置。工业应用结果表明，FH-98催化剂具有高的脱硫、脱氮活性。石油化工研究院开发的新一代加氢脱硫、脱氮、脱芳催化剂RN-10是RN-1催化剂的换代产品。该催化剂依据脱硫、脱氮机理，以改性Al2O3为载体，Ni、W为加氢活性组元,比RN-1具有更高的脱硫、脱氮和芳烃饱和活性及良好的活性稳定性及再生性能。以高硫的中东油、高氮的胜利催化柴油为原料，脱氮活性比RN-1高10%以上；脱硫活性高33%。该剂于1997年4月在广石化20×104t/a催化柴油加氢精制装置上首次工业应用。并通过石化总公司的鉴定。目前我国正在运转的加氢精制装置，绝大部分完全由国内自行设计和建造。国内加氢精制装置的工程技术已十分成熟。（三）工艺技术方案的选择本装置加工的原料为焦化汽柴油的混合油，混合原料的硫含量和溴价均较高。根据加工原料的情况和产品质量的要求，本装置选择加氢精制工艺，反应部分采用冷高分流程，设置循环氢脱硫设施，分馏部分采用双塔流程。催化剂可选用国产FH-98催化剂、RN-10催化剂或其它性能催化剂。（四）工程技术特点1、加氢精制催化剂可采用国产FH-98催化剂、RN-10催化剂或国内其它性能相当的催化剂。2、反应部分采用冷高分流程，采用立式油、水、气三相高压分离器。3、采用炉前混氢方案，提高换热器效率和减缓结焦程度。4、采用热壁反应器，设三个催化剂床层。5、反应器入口温度通过调节加热炉燃料来控制，床层入口温度通过调节急冷氢量来控制。6、为尽量减少换热器结垢和防止反应器顶部催化剂床层堵塞，以及提高换热器传热效率和延长运转周期，罐区原料油储罐采用惰性气体保护。装置内设置小于25μ自动反冲洗过滤器对原料油进行过滤。并对原料油缓冲罐采用惰性气体覆盖措施，以防止原料油与空气接触。在原料油中注入阻垢剂。7、反应流出物空冷器入口处设注水设施，避免铵盐在低温部位的沉积。8、分馏部分采用双塔流程。9、催化剂按器外再生考虑。10、采用新型双壳程换热器，提高换热器传热效率，使反应流出物及柴油产品进空冷器温度尽可能低，提高加热炉入口温度，减小加热炉负荷，降低装置能耗。11、脱硫化氢汽提塔顶设注缓蚀剂设施，以减轻塔顶流出物中硫化氢对汽提塔顶系统的腐蚀。12、新氢压缩机采用电动往复式，两台，一开一备。循环氢压缩机采用中压蒸汽背压透平驱动，一台。13、催化剂预硫化采用装置内液相硫化方法。三、要操作条件表4-3-5主要操作条件项目指标名称单位设计参数反应器R-2301空速h-12.0氢油体积比400反应温度℃335(初期)，380(末期)反应氢分压MPa6.4脱硫化氢汽提塔C-2301塔顶温度℃195进料温度℃202汽提蒸汽量t/h2.5塔顶压力MPa(g)1.0分馏塔C-2302塔顶温度℃164进料温度℃221塔底温度℃284塔顶压力MPa(g)0.1循环氢脱硫塔C-2303塔顶温度℃50塔底温度℃55压力MPa(g)7.5贫溶剂用量t/h28.0高分D-2303温度℃50压力MPa(g)7.5低分D-2304温度℃50压力MPa(g)1.4反应进料炉F-2301出口温度℃290(初期)，340(末期)负荷MW11.98分馏塔底重沸炉F-2302出口温度℃298负荷MW8.93反应注水流量t/h9.0四、艺流程简述（一）反应部分焦化汽柴油由焦化装置送至原料油缓冲罐，经泵升压至1.0MPa后，进入原料自动反冲洗过滤器,滤去杂质后进入滤后原料油缓冲罐，再由反应进料泵抽出，升压至9.5MPa，与氢气（新氢压缩机出口的新氢与循环氢压缩机出口的循环氢混合后的氢气）混合，经反应产物与混氢油换热器与反应产物进行换热，升温至225℃（末期为270℃）；然后经反应进料加热炉加热至290℃（末期为340℃）左右，自上而下进入加氢精制反应器，在反应器中，原料油和氢气在加氢催化剂的作用下，进行加氢脱硫、脱氮、烯烃饱和等加氢精制反应。从加氢精制反应器出来的反应产物（初期335℃左右，末期380℃左右），经混氢油与反应产物换热器、低分油与反应产物换热器分别与混氢油和低分油换热后，换热到130℃左右，进入反应产物空冷器,为了防止加氢反应生成的硫化物和氨在低温下生成铵盐，堵塞和腐蚀空冷器及管道，在空冷器前注入除氧水（生产正常后改用蒸汽凝结水），冷却到50℃左右进入高压分离器进行油、气、水三相分离。高压分离器顶部气体进入循环氢脱硫塔，经与25%的MDEA溶液逆向接触，脱出大部分硫化氢后，进循环氢压缩机压缩升压至9.5MPa，与新氢压缩机来的新氢混合后，返回反应系统。从高压分离器中部出来的生成油减压后进入低压分离器中，继续进行油、气、水三相分离，油相去分馏系统部分；气体送出装置至脱硫。从高压分离器及低压分离器底部出来的含硫含氨污水经减压后，送至酸性水汽提处理。（二）分馏部分低分油依次经低分油与精制柴油换热器和反应产物与低分油换热器换热到202℃左右后，进入脱硫化氢汽提塔18层塔盘进料，塔底吹3.5MPa的过热蒸汽2.5t/h，以汽提出生成油中的硫化氢。塔顶气相178℃依次进入脱硫化氢汽提塔顶空冷器、脱硫化氢塔顶冷凝器冷凝冷却后进入脱硫化氢塔顶回流罐。液体经分水后，作为塔顶回流，调节塔顶温度；脱出的酸性气体送出装置至脱硫，含硫污水送至酸性水汽提处理。从塔底出来的脱硫化氢后的汽柴油，自压至分馏塔进料与精制柴油换热器，与精制柴油换热至221℃，进入分馏塔，分离汽油和柴油。分馏塔的热源由重沸炉提供，由分馏塔底重沸炉泵抽出精制柴油，经分馏塔底重沸炉加热至300℃左右返塔供热；塔底产品由精制柴油泵抽出，经分馏塔进料与精制柴油换热器、低分油与精制柴油换热器换热至124℃，再经精制柴油空冷器冷至50℃出装置。塔顶油汽164℃经分馏塔顶空冷器、分馏塔顶冷凝冷却器冷凝冷却至40℃后进入分馏塔顶回流罐。液体分水后，其中一部分作为塔顶回流，调节塔顶温度，另一部分作为精制汽油送出装置。（三）催化剂预硫化为了提高催化剂活性，新鲜的或再生后的催化剂在使用前都必须进行预硫化。设计采用液相预硫化方法，以低硫直馏柴油为硫化油，DMDS为硫化剂。催化剂预硫化结束后，硫化油通过不合格油线退出装置。五、控水平(一)、自动控制水平1、装置对自动控制的要求加氢精制装置属于高温、高压、临氢条件下操作的二次加工装置，工艺过程较复杂，产品质量要求高，生产过程必须平稳、安全、长周期操作。综合装置的工艺特点、生产规模及仪表控制系统现状，结合目前仪表自动化技术不断更新、仪表自动化水平不断提高的特点和今后仪表的发展趋势，装置的自动控制系统将选用一套先进的集散控制系统（以下简称DCS），所有重要参数送DCS进行显示、记录、调节、报警，实现装置的集中监视/控制。考虑到操作的安全、可靠，为本装置设置一套紧急停车及安全联锁系统（以下简称ESD），以确保人员和设备的安全。建成后该装置的自动控制水平将达到目前国内外同类型装置的先进水平。2、装置的自动控制水平（1）、装置采用DCS监视、控制和操作，实现工艺生产的过程控制。DCS融合了计算机技术、通讯技术和图形显示技术,以微处理器为核心,对生产过程进行集中操作管理和分散控制，具有精确度高，可靠性好和维护工作量少等特点，可为实现先进控制和优化控制创造良好的环境。装置采用ESD实现工艺生产的紧急停车与安全联锁控制。（2）、为便于生产管理上的需要，采用集中控制，控制系统全部安装在中心控制室内，中心控制室内设机柜室、操作室、工程师站室、计算机室、仪表维修室、DCS值班室、UPS室、空调机室及辅助房间。（3）、通过设置应用计算机或上位计算机。在实施基本控制、多参数综合操作与管理的基础上，逐步实现先进控制和优化控制。（4）、可实现全厂的分级管理，在本装置建立基本控制级，在基本控制级的基础上，进一步实现先进控制和优化控制,并逐步实现工厂计算机过程控制和计算机信息管理系统一体化(即管控一体化CIMS-ComputerIntegratedManagementSystem)，对生产过程进行模拟计算、实时优化、调度、排产、计划、决策等。（5）、设置必要的成熟可靠的质量分析仪表，对生产过程中的关键参数进行监测、控制，以提高产品收率，保证产品质量，并为实施先进控制打好基础。（6）、进出生产装置的原料及产品，辅助系统及公用工程等设置相应的计量仪表。3、主要安全技术措施（1）、本装置生产过程中的物料多为易燃、易爆介质，根据防爆等级划分和全装置的统一考虑，装置内的仪表尽量选用本质安全型，配用安全栅构成本质安全防爆系统；当所需仪表无本质安全等级时则选用隔爆仪表，隔爆仪表的防爆等级不应低于dIICT4。（2）、根据工艺特点和要求，为防止可能出现的重大人身事故、重大设备事故和重大经济损失，为保证操作人员和装置的安全，除DCS的超限报警措施外，为装置和机组设置具有冗余容错功能的紧急停车及安全联锁系统（ESD&SIS，以下简称ESD）以实现事故的预报警、报警及联锁停车。（3）、根据装置的特点、工艺需要及防爆要求，在有可能有易燃、易爆及有毒气体泄露的危险场所，设置可靠的可燃性气体/有毒气体检测仪表，与DCS构成报警系统。（4）、中心控制室和机柜室和活动地板下设置感温、感烟探测器构成的火灾报警系统。（三）、仪表选型1、DCS系统DCS应选用国外目前生产的技术先进、性能优良、有成功运行经验的控制系统，并满足下列性能要求：高的可靠性；功能强化的操作站；智能化I/O接口和强有力的运算控制功能；开放型通讯系统；完善、可靠的系统软件及强有力的自诊断功能。DCS系统配置：3台操作站(OPS)，包括CRT屏幕、键盘和鼠标；2台宽行打印机,用于事件报警、生产报表；1台工程师工作站(EWS),包括屏幕、键盘和鼠标（公用）；1台冗余台过程控制站。DCS系统规模：控制回路约100个；检测回路约500个。2、ESD系统ESD应选用国外目前生产的技术先进、性能优良、可靠、有成功运行经验的控制系统，为了保证ESD系统的高度可靠性,设计时将充分考虑如下原则:*独立于DCS系统之外;*事故安全型(失电动作);*系统的安全等级与装置的安全等级相匹配;*系统由冗余容错功能和结构的可编程逻辑控制器(PLC)构成;*合理考虑输入/输出卡件的冗余配置和现场一次动作元件的冗余设置，重要的联锁系统检测元件按照“三取二”方式设置;*有足够的操作员接口;*有自动/半自动(手动)灵活的操作手段；*有足够的旁路维修开关;*具有故障诊断技术和毫秒级第一事故区分功能和报警打印机;*可与DCS系统通讯。3、现场仪表（1）、仪表选型应先进可靠，减少品种，方便维修；（2）、现场检测仪表（变送器），一般采用智能型仪表；（3）、高压现场检测仪表、高压调节阀及高压自保联锁切断阀选用国外进口产品；（4）一般调节阀一般采用国外合资或引进技术生产的产品；（5）、进出装置的原料和产品计量选用国外或引进技术生产的高精度流量计，一般过程控制的流量检测元件选用节流装置；（5）、重要的在线质量分析仪表从国外引进；国内应用成熟可靠的在线质量分析仪表，由国内生产并供货；（6）机组轴系检测、监视仪表，转速测量仪表选用国外产品。（7）现场仪表一般选用本安型电动仪表。（四）、主要自动控制方案及控制系统规模1、主要控制方案（1）、原料油进料流量控制；（2）、反应进料加热炉出口温度控制；（3）、加氢反应器的温度控制；（4）、反应系统压力控制；（5）、高分液位控制；（6）、循环氢压缩机控制；（7）、新氢压缩机控制；（8）、高压进料泵控制（9）、汽提塔、分馏塔、脱硫塔塔底液位控制；（10）、独立设置的安全联锁系统（ESD）1）自动/手动紧急泄压联锁停车系统；2）、单体设备联锁主要有如下内容：*高压分离器液位下下限联锁；*循环氢压缩机安全保护系统；*新氢压缩机安全保护系统；3）大型压缩机组的控制与保护原则为保证循环氢压缩机机组的安全运行，循环氢压缩机单独设置一套控制及保护子系统（随机组成套），以确保加氢精制装置核心设备的安全运行，大型机组均在中心控制室进行控制，现场仅设就地仪表盘。六、要设备选择（一）主要设备汇总1、装置共有设备约83台，其中:反应器1台塔器3台换热器14台空冷器18片容器19台加热炉2台压缩机3台风机2台泵20台原料油过滤器1套（二）主要设备的选择1、动设备选择（1）压缩机（a）新氢压缩机新氢压缩机可选用电动往复式，一开一备，两级压缩，四列布置，一、二级各设两缸。该机组要求按API618-1995设计、制造和配置，机组配套所有电气仪表均要求符合该区域防爆等级要求。该机组可以国产。（2）循环氢压缩机循环氢压缩机可选用垂直剖分型筒型离心压缩机，其轴封采用干气密封。驱动机采用中压背压式蒸汽轮机。（2）泵部分：原料油泵拟采用垂直剖分型多级离心泵，驱动电机采用增安型异步电机驱动。建议该泵组国内制造，驱动电机采用增安型异步电机。2、静设备选择（1）反应器反应器采用热壁结构，主体受压部分选用2-1/4Cr-1Mo材料，采用板焊结构，内表面采用双层不锈钢堆焊结构，过度层堆焊材料为00Cr25Ni13，表层堆焊材料为00Cr20Ni10Nb，内构件采用0Cr18Ni10Ti型不锈钢，反应器整体热处理。反应器内设三个催化剂床层。反应器顶部设有入口分布器、顶部分配盘，上部催化剂床层顶部装有积垢篮，床层之间设有冷氢喷射盘及再分配盘，底部有出口收集器。（2）换热器该装置中有4台高-高压或高-低换热器，均采用U型管结构。为节约投资，针对不同换热器的操作条件选择不同的材质，其中反应产物与混氢油换热器(一)，管壳程均在高温高压和含氢介质中操作的高-高压换热器，且在工艺流体中含有H2S等腐蚀介质，主体材料选用2-1/4Cr-1Mo堆焊，管子选用0Cr18Ni10Ti；反应产物与低分油换热器、反应产物与混氢油换热器(二)主体材料选用15CrMoR堆焊，管子选用0Cr18Ni10Ti。（3）高压分离器高压分离器采用板焊结构。主体材质采用16MnR(HIC)。内设入口扩散器、网状除沫器和聚液器，可有效地进行汽、油、水三相分离。内构件材质均为0Cr18Ni10Ti。（4）高压空冷器高压空冷器采用板焊丝堵式管箱结构，管箱及换热管采用耐硫化氢钢材。管子外部为双金属轧制翅片，在空冷器管子进口衬一段不锈钢衬管以防止硫化氢腐蚀。（5）加热炉反应进料加热炉采用立管立式炉，4管程，辐射段炉管采用双面辐射，对流段采用光管。炉管材质选用国外引进的TP3