柴油加氢精制装置的设计及标定

摘要：对中国石化高桥分公司3.0Mt/a柴油加氢精制装置的工程设计及工业标定进行了总结，简要介绍了工艺及工程技术特点，并对装置的工业运转标定结果作了简要分析。结果表明，反应器内汽液分配均匀，新型催化剂FHUDS-3脱硫效果良好，精制柴油产品质量可以满足欧}Ⅲ/欧Ⅳ的排放标准要求，能耗达到国内先进水平。

关键词:柴油加氢   精制装置  工程设计  标定

1前言

    柴油是我国目前需求量最大的石油产品之一，随着环保法规的日趋严格，对柴油产品的质量要求不断提高，同时超低硫柴油加氢装置的设计与操作也逐步受到重视。中国石化高桥分公司新建设的3.0Mt/a柴油加氢精制装置是加工含硫2. 0%进口原油适应性改造工程中的主要装置之一，由中国石化工程建设公司(以下简称SEI)进行工程设计。装置采用抚顺石油化工研究院(以下简称FRIPP)开发的新一代催化剂FHUDS-3，生产满足欧Ⅲ或欧Ⅳ排放标准要求的柴油。该装置自2008年4月I7日投料开车一次成功，一直运行良好。2008年9月12-14日进行了装置满负荷运转考核标定。

2装置设计

    柴油加氢装置的设计主要包括三部分:反应部分、分馏部分、低分气脱硫和膜分离部分。装置的设计规模为3.0Mt/a，年开工时间为8400h，设计操作弹性为60%~110%。该装置采用FRIPP开发的新一代FHUDS-3精制催化剂，氢分压为6.0MPa,该催化剂为首次工业化应用，工艺流程见图1。

装置设计具有以下特点:①反应部分采用炉前部分混氢流程，操作方便，流程简化。由于装置的规模较大，采用炉前部分混氢方案，有效地解决了反应进料加热炉两相流的分配问题和压降问题，同时多数高压换热器为两相流换热，传热效率高。装置若采用炉前全部混氢，反应进料加热炉若两路进料，压降会很大;若四路进料，换热流程需要调整为单向换热。后面这两种方案从操作和投资等角度综合评价均不合适，最终选择了炉前部分混氢的方案。②考虑反应器直径(内径4 400mm)较大，在反应器每个床层设有8～12支热电偶测温，便于有效地监测床层热点。反应器内构件采用SEI先进可靠的冷氢管和冷氢箱专利技术，汽液分配均匀，催化剂利用率高，反应器压力降小，同时径向温差小。③分馏部分采用硫化氢汽提塔和分馏塔方案，分馏塔底采用重沸炉，使得柴油产品中的水含量几乎为零。④原料油缓冲罐、注水罐等采用氮气保护，防止介质与空气接触。为防止原料中固体杂质被带人反应器床层，堵塞催化剂，造成床层压力降过早增大，采用了原料油自动反冲洗过滤器。⑤工程设计中采用有效的节能措施，降低能耗。反应部分采用热高分流程，高压换热器采用双壳程螺纹锁紧环换热器，传热系数高，换热面积小，压降低，投资低;分馏塔顶冷凝水作为反应注水，节省除盐水，也降低能耗;反应进料加热炉对流室加热分馏塔重沸炉的进料，两台加热炉设置一套烟气余热回收系统，尽可能地回收低温热源，提高加热炉热效率(不小于90%），降低能耗。⑥为回收本装置及其它加氢装置的低分富氢气体，设置低分气脱硫和脱硫后气体膜分离设施，提纯后氢气送氢气管网供用氢装置使用，有效地回收了排放气中的氢气。

3工业标定

    装置于2008年9月12～14日进行了标定，主要是为了考察催化剂性能、装置能耗、物料平衡、硫平衡以及装置进出物流流量计的准确性，并验证是否可以达到生产欧Ⅲ、欧Ⅳ排放标准要求的柴油的设计目的。

    3. 1原料油

    标定时装置采用直馏柴油(直柴)、焦化汽柴油(焦化汽柴)和催化裂化柴油(催柴)的混合柴油为原料，按比例混合，抽用罐区冷进料。标定期间第一阶段原料处理量为357 t/h，其中直馏柴油217 t/h、焦化汽柴油110 t/h、催化裂化柴油30 t/h;第二阶段原料处理量为325 t/h，其中直馏柴油210 t/h、焦化汽柴油115 t/h。原料性质见表1。从表1可以看出，原料的密度、硫含量、馏程接近设计值，但标定原料中的直馏柴油比例低于设计值，焦化汽柴油的比例高于设计值。

    3. 2补充氢气组成

    装置用补充氢来自制氢装置、重整装置和膜分离装置，氢气组成见表2。由表2可以看出，标定时的补充氢纯度比设计的补充氢纯度低4～5个百分点。

    3. 3操作条件

装置的主要设计反应条件和标定反应条件见表3。

    3. 4反应器床层温度分布

反应器床层温度分布标定值见表4。

从表4可以看出，催化剂床层温度分布比较均匀，同一床层截面4个温度点之间相差较小，小于1.5℃。二床层的下层热电偶稍有偏差，从整体情况看催化剂装

    3. 5产品性质

    装置的主要产品是脱硫后的柴油和石脑油，性质见表5。从表5的产品性质看，标定结果基本达到设计要求，在欧Ⅲ和欧Ⅳ工况标定中，柴油硫含量分别小于200ug/g和40ug/g,氮含量分别小于40ug/g和30ug/g。石脑油的硫含量与设计值相差较大，可能是硫化氢汽提塔的汽提效果不好，该塔的设计进料温度为225℃，但标定期间进料温度为210℃导致该塔汽提质量不好。欧皿工况标定时，原料硫含量平均为0.97%，氮含量平均为254 ug/g；石脑油、柴油产品硫含量为184ug/g,氮含量为32ug/g。催化剂FHUDS-3的总脱硫率为98.1%，总脱氮率87.4%。欧Ⅳ工况标定时，原料硫含量平均为1.0%，石脑油、柴油产品硫含量为35ug/g。催化剂FHUDS-3的总脱硫率为99.7%。

    3. 6物料平衡

    标定期间的物料平衡与设计物料平衡见表6。从表6可以看出，装置标定的化学氢耗均大于设计值，可能与加工焦化汽柴油比例较大有关系^[1]

    3. 7能耗对比

装置的设计能耗与标定能耗对比见表7。

 由表7可以看出，装置的实际能耗欧Ⅲ工况小于设计值，欧Ⅳ工况略大于设计值。由于标定是在冷进料工况下进行的，装置设计可以实现热进料。若采用热进料，装置的能耗会降低。与同类装置能耗指标对比，该装置的能耗已达到了国内先进水平。

4结论

    (1)反应器径向温差小，表明反应器内汽液分配均匀，内构件设计合理。

    (2)炉前部分混氢的应用，解决了装置大型化后加热炉两相流分配的问题。

    (3)新一代催化剂FHUDS-3的首次工业化应用，表明效果良好，欧Ⅲ工况标定时总脱硫率达到98. 1%，欧N工况标定时总脱硫率达到99.7%

    (4)分馏部分重沸炉的设计使柴油产品中的水含量为痕量，同时操作容易。上游有所变化时，装置调整操作容易，产品质量很快达标。

    (5)装置能耗较低，达到了国内先进水平。

   致谢:诚挚感谢朱昌莹教授、范传宏副总工程师对本文所做的详细审阅和修改工作。

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