編 輯 | 化工活動家

來 源 | 中外能源 五洲工程

作 者 | 朱杰等

關鍵詞 | 柴油加氫  擴能升級  技術改造

共 3178 字 | 建議閱讀時間 14 分鐘

導 讀

北方華錦集團煉化分公司1號柴油加氫精制裝置設計時主要產品為國III標準柴油，2015年開始生產國Ⅳ標準柴油，2016年開始生產國Ⅴ標準柴油，2018年開始生產國Ⅵ標準柴油。雖然柴油的國家標準逐步提高，但是該裝置一直沒有進行升級改造。

生產國Ⅵ汽油，硫含量從原設計的350μg/g降至目前的10μg/g，這就需要更苛刻的反應條件或提高催化劑活性，就該裝置而言，在反應器體積已定、進料量增大的情況下，需要配備具有更高活性的催化劑。通過技術交流，只有美國雅保公司可以保證其催化劑在較高的空速下連續三年生產國Ⅴ、國Ⅵ標準柴油。因此，該裝置自2015年開始使用美國雅保公司的催化劑，但實際運行情況并不理想。第一個運行周期(2015年8月~2016年10月生產國Ⅳ柴油，2016年11月~2018年5月生產國Ⅴ柴油)，生產國Ⅳ柴油14個月，生產國Ⅴ柴油19個月。在末期的6個月的時間內，因催化劑活性下降裝置只能在70%負荷維持運行。第二個運行周期2018年8月~2019年11月，生產國Ⅵ柴油累計運行17個月，反應器一床層出口溫度達380~383℃，二床層出口溫度達386~388℃。反應器床層設計最高操作溫度400℃，2020年底出現上一周期末期的生產情況，即需要低負荷運行來保證產品合格。北瀝公司重交瀝青裝置側線直餾油主要外銷用于調和柴油。但由于硫含量超標，受國家環保政策限制，面臨限制出廠的困境。

北方華錦集團綜合考慮，建議送至煉化分公司1號柴油加氫裝置摻煉。1號柴油加氫裝置設計加工能力為238t/h，實際運行能力為218t/h，若引入北瀝柴油組分，加工量將上升至274t/h，超過裝置最大加工能力。

 

綜上所述，進行柴油加氫裝置擴能升級改造勢在必行。

原料性質

以直餾柴油、焦化汽油、焦化柴油、北瀝柴油的混合油為原料，經過催化加氫反應進行脫硫、脫氮、烯烴飽和，用以生產滿足國Ⅵ排放標準的精制柴油產品并副產石腦油。原料性質見表1。

主要改造內容

引入北瀝柴油后，對柴油加氫裝置處理量的需求增大。為滿足生產需求，新增一臺加氫反應器，與原反應器串聯使用。反應部分采用熱高分+冷高分工藝流程，分餾部分采用典型的雙塔汽提流程，脫硫化氫汽提塔采用過熱水蒸氣汽提，產品分餾塔采用重沸爐供熱。

01

新增第二加氫精制反應器

進行改造后，裝置運行周期延長，按4年考慮，經多個催化劑廠家核算，催化劑裝填量約為100m3，新增反應器高度比原反應器矮1m左右，為了制造方便，建議選擇同樣大小的反應器。新增反應器直徑為3.8m，切線高10.7m。設有兩個催化劑床層，采用裙座自支撐形式，設備主體材料為12Cr2Mo1R，厚度為6.5mm。操作介質為油氣、氫氣和硫化氫等；操作溫度374℃，操作壓力8.0MPa(表)；設計溫度450℃，設計壓力8.4MPa(表)；壓力容器類別為III類(SAD類)。

參考同類裝置，采用相同規格的反應器串聯使用也是行業標準做法。如果采用并聯，氫氣原料在兩個反應器內分布不均，無法操作。同時，原裝置設計時已預留與原反應器相同直徑的基礎，反應器大小一致，有利于催化劑裝填、壓降和空速計算，便于生產管理。因此新增反應器直徑考慮與原反應器相同。

02

采用熱高分流程

加氫裂化反應產物的分離流程通常有冷高分流程和熱高分流程。通常全部反應產物經過空冷器后進行氣液分離的流程稱為冷高分流程，而全部反應產物在某溫度下先進行一次氣液分離，閃蒸出的油氣再經換熱和空冷后進行二次分離的流程稱為熱高分流程。冷高分和熱高分流程已經被廣泛地應用于國內外加氫裂化裝置中。

該裝置反應部分增加熱高分流程和熱低分流程，采用熱高分+冷高分工藝流程，改造后反應流程示意圖如圖1所示。

若在原方案即冷高分流程基礎上進行改造，則需調整反應流出物/低分油換熱器和精制柴油/脫硫化氫汽提塔進料換熱，增加反應流出物空冷器四臺。若采用熱高分流程，則需新增熱高壓分離器、熱低壓分離器、低分氣空冷器，利舊熱高分氣/混合氫換熱器。

熱高分流程改造方案的投資比冷高分流程改造方案的投資節省151.5萬元，約占全裝置投資的1.75%，據此認為熱高分流程的投資和冷高分流程的投資相差明顯。相比之下，熱高分流程的熱利用更充分，綜合能耗較低。裝置加工能力增大15%，油品質量提高，且裝置初期總能耗要低于改造前，單位能耗平均下降約20%，長期運行成本更低。

考慮本項目現場條件，若采用冷高分流程，則改造方案中需要新增的四片高壓空冷器無處安裝；而反應流出物/低分油換熱器是高低壓換熱器，存在內漏串壓的安全隱患。綜合上述安全、經濟、實施難度等多重因素，采用熱高分流程合理可行、有效節省成本。

03

反應流出物/混合進料換熱器采用繞管式換熱器

在本次改造中，反應流出物/混合進料換熱改造提供三種方案：

①改為三臺高壓螺紋鎖緊環換熱器；

②改為三臺Ω環高壓換熱器；

③改為一臺繞管式換熱器。

 

螺紋鎖緊環結構復雜、加工精度高、制造難度大且造價高。承壓內件(內法蘭、螺栓等)在高溫高壓條件下容易變形及腐蝕，在發生內泄時需不斷擰緊螺栓，加大密封壓力，內件受損較大，檢修時需要經常更換。Ω環密封結構簡單，制造及拆裝方便，密封效果好，但若換熱管結垢，清洗時需沿Ω環頂部焊口切開，檢修完畢后組對時再將環焊上。繞管式換熱器結構緊湊，換熱面積大，傳熱系數大，傳熱效率高，裝置易實現大型化，可減少設備數量，但檢修清理困難，適用于較清潔的工藝介質。經濟上，Ω環高壓換熱器價格略高，其他兩種換熱器價格相當。由于該項目為改造項目，占地有限，綜合考慮價格和占地，本文中推薦使用繞管式換熱器。

反應流出物/混合進料換熱器的數量由3臺減少為1臺。繞管式換熱器為立式，規格準1400，總長約14000mm。設備主體材料為S32168，操作介質為H2，C1，C2，C5+等；管程操作溫度374℃，操作壓力8.0MPa(表)；設計溫度415℃，設計壓力8.4MPa(表)；壓力容器類別為III類。

04

其他改造措施

①拆除原反應流出物/低分油換熱器，新增反應流出物/混合氫換熱器，并且利舊原反應流出物/混合進料換熱器中的一臺；

②原反應流出物空冷器，改作高分氣空冷器，并改為兩管程；

③更換循環氫壓縮機轉子和循環氫壓縮機入口分液罐；

④循環氫脫硫塔原為板式塔，由于處理量大幅增加，將其改為填料塔；

⑤新增貧胺液泵1臺，規格與現有貧胺液泵相同；

⑥取消精制柴油/脫硫化氫汽提塔的進料換熱器；

⑦新增脫硫化氫汽提塔頂空冷器兩片；

⑧為充分回收精制柴油的熱量，更換精制柴油/分餾塔進料換熱器，增加精制柴油蒸汽發生器；

⑨新增加產品分餾塔頂氣/低溫熱水換熱器一臺；

⑩其他機泵根據實際情況改造或利舊。

預期的改造效果

01

產品性質

柴油加氫精制的主要產品為精制柴油和石腦油，精制柴油滿足國Ⅵ的質量要求，為通用牌號的柴油。石腦油作為乙烯裝置的原料。低分氣至加氫裂化脫硫后再去PSA回收氫氣；脫硫化氫汽提塔頂氣和富胺液閃蒸罐中的酸性氣一起去產品精制脫硫；含硫污水至酸性水汽提裝置。產品精制柴油性質見表2，產品石腦油性質見表3。

根據催化劑廠家的預測，裝置運行生產的柴油能夠滿足國Ⅵ的質量要求，同時由于其中的烯烴轉變為烷烴，芳烴轉化為環烷烴，故十六烷值提高，產品性能變好。

02

物料平衡

改造后總物料平衡見表4。

03

操作條件

反應器的初期、末期操作條件見表5。

 

能耗對比分析

改造方案采用了熱高分、熱低分、冷高分、冷低分組合的工藝路線，將原用空冷吹飛的部分熱量用于發生低壓蒸汽和低溫熱水，回收了部分能量，從而降低了能耗。裝置改造前后能耗對比見表6。

該裝置改造后，能耗為9.01kgEO/t原料，低于改造前的12.1kgEO/t原料，也低于煉油單位產品能源消耗限額要求的12kgEO/t原料。改造方案采用了熱高分+冷低分組合的工藝路線，將原用空冷吹飛的部分熱量用于發生低壓蒸汽和低溫熱水，回收了部分能量，從而降低了能耗水平。

結 論

北方華錦集團煉化分公司1號柴油加氫裝置引入北瀝柴油組分，裝置擴能為230×104t/a，為生產國Ⅵ標準柴油，主要改造如下：

①增加一臺加氫反應器，優化反應流程后，柴油加氫裝置規模擴大至230×104t/a，產品升級，可以生產滿足國Ⅵ標準的柴油調和組分；

②采用熱高分+冷高分工藝流程，回收部分余熱，降低能耗；

③改造后裝置能耗低于改造前能耗及《煉油單位產品能源消耗限額》的相關要求。改造方案最大限度地節省投資、減少占地，在現有裝置范圍內完成了擴能升級技術改造。