柴油加氢精制装置的扩能升级技术改造

化工活动家 2021年11月29日浏览：1775 收藏：1

编辑 | 化工活动家

来源 | 中外能源五洲工程

作者 | 朱杰等

关键词 | 柴油加氢扩能升级技术改造

共 3178 字 | 建议阅读时间 14 分钟

导读

北方华锦集团炼化分公司1号柴油加氢精制装置设计时主要产品为国III标准柴油，2015年开始生产国Ⅳ标准柴油，2016年开始生产国Ⅴ标准柴油，2018年开始生产国Ⅵ标准柴油。虽然柴油的国家标准逐步提高，但是该装置一直没有进行升级改造。

生产国Ⅵ汽油，硫含量从原设计的350μg/g降至目前的10μg/g，这就需要更苛刻的反应条件或提高催化剂活性，就该装置而言，在反应器体积已定、进料量增大的情况下，需要配备具有更高活性的催化剂。通过技术交流，只有美国雅保公司可以保证其催化剂在较高的空速下连续三年生产国Ⅴ、国Ⅵ标准柴油。因此，该装置自2015年开始使用美国雅保公司的催化剂，但实际运行情况并不理想。第一个运行周期(2015年8月~2016年10月生产国Ⅳ柴油，2016年11月~2018年5月生产国Ⅴ柴油)，生产国Ⅳ柴油14个月，生产国Ⅴ柴油19个月。在末期的6个月的时间内，因催化剂活性下降装置只能在70%负荷维持运行。第二个运行周期2018年8月~2019年11月，生产国Ⅵ柴油累计运行17个月，反应器一床层出口温度达380~383℃，二床层出口温度达386~388℃。反应器床层设计最高操作温度400℃，2020年底出现上一周期末期的生产情况，即需要低负荷运行来保证产品合格。北沥公司重交沥青装置侧线直馏油主要外销用于调和柴油。但由于硫含量超标，受国家环保政策限制，面临限制出厂的困境。

北方华锦集团综合考虑，建议送至炼化分公司1号柴油加氢装置掺炼。1号柴油加氢装置设计加工能力为238t/h，实际运行能力为218t/h，若引入北沥柴油组分，加工量将上升至274t/h，超过装置最大加工能力。

综上所述，进行柴油加氢装置扩能升级改造势在必行。

原料性质

以直馏柴油、焦化汽油、焦化柴油、北沥柴油的混合油为原料，经过催化加氢反应进行脱硫、脱氮、烯烃饱和，用以生产满足国Ⅵ排放标准的精制柴油产品并副产石脑油。原料性质见表1。

柴油加氢精制装置的扩能升级技术改造的图2

主要改造内容

引入北沥柴油后，对柴油加氢装置处理量的需求增大。为满足生产需求，新增一台加氢反应器，与原反应器串联使用。反应部分采用热高分+冷高分工艺流程，分馏部分采用典型的双塔汽提流程，脱硫化氢汽提塔采用过热水蒸气汽提，产品分馏塔采用重沸炉供热。

新增第二加氢精制反应器

进行改造后，装置运行周期延长，按4年考虑，经多个催化剂厂家核算，催化剂装填量约为100m3，新增反应器高度比原反应器矮1m左右，为了制造方便，建议选择同样大小的反应器。新增反应器直径为3.8m，切线高10.7m。设有两个催化剂床层，采用裙座自支撑形式，设备主体材料为12Cr2Mo1R，厚度为6.5mm。操作介质为油气、氢气和硫化氢等；操作温度374℃，操作压力8.0MPa(表)；设计温度450℃，设计压力8.4MPa(表)；压力容器类别为III类(SAD类)。

参考同类装置，采用相同规格的反应器串联使用也是行业标准做法。如果采用并联，氢气原料在两个反应器内分布不均，无法操作。同时，原装置设计时已预留与原反应器相同直径的基础，反应器大小一致，有利于催化剂装填、压降和空速计算，便于生产管理。因此新增反应器直径考虑与原反应器相同。

采用热高分流程

加氢裂化反应产物的分离流程通常有冷高分流程和热高分流程。通常全部反应产物经过空冷器后进行气液分离的流程称为冷高分流程，而全部反应产物在某温度下先进行一次气液分离，闪蒸出的油气再经换热和空冷后进行二次分离的流程称为热高分流程。冷高分和热高分流程已经被广泛地应用于国内外加氢裂化装置中。

该装置反应部分增加热高分流程和热低分流程，采用热高分+冷高分工艺流程，改造后反应流程示意图如图1所示。

柴油加氢精制装置的扩能升级技术改造的图3

若在原方案即冷高分流程基础上进行改造，则需调整反应流出物/低分油换热器和精制柴油/脱硫化氢汽提塔进料换热，增加反应流出物空冷器四台。若采用热高分流程，则需新增热高压分离器、热低压分离器、低分气空冷器，利旧热高分气/混合氢换热器。

热高分流程改造方案的投资比冷高分流程改造方案的投资节省151.5万元，约占全装置投资的1.75%，据此认为热高分流程的投资和冷高分流程的投资相差明显。相比之下，热高分流程的热利用更充分，综合能耗较低。装置加工能力增大15%，油品质量提高，且装置初期总能耗要低于改造前，单位能耗平均下降约20%，长期运行成本更低。

考虑本项目现场条件，若采用冷高分流程，则改造方案中需要新增的四片高压空冷器无处安装；而反应流出物/低分油换热器是高低压换热器，存在内漏串压的安全隐患。综合上述安全、经济、实施难度等多重因素，采用热高分流程合理可行、有效节省成本。

反应流出物/混合进料换热器采用绕管式换热器

在本次改造中，反应流出物/混合进料换热改造提供三种方案：

①改为三台高压螺纹锁紧环换热器；

②改为三台Ω环高压换热器；

③改为一台绕管式换热器。

螺纹锁紧环结构复杂、加工精度高、制造难度大且造价高。承压内件(内法兰、螺栓等)在高温高压条件下容易变形及腐蚀，在发生内泄时需不断拧紧螺栓，加大密封压力，内件受损较大，检修时需要经常更换。Ω环密封结构简单，制造及拆装方便，密封效果好，但若换热管结垢，清洗时需沿Ω环顶部焊口切开，检修完毕后组对时再将环焊上。绕管式换热器结构紧凑，换热面积大，传热系数大，传热效率高，装置易实现大型化，可减少设备数量，但检修清理困难，适用于较清洁的工艺介质。经济上，Ω环高压换热器价格略高，其他两种换热器价格相当。由于该项目为改造项目，占地有限，综合考虑价格和占地，本文中推荐使用绕管式换热器。

反应流出物/混合进料换热器的数量由3台减少为1台。绕管式换热器为立式，规格准1400，总长约14000mm。设备主体材料为S32168，操作介质为H2，C1，C2，C5+等；管程操作温度374℃，操作压力8.0MPa(表)；设计温度415℃，设计压力8.4MPa(表)；压力容器类别为III类。

其他改造措施

①拆除原反应流出物/低分油换热器，新增反应流出物/混合氢换热器，并且利旧原反应流出物/混合进料换热器中的一台；

②原反应流出物空冷器，改作高分气空冷器，并改为两管程；

③更换循环氢压缩机转子和循环氢压缩机入口分液罐；

④循环氢脱硫塔原为板式塔，由于处理量大幅增加，将其改为填料塔；

⑤新增贫胺液泵1台，规格与现有贫胺液泵相同；

⑥取消精制柴油/脱硫化氢汽提塔的进料换热器；

⑦新增脱硫化氢汽提塔顶空冷器两片；

⑧为充分回收精制柴油的热量，更换精制柴油/分馏塔进料换热器，增加精制柴油蒸汽发生器；

⑨新增加产品分馏塔顶气/低温热水换热器一台；

⑩其他机泵根据实际情况改造或利旧。