乙烯裂解汽油加氫裝置設(shè)計(jì)

1、乙烯裂解汽油加氫裝置設(shè)計(jì)難點(diǎn)淺析XXXXX）摘要：簡(jiǎn)要介紹了鎮(zhèn)海煉化乙烯工程中70x 104 t/a裂解汽油加氫裝置的工藝特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了裝置中脫碳五塔、脫碳九塔、二段進(jìn)料換熱器、塔九加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)難點(diǎn)， 通過分析 比較，尋找適合鎮(zhèn)海裂解汽油加氫裝置的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：裂解汽油加氫 ? 脫碳五塔 ? 脫碳九塔 ? 二段進(jìn)料換熱器 ? 塔九加氫反應(yīng)器 ? 設(shè)計(jì)難點(diǎn)1? 鎮(zhèn)海裂解汽油加氫裝置簡(jiǎn)介1.1? 概述鎮(zhèn)海煉化裂解汽油加氫裝置是鎮(zhèn)海煉化100x 104 t/a 乙烯工程中的配套裝置之一。本裝置采用中國(guó)石化工程建設(shè)公司（ SEI）的裂解汽油加氫工藝技術(shù)，加工乙烯裝置副產(chǎn)的粗 裂解汽油，生產(chǎn)

2、C6C8加氫汽油，為芳烴抽提裝置提供原料，處理能力為70 x 104 t/a 。在國(guó)內(nèi)乙烯裂解汽油加氫工藝技術(shù)中，技術(shù)專利商有很多家，但是工藝流程大同小異， 分為全餾分加氫和中心餾分加氫兩種工藝。 本裝置按中心餾分加氫設(shè)計(jì)， 采用三塔三反流程， 即脫碳五塔系統(tǒng)、脫碳九塔系統(tǒng)、碳九加氫系統(tǒng)、 一段加氫系統(tǒng)、 二段加氫系統(tǒng)和穩(wěn)定塔系 統(tǒng)。經(jīng)過兩段加氫后得到加氫汽油（ C6C中心餾分）作下游乙烯芳烴抽提裝置原料，副產(chǎn) 品 C5 不加氫直接出裝置， C9 可經(jīng)過一段加氫或不加氫作為產(chǎn)品出裝置。1.2? 裂解汽油的主要組成鎮(zhèn)海煉化 100x104 t/a 乙烯的原料方案，共有三種，分別為CASE1、CA

3、SE1A、CASE2。ABB Lmmus公司模擬的裂解組成中，粗裂解汽油的組成分布見表1。表 1? 粗裂解汽油組成 ? %4 t 1a.p+h諱Bp,聲 爲(wèi)X o3oXX6二52900oo32Xk)oXXCD79X49oX7oX4roXoX6p oXO663.5 ，在般而言，在 C5 餾分中雙烯烴（雙環(huán)戊二烯、異戊二烯、間戊二烯）約占G餾分中苯乙烯占33.2 %，在C9+餾分中甲基苯乙烯、雙環(huán)戊二烯占25.6 %。這些組分都是極易自聚的物質(zhì)。1.3? 裂解汽油加氫裝置的主要流程從乙烯裂解裝置來的粗裂解汽油先后進(jìn)入脫碳五塔、脫碳九塔，分別脫去C5-輕組分、C9+重組分，中心餾分（C6G）進(jìn)入一、

4、二段加氫反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行加氫，最終得到合格的加氫汽油產(chǎn)品。脫碳九塔塔釜的 C9+重組分，進(jìn)入碳九加氫系統(tǒng)，得到加氫的碳九副產(chǎn)品，見圖1。圖 1? 裂解汽油加氫裝置流程2? 鎮(zhèn)海裂解汽油加氫裝置的主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)2.1? 脫碳五塔和脫碳九塔的設(shè)計(jì)在裂解汽油組分中，含有大量雙烯烴（雙環(huán)戊二烯、異戊二烯、間戊二烯）、苯乙烯、 甲基苯乙烯、 雙環(huán)戊二烯等極易自聚的物質(zhì)， 這就給脫碳五塔和脫碳九塔的設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn) 操作帶來很大的挑戰(zhàn)。裂解汽油加氫裝置中的脫C塔和脫C9塔的設(shè)計(jì)難度主要在塔盤的設(shè)計(jì)和選型上。 塔盤的好壞直接影響到裝置的運(yùn)行周期和經(jīng)濟(jì)效益， 下面根據(jù)國(guó)內(nèi)其它裝置生 產(chǎn)實(shí)際來淺析設(shè)計(jì)難點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)的不少

5、乙烯裝置中， 裂解汽油加氫是乙烯裝置中的一個(gè)工段， 乙烯裝置和裂解汽 油加氫裝置都是引進(jìn)的。弓I進(jìn)的脫C5塔和脫C9塔一般都是浮閥塔。浮閥種類略有不同，有V-1型（國(guó)內(nèi)稱F1型）和T型（國(guó)內(nèi)稱十字架）浮閥。 V-1型用在脫C5塔和脫C9塔中，如 金山、揚(yáng)子、齊魯石化公司的裂解汽油加氫裝置，而T型浮閥阻力降較小，但造價(jià)稍貴，只 用在負(fù)壓操作的脫 C9塔中，如燕山石化的裂解汽油加氫裝置。在 20 世紀(jì) 90 年代初期，隨著乙烯裝置普遍擴(kuò)能改造，裂解汽油加氫裝置也隨之?dāng)U能。在 1992 年前后，上海石化公司的脫 C5 塔，為了擴(kuò)能的需要，曾用規(guī)整填料來改造原有的浮 閥板。改造初期，確實(shí)達(dá)到了擴(kuò)能的目

6、的，且塔的壓力降減少，塔釜溫度還下降了。但好景 不長(zhǎng)， 僅僅 3 個(gè)月左右的時(shí)間整個(gè)塔的規(guī)整填料全部堵死，無法生產(chǎn)， 被迫停車， 只好廢棄 全部填料，恢復(fù)成板式塔。此后，國(guó)內(nèi)裂解汽油加氫裝置的擴(kuò)能改造中，脫C5塔和脫C9塔普遍用板式，但是有二種選擇。其一是仍用浮閥塔，但浮閥不僅是 F1 型，而且采用導(dǎo)向條型浮閥，即在條型浮閥 上開孔，開孔方向朝著降液管。這種浮閥液面梯度及塔板壓降較F1 型閥小，通量大。如齊魯、金山、 揚(yáng)子石化的擴(kuò)能改造采用了此方案。其二是選用斜孔塔板。 斜孔塔板是清華大學(xué) 開發(fā)的，它的特點(diǎn)是板上液層低而均勻，塔板壓降較浮閥板小 1/3 ，通量大。斜孔塔板經(jīng)過 一年操作后，塔板

7、上無自聚物堆積，當(dāng)連續(xù)操作三年，塔釜的泵入口過濾器進(jìn)行多次清理， 但塔的操作仍如開車時(shí)一樣， 塔板不受自聚物的影響。 斜孔塔板在燕山石化裂解汽油加氫裝 置中得到了良好的應(yīng)用。茂名石化的裂解汽油加氫裝置可以說和燕山石化是殊途同歸。茂名石化的脫C5塔最初的流程是在一段加氫反應(yīng)器的后面， 即裂解汽油中的雙烯烴已被加氫成單烯烴， 其自聚的傾 向已大為減少，故脫C塔的設(shè)計(jì)壓力為0.3 MPa塔釜溫度為140150 C,經(jīng)擴(kuò)能改造后， 操作壓力為0.1 MPa塔釜溫度為130 C左右。由于既要擴(kuò)能又要利用原塔，因此壓力不能 降低（否則氣相負(fù)荷大為增加，原塔能力不夠），未經(jīng)一段加氫的C5餾分在0.3 MPa

8、和釜溫140150 C的條件下，該塔操作的最長(zhǎng)時(shí)間不超過6個(gè)月，最短時(shí)僅23個(gè)月，就是由于 C5 和苯乙烯等的自聚而堵塞塔板，無法繼續(xù)生產(chǎn)。在這種情況下，把原來的浮閥塔板 改為斜孔板，這樣脫 C5 塔可連續(xù)生產(chǎn)一年以上。盡管塔板上流動(dòng)緩慢的區(qū)域已經(jīng)有許多自 聚物，在降液管的邊角上，事后發(fā)現(xiàn)有 4 cm 厚的自聚物，但生產(chǎn)仍可進(jìn)行。對(duì)于脫C9塔，由于分離的物料中含有大量的苯乙烯、甲基苯乙烯和雙環(huán)戊二烯等物質(zhì),也存在自聚的問題， 但該塔由于物料沸點(diǎn)較高， 在圖 1 的流程中普遍采用負(fù)壓操作， 保持塔 釜溫度在140 C左右。從實(shí)際生產(chǎn)情況看，此塔自聚傾向比脫C5塔輕。雖然這樣，燕山石化還是把原來的

9、 T型浮閥改為斜孔板。但是目前蘭州石化的小乙烯裝置中脫C9塔因擴(kuò)能需要，已把浮閥塔改為規(guī)整填料，操作已經(jīng)一年有余。蘭州石化擴(kuò)建的大乙烯裝置中，脫C9塔也采用規(guī)整填料， 已于 2006 年 11 月開車。 規(guī)整填料的壓降低、 通量大， 采用規(guī)整填料后， 塔釜溫度會(huì)有所下降。蘭州石化的二座脫C9塔采用規(guī)整填料，在國(guó)內(nèi)是一個(gè)新的嘗試，若能長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)（即連續(xù)生產(chǎn) 35年，不被堵塞），無需更換填料，這將會(huì)為裂解汽油加氫 裝置開出一片新的天地。 上述現(xiàn)象使人們對(duì)問題的認(rèn)識(shí)更加深刻， 對(duì)有自聚傾向的物料應(yīng)十 分注意它在何種條件下發(fā)生自聚。如苯乙烯裝置中的苯乙烯精餾塔在苯乙烯的濃度大于 90仍普遍使用規(guī)整填料

10、，這說明苯乙烯在這種條件下不會(huì)發(fā)生自聚，造成塔的堵塞。為考慮今后增加碳八抽提苯乙烯裝置的可能性，鎮(zhèn)海乙烯裂解汽油加氫裝置脫碳九塔，從塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，考慮了既能夠滿足塔頂餾出C6G、塔底餾出C9+餾分（設(shè)計(jì)工況），又能夠滿足塔頂餾出 C6G、塔底餾出G0+餾分（能夠操作）的要求。2.2? 二段進(jìn)料換熱器的設(shè)計(jì)二段進(jìn)料換熱器是裂解汽油加氫裝置中的重要設(shè)備之一， 是二段加氫反應(yīng)器出料與進(jìn)料 進(jìn)行換熱為二段加氫反應(yīng)初期提供熱量。 二段進(jìn)料換熱器的型式和換熱效率直接影響到裝置 正常運(yùn)行時(shí)二段進(jìn)料加熱爐的停開， 對(duì)裝置能耗有很大的影響。 一般而言， 該換熱器有以下 四種型式： （1）單臺(tái)立式單管程純逆流換

11、熱器； （2）多臺(tái)串聯(lián)的常規(guī)管殼式換熱器；（ 3）多臺(tái)臥式串聯(lián)換熱器（單管程浮頭式、純逆流）；（4）單臺(tái)立式板殼式換熱器。根據(jù)目前掌握的資料， 國(guó)內(nèi)的幾套裂解汽油加氫裝置中大部分采用的二段進(jìn)出料換熱器 為第一、第二的型式。以上四種換熱器型式各有優(yōu)缺點(diǎn)，比較如下：1）單臺(tái)立式單管程純逆流換熱器的特點(diǎn)是：換熱效率高；運(yùn)行穩(wěn)定后可以停用下游的二段進(jìn)料加熱爐，從而節(jié)省燃料氣（初步測(cè)算，鎮(zhèn)海裂解汽油加氫裝每年可節(jié)省燃料氣 2 000 t ）；占地面積少。但設(shè)備投資較高，造價(jià)大概1 360 萬元（比多臺(tái)串聯(lián)型式多出約 800萬元）；雖然檢修周期長(zhǎng)（數(shù)年檢修一次），但檢修時(shí)換熱管束的抽出不方便。（2）多臺(tái)串

12、聯(lián)常規(guī)管殼式換熱器的特點(diǎn)是：設(shè)備投資少，造價(jià)大概500 萬元；操作及維修簡(jiǎn)便。 相對(duì)而言，換熱效率比立式的低； 不能停用二段進(jìn)料加熱爐，燃料氣消耗相對(duì)較 大。（3）多臺(tái)臥式串聯(lián)（單管程浮頭式、純逆流）特點(diǎn)：制造成本低、管殼側(cè)均可清洗， 造價(jià)大概為 400 萬元； 與立式換熱器相比檢修相對(duì)容易， 換熱效果界于單臺(tái)立式單管程純逆 流換熱器與多臺(tái)串聯(lián)常規(guī)管殼式換熱器之間，運(yùn)行穩(wěn)定后可以停用下游的二段進(jìn)料加熱爐， 達(dá)到節(jié)省燃料氣的目的，降低裝置能耗；但在同樣工藝條件下，換熱面積比立式換熱器大， 設(shè)備阻力降較大。（4）立式板殼式換熱器特點(diǎn)：換熱效果好、占地面積小、阻力降較??；但造價(jià)高，大 概為 850

13、萬元；流通面積小、抗堵性相對(duì)較差，在國(guó)內(nèi)汽油加氫裝置上還有待實(shí)踐的檢驗(yàn)。根據(jù)以上四種換熱器型式的方案比較， 目前， 鎮(zhèn)海乙烯裂解汽油加氫裝置二段進(jìn)出料換 熱器采用第三種型式，即多臺(tái)臥式串聯(lián)換熱器（單管程浮頭式）進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。2.3? 碳九加氫反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)目前碳九加氫反應(yīng)的發(fā)展情況， 尚沒有發(fā)現(xiàn)國(guó)外的碳九加氫的工業(yè)化裝置。 國(guó)內(nèi)僅 在燕山石化和茂名石化各有一套碳九加氫裝置，但規(guī)模較小，且原料均為切除C10 以上餾分的精 C9 原料。而鎮(zhèn)海乙烯裂解汽油加氫裝置中碳九加氫單元，不但規(guī)模大，而且碳九加氫 的原料是由脫碳九塔釜直接來的含Co以上重組分的 0+餾分，組分更為復(fù)雜，給工程設(shè)計(jì)帶 來更大

14、的挑戰(zhàn)。碳九加氫單元有如下的特點(diǎn)：（1）碳九加氫的反應(yīng)熱較高，初期反應(yīng)溫升在100 C以上。（ 2）碳九加氫要求高氫油比、高循環(huán)比、低空速。根據(jù)碳九加氫的特點(diǎn)，由于高氫油比、高循環(huán)比、 低空速，相對(duì)加氫反應(yīng)器床層壓降比 較大， 在本裝置工藝設(shè)計(jì)中， 反應(yīng)器物料的進(jìn)料方式可分為上進(jìn)式 （即加氫物料從反應(yīng)器頂 部進(jìn)入）和下進(jìn)式（即加氫物料從反應(yīng)器底部進(jìn)入）。其中上進(jìn)式進(jìn)料方式，物料在催化劑 床層中氣相為連續(xù)相，稱為滴流床；下進(jìn)式進(jìn)料方式，物料在催化劑床層中液相為連續(xù)相， 稱為鼓泡床。兩中進(jìn)料方式比較中，下進(jìn)式相對(duì)床層壓降?。ㄒ话惚壬线M(jìn)式小0.050.1MPa，物料分布均勻，不易產(chǎn)生溝流現(xiàn)象，催化劑活性利用率相對(duì)較高，但物料中的水含 量對(duì)催化劑影響較大。由于脫碳九塔為負(fù)壓操作，操作溫度在140 C左右，碳九物料中幾乎不含水。 綜合下進(jìn)式的特點(diǎn)， 本裝置碳九加氫反應(yīng)器采用下進(jìn)式的進(jìn)料方式， 這樣既可降 低反應(yīng)器床層壓降， 減少能耗， 也可物料在催化劑床層中分布更加均勻， 提高催化劑活性的 利用率。3? 結(jié)論（1）脫碳五塔和脫碳九塔的