加氫裂化技術王武海

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2014年8月庫爾勒3講課人：王武海生產(chǎn)準備部Telail:jx_sun_wwh@4目錄加氫技術的發(fā)展過程概述加氫技術分類加氫精制的工藝原理4.加氫工藝流程－－加氫裂化加氫過程的主要控制加氫主要設備設計加氫過程的能耗加氫典型事故結(jié)束語5現(xiàn)代煉油工業(yè)的加氫技術（包括加氫工藝、催化劑和專用設備）是在二次世界大戰(zhàn)以前經(jīng)典的煤和煤焦油高壓催化加氫技術的基礎上發(fā)展起來的。1949年鉑重整技術的發(fā)明和工業(yè)應用，除生產(chǎn)大量高辛烷值汽油組分外，還副產(chǎn)大量廉價的氫氣，為現(xiàn)代加氫技術的發(fā)明和發(fā)展起到了關鍵作用。1950年煉油廠出現(xiàn)了加氫精制裝置1959年出現(xiàn)了加氫裂化裝置1963年出現(xiàn)了沸騰床渣油低轉(zhuǎn)化率加氫裂化裝置，1.加氫技術的發(fā)展過程概述61969年出現(xiàn)了固定床重油（常壓渣油）加氫脫硫裝置，1977年出現(xiàn)了固定床渣油加氫脫硫裝置，1984年出現(xiàn)了沸騰床渣油高轉(zhuǎn)化率加氫裂化裝置。這些加氫技術的發(fā)明和工業(yè)應用，使加氫技術由發(fā)生、發(fā)展走向成熟。尤其是近幾年加氫技術的發(fā)展很快，無論是加氫催化劑，還是加氫工藝流程及專用設備都有了長足的進步。對環(huán)保要求越來越高的今天，加氫技術將成為21世紀的核心技術。1.加氫技術的發(fā)展過程概述7

21世紀煉油工業(yè)將進一步發(fā)展

2l世紀上半葉，石油資源仍可滿足需求，石油仍將是主要能源之一，汽油、煤油和柴油還是主要的運輸燃料，煉油工業(yè)仍將不斷發(fā)展。1.加氫技術的發(fā)展過程概述821世紀煉油工業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)

原油質(zhì)量變差： 原油密度變大，含硫量增加，是未來原油質(zhì)量變化的總趨勢。此外，原油中的其他雜質(zhì)含量（Fe、V、Ni等）也呈上升趨勢。因此就全球范圍而言，今后煉油廠加工的原油將是比重大、含硫高、質(zhì)量差的常規(guī)原油和非常規(guī)原油。1.加氫技術的發(fā)展過程概述9

21世紀煉油工業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)來自環(huán)保方面的壓力日益增大：

1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會通過了“2l世紀議程”，提出了將可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作為新世紀各國的共同發(fā)展戰(zhàn)略。1.加氫技術的發(fā)展過程概述10

21世紀煉油工業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)來自環(huán)保方面的壓力日益增大：

2l世紀的煉油工業(yè)必須遵循可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，必須同時重視經(jīng)濟效益、保護環(huán)境和節(jié)約資源的原則，采用清潔的生產(chǎn)工藝，最大限度地降低生產(chǎn)過程中的物耗、能耗和污染物排放，同時最有效地利用石油資源，生產(chǎn)環(huán)境友好的石油產(chǎn)品。1.加氫技術的發(fā)展過程概述11

21世紀煉油工業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)來自環(huán)保方面的壓力日益增大： 在油品質(zhì)量方面，因汽車尾氣造成的空氣污染已為世界各國所關注，因此已紛紛出臺了新的法規(guī)，對發(fā)動機燃料的組成提出了越來越嚴格的限制。汽油：低硫﹑低烯烴﹑低芳烴、低蒸汽壓柴油：低硫、低芳烴、高十六烷值、低干點1.加氫技術的發(fā)展過程概述121.加氫技術的發(fā)展過程概述－21世紀煉油工業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)131.加氫技術的發(fā)展過程概述－21世紀煉油工業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)14加氫技術將持續(xù)快速發(fā)展加氫工藝過程包括加氫裂化和加氫處理。將在如下方面起到關鍵作用：

加工高硫及劣質(zhì)原油，擴大原油加工適應性

提高加工深度，增產(chǎn)輕質(zhì)油品

提高成品油質(zhì)量，生產(chǎn)低硫和超低硫清潔燃料

調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及油化一體化生產(chǎn)化工原料 1.加氫技術的發(fā)展過程概述15加氫技術將持續(xù)快速發(fā)展我國煉油工業(yè)從現(xiàn)在開始到2020年將有較大發(fā)展，但面臨的形勢很嚴峻?！镌托枨罅砍^4.3億噸，進口原油超過2.0億噸，進口油大多為高硫或重質(zhì)原油，增加了加工難度?！锲嚬I(yè)發(fā)展迅速，到2020年將超過1億輛，因此對汽車的排放提出了嚴格要求。1.加氫技術的發(fā)展過程概述16加氫技術將持續(xù)快速發(fā)展★石油化工產(chǎn)品需求增長迅速，到2020年按國內(nèi)乙烯產(chǎn)量滿足需求率50％左右，加上PX用化工輕油，界時需化工原料油7800萬噸左右，煉油工業(yè)將難以滿足。★含硫原油加工量的增加，對大氣污染的影響日益嚴重。 為解決上述我國煉油工業(yè)發(fā)展中存在的嚴重問題，需要采取諸多相應的對策，發(fā)展加氫工藝毫無疑問是眾多對策中最重要的一項措施，因此可以預見，我國加氫技術將持續(xù)快速發(fā)展。1.加氫技術的發(fā)展過程概述17國外加氫技術發(fā)展趨勢★國外近年加氫技術的發(fā)展趨勢主要是：

▲ 為適應低硫和超低硫燃料的生產(chǎn)，重視催化原料的預處理，以及創(chuàng)新發(fā)展多種催化汽油加氫預處理技術；

▲ 為加工含硫原油，提高輕質(zhì)油品收率，含硫渣油的加氫處理和RFCC組合工藝得到相應發(fā)展；1.加氫技術的發(fā)展過程概述18國外加氫技術發(fā)展趨勢★國外近年加氫技術的發(fā)展趨勢主要是：

▲ 為提高加氫裂化水平，開發(fā)多種形式的新工藝，提高裝置處理能力，改善產(chǎn)品分布，消除裝置瓶頸；

▲ 催化劑不斷推陳出新，新催化劑的脫硫脫氮活性大幅度提高； ▲ 發(fā)展深度脫硫脫氮技術，實現(xiàn)含硫VGO、LCO、LCGO直接生產(chǎn)超低硫柴油。1.加氫技術的發(fā)展過程概述19國內(nèi)加氫技術發(fā)展迅速★含硫VGO預處理技術效果明顯；★催化汽油后處理技術與國外同步；★提高柴油質(zhì)量技術－LCO改質(zhì)技術、深度脫硫技術；★渣油加氫技術及RDS/VRDS--RFCC組合工藝技術；★發(fā)展了多種形式的加氫裂化技術；★加氫裂化催化劑不斷更新?lián)Q代。1.加氫技術的發(fā)展過程概述20加氫技術發(fā)展歷史加氫技術將成為21世紀的核心技術國內(nèi)外加氫技術的發(fā)展方向1.加氫技術的發(fā)展過程概述----小結(jié)21一類為加氫處理（Hydrotreating），是指通過加氫反應原料油的分子大小沒有變化以及有10%或<10%的分子變小的那些加氫工藝。加氫裂化（HydroCracking）是指加氫反應原料中有10%以上的分子變小的那些加氫工藝。2.加氫技術分類22

加氫處理類技術石腦油加氫，焦化汽、柴油加氫，煤油加氫，直餾柴油加氫，催化柴油加氫，催柴、直柴、焦柴混合加氫，VGO加氫精制，焦化蠟油加氫精制，白油加氫，凡士林加氫，石蠟加氫（食品蠟），微晶蠟加氫(地蠟)，潤滑油低壓加氫補充精制，柴油臨氫降凝。2.加氫技術分類23

加氫裂化類技術中壓加氫改質(zhì)（中壓加氫裂化），高壓加氫改質(zhì)（高壓加氫裂化—生產(chǎn)潤滑油基礎油），加氫裂化，潤滑油催化脫蠟、潤滑油高壓加氫串聯(lián)流程，潤滑油異構(gòu)脫蠟串聯(lián)流程，懸浮床渣油加氫裂化，煤液化及加氫穩(wěn)定，渣油加氫脫硫，脫瀝青油加氫脫金屬—加氫裂化串聯(lián)流程。2.加氫技術分類3加氫精制工藝原理加氫精制工藝原理概述質(zhì)量低劣的原料油，在一定的溫度、壓力和氫氣存在的情況下，通過加氫精制催化劑床層，將其中的含硫（S）、含氮（N）、含氧（O）等非烴化合物轉(zhuǎn)化為易除去的硫化氫（H2S）、氨（NH3）、水（H2O），將安定性很差的烯烴和某些稠環(huán)芳烴飽和，金屬有機物氫解，金屬雜質(zhì)截留，從而改善油品的安定性能、腐蝕性能，得到品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品，此種過程稱為加氫精制。加氫技術的關鍵之一是催化劑。25加氫過程主要化學反應如下：（1）、脫硫反應原料油中的硫化物，在加氫精制條件下，可以轉(zhuǎn)化為硫化氫和相應的烴類，從而脫除掉硫。主要的表示反應如下：

3.加氫精制工藝原理概述（2）、脫氮反應（2）、脫氮反應3.加氫精制工藝原理概述

加氫過程主要化學反應如下：3.加氫精制工藝原理概述

加氫過程主要化學反應如下：（3）加氫脫氧3.加氫精制工藝原理概述

加氫過程主要化學反應如下：（4）、烯烴加氫飽和反應3.加氫精制工藝原理概述

加氫過程主要化學反應如下：（5）、芳烴加氫飽和反應3.加氫精制工藝原理概述

加氫過程主要化學反應如下：（6）、加氫脫金屬

式中R,R'--芳烴；M--金屬釩31

加氫精制工藝流程已經(jīng)很成熟，除了催化汽油加氫脫硫和液相加氫的工藝流程外，其它類的加氫精制流程基本相同，只是局部有一些不同的特點。3.加氫精制工藝流程323.加氫精制工藝流程典型加氫精制流程（1）原料油(常減壓)加氫精制反應器原料油(焦化)循環(huán)氫壓縮機反應進料加熱爐原料油緩沖罐原料油泵反應流出物空冷器新氫壓縮機入口分液罐原料油過濾器低分油至分餾新氫冷高壓分離器新氫氫壓縮機循環(huán)氫壓縮機入口分液罐低壓分離器反應流出物/熱原料油換熱器熱高分氣/混合氫換熱器精制柴油/原料油換熱器原料油泵液力透平冷低分氣至裝之外脫硫注水酸性水至汽提循環(huán)氫脫硫塔熱低分器熱高壓分離器酸性水至汽提熱低分氣空冷器循環(huán)氫旋流脫烴器汽提部分流程簡圖酸性氣至裝置外汽提塔頂空冷器汽提塔頂回流罐至分餾塔汽提塔頂后冷器含硫污水汽提塔低分油自反應部分來低壓蒸汽酸性水去汽提汽提塔頂回流泵精制柴油/分餾塔塔進料換熱器工藝流程分餾部分流程簡圖分餾塔頂空冷器分餾塔頂回流罐分餾塔頂后冷器分餾塔分餾進料分餾塔頂水至注水罐凝結(jié)水泵產(chǎn)品分餾塔頂回流泵分餾塔頂/熱水換熱器火炬石腦油至裝置外精制柴油/產(chǎn)品分餾塔進料換熱器精制柴油泵分餾塔底重沸爐精制柴油/熱水精制柴油空冷

產(chǎn)品36低硫柴油生產(chǎn)技術

柴油規(guī)格發(fā)展趨勢 硫含量、T95、密度、十六烷值、多環(huán)芳烴

柴油的低硫化是世界各國和地區(qū)柴油新規(guī)格的發(fā)展趨勢。如何經(jīng)濟合理地生產(chǎn)低硫柴油將是我國目前和今后一定時期內(nèi)煉油業(yè)需要重點解決的課題之一。3.加氫精制工藝流程373.加氫精制工藝流程38低硫柴油生產(chǎn)技術

降低柴油硫含量的途徑原料/原油選擇降低原料終餾點調(diào)入煤油組分換用高活性催化劑增加反應器新建加氫裝置最經(jīng)濟和簡便的方法是采用更高活性的加氫脫硫催化劑3.加氫精制工藝流程39液相加氫技術

理論基礎：在傳統(tǒng)加氫工藝中，氫氣從氣相到液相的傳質(zhì)過程是反應的控制步驟，因此需要大量過剩氫氣循環(huán)。該技術將反應所需氫氣溶解在循環(huán)液流中為反應供氫，將加氫反應由氫氣的傳質(zhì)控制變?yōu)榉磻獎恿W控制，從而大大提高反應空速，減少催化劑用量和反應器體積；同時循環(huán)液流可作為熱阱吸收反應熱。3.加氫精制工藝流程40液相加氫技術

3.加氫精制工藝流程41液相加氫技術

3.加氫精制工藝流程42液相加氫技術

取消了氫氣循環(huán)系統(tǒng)（包括循環(huán)氫壓縮機、冷熱高分、高壓空冷器、循環(huán)氫脫硫塔等設備），增加了加氫反應器流出物流循環(huán)系統(tǒng)（主要為反應器循環(huán)泵）；反應空速高、反應器體積??；脫硫脫氮效果顯著，可生產(chǎn)超低硫氮油品；反應溫升小，反應器內(nèi)不存在局部熱點，催化劑不易結(jié)焦；操作費用和能耗低；特別適用于現(xiàn)有柴油精制裝置生產(chǎn)超低硫柴油的改造；3.加氫精制工藝流程東營聯(lián)合石化加氫裂化技術4.加氫工藝流程－－加氫裂化加氫裂化特點重質(zhì)餾分油深度加工的主要工藝之一。不僅是煉油工業(yè)生產(chǎn)輕質(zhì)油品的重要手段，而且也成為石油化工企業(yè)的關鍵技術，發(fā)揮著其它工藝不可代替的作用。具有產(chǎn)品靈活的特點。采用不同催化劑和操作方案，用不同原料可以有選擇地生產(chǎn)液化石油氣、石腦油、噴氣燃料、輕柴油以及潤滑油料等多種優(yōu)質(zhì)石油產(chǎn)品，其尾油可作為生產(chǎn)乙烯用的裂解原料或作為低硫的催化裂化原料。21東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化加氫裂化特點最大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)中間餾分油（噴氣燃料和柴油等）和調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重要手段。原料范圍寬、操作方案多，煉廠可以應用加氫裂化組合出不同的加工流程，提高全廠的產(chǎn)品質(zhì)量，改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從而提高全廠的經(jīng)濟效益。唯一能在重油輕質(zhì)化同時直接制取低硫、低芳烴清潔燃料的重要手段。它不需要原料預處理，可以直接加工含硫高的VGO。22東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化加氫裂化特點最大量生產(chǎn)芳烴潛含量高的優(yōu)質(zhì)重整原料，以進一步制取BTX輕質(zhì)芳烴或高辛烷值組分。采用不同的催化劑匹配及組合時，它又是生產(chǎn)符合API高檔潤滑油基礎料的關鍵技術。對二次轉(zhuǎn)化油品，如催化裂化柴油、焦化柴油可以通過芳烴開環(huán)及深度脫硫脫芳等加氫改質(zhì)技術制取清潔柴油產(chǎn)品。23東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國外加氫技術發(fā)展概況世界上第一套現(xiàn)代稱作ISOCRACKING加氫裂化裝置是于1959年在美國謝夫?。–HEVRON）公司加州里奇蒙煉廠投產(chǎn)的。環(huán)球油品公司（UOP）、聯(lián)合油（UNOCAL）、海灣（GULF）研究開發(fā)公司、殼牌（SHELL）國際石油集團、法國石油研究院（IFP）、法國巴斯夫（BASF）公司、英國石油公司（BP）。24東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國外加氫技術發(fā)展概況UOP和CLG公司的專利和催化劑代表了當今世界加氫裂化技術的狀況和水平。目前SGS也在積極推廣其加氫技術。UOP公司1995年收購UNOCAL全部加氫技術，對外銷售的加氫技術均采用聯(lián)合油UNICRACKING技術，不再采用HC-UNIBON技術，但保留了原UOP一些很有特點的催化劑，并在工藝流程和工程技術上對原聯(lián)合油的相應部分做了改進。25東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國外加氫技術發(fā)展概況CHEVRON公司1986年收購GULF全部加氫技術，對外銷售加氫技術采用ISOCRACKING技術，并吸取海灣公司在相應部分的技術特點。1993年Chevron和Lummus就在市場和加氫技術上開始合作，2000年Chevron和Lummus各占50%的股份成立了CLG公司，加氫技術從此由CLG公司對外銷售。26東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國外加氫技術發(fā)展概況SGS公司對外銷售加氫技術是采用下面的模式。27東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國內(nèi)加氫技術發(fā)展概況我國是在世界上最早掌握加氫技術的少數(shù)幾個國家之一。自五十年代起就致力于加氫裂化工藝及催化劑的研究開發(fā)工作，當時主要是針對頁巖輕柴油和煙煤焦油，并開發(fā)了相應的催化劑。28東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國內(nèi)加氫技術發(fā)展概況隨著我國石油工業(yè)和煉油技術的發(fā)展，六十年代開始進行餾分油加氫裂化的研究工作，自行開發(fā)研制的無定型加氫裂化催化劑于1966年首次工業(yè)應用。1965年開始研究活性更高的分子篩加氫裂化催化劑，并在七十年代實現(xiàn)工業(yè)應用。29東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國內(nèi)加氫技術發(fā)展概況八十年代成套引進國外技術、工程設計和設備，建設了四套高壓加氫裂化裝置。八六年通過引進國外技術，自行設計、建設了一套高壓加氫裂化裝置。在消化吸收引進技術的基礎上，利用國內(nèi)技術和催化劑，近年又相繼自行設計建成投產(chǎn)了很多套高壓加氫裂化裝置。30東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國內(nèi)加氫技術發(fā)展概況九十年代以來我國自行設計的加氫裂化裝置，都是采用撫順石油化工研究院（FRIPP）和石油化工科學研究院（RIPP）的催化劑。國內(nèi)催化劑已達到或接近國外先進水平。31東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國內(nèi)加氫技術發(fā)展概況開發(fā)成功了適合我國國情的中壓加氫裂化成套技術。雖然中壓加氫裂化對原料油的適應性，生產(chǎn)靈活性和產(chǎn)品質(zhì)量都不如高壓加氫裂化好，但中壓加氫裂化具有裝置建設投資和操作費用相對較低的特點。32東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化國內(nèi)加氫技術發(fā)展概況在反應總壓6.5MPa～13.0MPa的操作條件下，加工原料油的干點（540度），其裂化深度可以接近高壓加氫技術的水平。在此操作壓力范圍內(nèi)，除石蠟基原料油外，其它原料油中壓加氫裂化所得噴氣燃料和柴油產(chǎn)品的質(zhì)量尚不能達到高壓加氫裂化技術的水平。33東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化工藝流程在加氫裂化裝置中，除催化劑外，工藝流程是決定裝置投資和能耗的關鍵，是關系到裝置安全生產(chǎn)，穩(wěn)定操作的重要因素。加氫裂化可以采用一次通過流程，也可以采用全循環(huán)流程。加氫裂化催化劑可以采用需要預精制的催化劑，也可以采用不需要預精制的催化劑。并且對全循環(huán)流程，循環(huán)油可以單獨設循環(huán)油反應器，也可以返回和原料油混和。34東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化工藝流程餾分油加氫技術自1959年在美國里奇蒙煉廠首次工業(yè)應用以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展和完善，工藝已經(jīng)比較成熟。加氫裂化工藝雖有多種形式，但基本原理相同。加氫裂化工藝主要采用以下三種工藝流程：一段串聯(lián)工藝流程、單段工藝流程、兩段工藝流程。35東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化一段串聯(lián)加氫裂化工藝流程36東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化

單段加氫裂化工藝流程37東營聯(lián)合石化加氫技術3.加氫工藝流程－－加氫裂化

兩段加氫裂化工藝流程38東營聯(lián)合石化加氫技術4.加氫工藝流程－－加氫裂化工藝流程隨著加氫裂化催化劑技術的不斷發(fā)展、工程與控制技術的日益進步以及煉油企業(yè)對裝置投資效益要求越來越高，加氫裂化工藝技術近年也出現(xiàn)了長足的發(fā)展。主要體現(xiàn)在：高壓加氫裂化工藝流程不斷翻新，以適應進一步壓縮投資、提高目的產(chǎn)品選擇性和改善產(chǎn)品質(zhì)量的需要；中壓加氫裂化和緩和加氫裂化等技術隨著加氫裂化原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的多元化，正逐漸擴大其工業(yè)應用市場。39東營聯(lián)合石化加氫技術4.加氫工藝流程－－加氫裂化工藝流程對加氫裂化工藝流程進行優(yōu)化，開發(fā)出了各種具有創(chuàng)意的高壓加氫裂化新工藝，但多以現(xiàn)有工藝的優(yōu)化改進為主，沒有更多的突破性進展。近年開發(fā)的有代表性的加氫裂化新工藝：一段串聯(lián)次序加氫裂化HyCycle加氫裂化40東營聯(lián)合石化加氫技術4.加氫工藝流程－－加氫裂化一段串聯(lián)次序加氫裂化工藝流程41東營聯(lián)合石化加氫技術4.加氫工藝流程－－加氫裂化工藝流程--一段串聯(lián)次序加氫裂化一段串聯(lián)次序加氫裂化是將一段串聯(lián)加氫裂化裂化段的流出物反送至加氫精制段。它的優(yōu)點是可以進一步提高加氫裂化產(chǎn)品質(zhì)量，從而可適應將來加氫裂化原料變差、產(chǎn)品質(zhì)量要求更高的需要。42東營聯(lián)合石化加氫技術4.加氫工藝流程－－加氫裂化HyCycle加氫裂化工藝流程43東營聯(lián)合石化加氫技術4.加氫工藝流程－－加氫裂化工藝流程--HyCycle加氫裂化HyCycle加氫裂化是在通常意義上加氫裂化反應器后再接一特殊的反應分離器。該反應分離器的上部為氣相加氫精制反應段，下部為氣提分離段。這樣的流程安排可以在操作壓力下實現(xiàn)未轉(zhuǎn)化油循環(huán)，從而可以在低單程轉(zhuǎn)化率下經(jīng)濟運行，有效降低二次裂化反應，提高中間餾份油收率，改善產(chǎn)品質(zhì)量。44

加氫裂化反應器內(nèi)的主要反應主要包括：加氫反應，裂化反應，異構(gòu)化反應，氫解反應和重合反應等。（1）烷烴在加氫裂化條件下都是生成分子量更小的烷烴，其通式為：CnH2n+2+H2=CmH2m+2+Cn-mH2(n-m)+2正構(gòu)烷烴裂化特點是隨著正構(gòu)烷烴的沸點的提高，裂化反應速度明顯提高，這是因為：①較重組分在催化劑上的吸附強于輕組分，就使得重組分加氫裂化速度比輕組分表現(xiàn)的快；②重組分與輕組分中的C-C鍵鍵能不同，越輕所需要活化能越大。（2）烴類分解成分子量較小的烷烴和烯烴，生成的烯烴又加氫飽和。烯烴還可以環(huán)化。（3）烷烴和烯烴均會發(fā)生異構(gòu)化反應，從而使加氫產(chǎn)物中異構(gòu)烴與正構(gòu)烴的比值較高。兩環(huán)以上的環(huán)烷烴，發(fā)生開環(huán)裂解、異構(gòu)，最終生成單環(huán)環(huán)烷烴及較小分子的烷烴；（4）環(huán)烷烴在加氫裂化上主要發(fā)生反應是脫烷基、六員環(huán)異構(gòu)和開環(huán)反應。（5）多環(huán)芳烴主要發(fā)生反應是逐環(huán)加氫、開環(huán)（包括異構(gòu)）和脫烷基等一系統(tǒng)列平行、順序反應，多環(huán)芳烴很快加氫生成多環(huán)環(huán)芳烴（苯環(huán)本身加氫較慢），環(huán)烷環(huán)發(fā)生開環(huán)，繼而發(fā)生異構(gòu)化、斷側(cè)鏈（脫烷基）反應，生成苯類和小分子烷烴混合物。（6）經(jīng)過加氫精制過的少量含氧、氮、硫的有機物進一步發(fā)生氫解反應。（7）加氫裂化還包括一些副反應，發(fā)生分解產(chǎn)物的縮合反應，以及稠環(huán)芳烴的進一步縮合反應，這些反應將導致焦炭在催化劑上的沉積。不過在較高的氫分壓下，這類反應將受到一定程度的抑制。69加氫裝置主要控制方案、控制原理大同小異。加氫裝置生產(chǎn)過程中最常見、應用最廣泛、數(shù)量最多的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是單回路簡單控制系統(tǒng)加氫裝置也采用了相當一部分復雜控制系統(tǒng)，最常見的有串級控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、自動選擇控制系統(tǒng)、復雜計算控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)以及近年來開始采用的非線性控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)、解耦控制系統(tǒng)等。4.加氫的主要控制－前言70很多操作參數(shù)之間相互聯(lián)系而又相互制約。為了最大限度地發(fā)揮設備的生產(chǎn)潛力、提高收率和降低能耗，就必須對過程的有關質(zhì)量操作參數(shù)在工藝的約束條件下實現(xiàn)先進過程控制。先進過程控制能夠適應復雜動態(tài)特性、時間滯后、多變量、有不可測變量、變量受約束等情況，在操作條件變化時仍有較好的控制性能。5.加氫的主要控制－前言71采用先進過程控制使生產(chǎn)操作穩(wěn)定、準確，可充分發(fā)揮裝置的潛力。隨著分散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）的廣泛應用，生產(chǎn)過程控制水平有了很大的提高。自動化技術和計算機技術的飛速發(fā)展，為生產(chǎn)過程控制技術的發(fā)展提供了良好的基礎。以多變量預估控制為代表的先進控制技術，以在線實時優(yōu)化為核心的過程優(yōu)化技術以及信息管理技術成為發(fā)展趨勢5.加氫的主要控制－前言72原料油緩沖罐壓力分程控制5.加氫的主要控制－控制方案73高壓進料泵控制5.加氫的主要控制－控制方案74液力透平與高壓分離器液位控制5.加氫的主要控制－控制方案圖5-2-3液力透平與冷高壓分離器液位控制75

新氫壓縮機控制5.加氫的主要控制－控制方案76

新氫壓縮機控制5.加氫的主要控制－控制方案77新氫壓縮機全行程氣量無級調(diào)節(jié)壓力控制方案全行程氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)是專門為往復式工藝壓縮機開發(fā)的液壓式氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其主要工作原理是計算機處理壓縮機運行過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將信號反饋至執(zhí)行機構(gòu)的電子模塊，通過液壓傳動來控制進氣閥的開啟與關閉時間，實現(xiàn)壓縮機排氣量0～100%全行程范圍無級調(diào)節(jié)。通過進氣閥的延遲關閉，僅使一定體積的氣體進入壓縮過程，多余部分氣體不進入壓縮過程，循環(huán)周期里只壓縮了需要壓縮的氣量，從而節(jié)省了壓縮機能耗，降低了壓縮機運行期的總費用。5.加氫的主要控制－控制方案78循環(huán)氫壓縮機控制5.加氫的主要控制－控制方案79加氫反應器的控制5.加氫的主要控制－控制方案80緊急停車及緊急泄壓聯(lián)鎖加氫裝置反應器出現(xiàn)嚴重超溫、裝置發(fā)生故障（DCS或循環(huán)氫壓縮機等關鍵設備故障）、突發(fā)事件（例如火災）等，操作工可通過手動操作開關啟動加氫裝置緊急停車聯(lián)鎖。加氫裝置非關鍵設備故障、降壓操作后可能短時間內(nèi)恢復生產(chǎn)，操作工可通過中控室手動操作開關或在循環(huán)氫壓縮機現(xiàn)場手動操作開關啟動緊急泄壓聯(lián)鎖將緊急停車及緊急泄壓聯(lián)鎖分開，使操作具有更大的靈活性。5.加氫的主要控制－安全聯(lián)鎖81緊急停車及緊急泄壓聯(lián)鎖對于加氫精制裝置、渣油加氫脫硫裝置，反應器中化學反應速度相對比較平緩，緊急泄壓控制閥可以只采用1個。5.加氫的主要控制－安全聯(lián)鎖826.加氫主要設備設計－固定床反應器83目前固定床反應器多采用熱壁式，采用板焊或鍛焊結(jié)構(gòu)。固定床加氫反應器中采用各種內(nèi)構(gòu)件將氣液兩相物流充分混合、換熱均勻，并分配到整個反應器橫截面上。反應器內(nèi)構(gòu)件的性能直接關系到能否充分發(fā)揮高活性催化劑應有效能和加氫裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行。反應器內(nèi)構(gòu)件成為加氫裝置工程研究的關鍵問題之一。6.加氫主要設備設計－固定床反應器84入口擴散器6.加氫主要設備設計－固定床反應器Ⅰ原結(jié)構(gòu)Ⅱ加導流錐結(jié)構(gòu)Ⅲ四隔板結(jié)構(gòu)85

反應器內(nèi)構(gòu)件設計－－氣液分配器螺旋條縫分配器ZL200620134122.086

冷氫箱

反應器內(nèi)構(gòu)件的性能對控制加氫反應深度、保證目的產(chǎn)品收率、提高催化劑的利用率、延長裝置的操作周期及保障裝置的安全操作都是至關重要的。CLG公司的ISOMIX新型反應器內(nèi)構(gòu)件、UOP公司的UltraMixTM新型反應器內(nèi)構(gòu)件以及SHELL公司的HDtray和UFQ新型反應器內(nèi)構(gòu)件都是近幾年研究開發(fā)并成功工業(yè)應用的。國內(nèi)工程公司結(jié)合自身的特點和工程經(jīng)驗，相繼開發(fā)了多種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型內(nèi)構(gòu)件并改進了一種傳統(tǒng)的內(nèi)構(gòu)件。6.加氫主要設備設計－固定床反應器87

冷氫箱

CLG“Nautilus”Internals6.加氫主要設備設計－固定床反應器88

冷氫箱

ShellHDtray(withpre-distributor)6.加氫主要設備設計－固定床反應器89

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ShellQuenchTray6.加氫主要設備設計－固定床反應器90

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6.加氫主要設備設計－固定床反應器性能優(yōu)異的扁平型反應器內(nèi)構(gòu)件

該結(jié)構(gòu)已獲得中國國家專利（專利號ZL200620134123.5）91

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性能優(yōu)異的BL型反應器內(nèi)構(gòu)件

該結(jié)構(gòu)已獲得中國國家專利（專利號ZL97202630.4）6.加氫主要設備設計－固定床反應器92

冷氫箱

性能優(yōu)異的漩流型反應器內(nèi)構(gòu)件

該結(jié)構(gòu)已獲得中國國家專利（專利號ZL00263961.6

）6.加氫主要設備設計－固定床反應器93性能優(yōu)異的改進型漩流型反應器內(nèi)構(gòu)件

該結(jié)構(gòu)已獲得中國國家專利（專利號ZL200620133869.0）

反應器內(nèi)構(gòu)件設計－－冷氫箱

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冷氫箱

性能優(yōu)異的對流型反應器內(nèi)構(gòu)件節(jié)流孔罩冷氫管混合室擋板6.加氫主要設備設計－固定床反應器95反應進料加熱爐是裝置內(nèi)的關鍵設備之一，其爐管內(nèi)工藝介質(zhì)為高溫、高壓的氫氣和油氣混合物，操作條件十分苛刻，一般均采用水平管雙面輻射爐爐型，并且應使管內(nèi)兩相流達到環(huán)狀流或霧狀流流型。為了保證爐管受熱均勻，選擇適宜發(fā)熱量的扁平焰氣體燃燒器，均勻布置在爐管兩側(cè)。為了監(jiān)測操作過程中爐管金屬溫度的變化，保證裝置的長周期運轉(zhuǎn)，在爐管上還設置適當數(shù)量的爐管表面熱電偶。6.加氫主要設備設計－加熱爐96操作彈性大：由于水平管比垂直管更容易得到環(huán)狀流或霧狀流流型，因此加熱爐更容易適合多種工況條件下的操作。壓降小：由于單排管雙面輻射的平均熱強度是單面輻射的平均熱強度的1.6倍，其爐管水力長度只有單面輻射的0.66倍，即在管內(nèi)流速相同的條件下，其壓降僅為單面輻射的66%。設備投資?。杭託浞磻M料加熱爐的爐管均采用TP321或TP347材質(zhì)，爐管占全爐總投資的比例一般在40%以上。由于雙面輻射爐爐管金屬重量比單面輻射爐減少近33%，因此可大大減少加熱爐總投資。6.加氫主要設備設計－加熱爐97加氫反應進料加熱爐

6.加氫主要設備設計－加熱爐98高壓換熱器的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是與普通低壓換熱器相似的大法蘭式，另一種是螺紋鎖緊環(huán)式。大法蘭式高壓換熱器存在易漏的缺點，特別是在開工、停工或溫度變化的階段，更加容易泄漏，而且?guī)貛簳r無法緊固大螺栓以排除泄漏。螺紋鎖緊環(huán)式高壓換熱器解決了大法蘭的笨重、密封困難的兩大難題，在操作過程中，可以隨時通過擰緊內(nèi)圈壓緊螺栓來調(diào)整內(nèi)密封墊片，排除泄漏。其缺點是結(jié)構(gòu)復雜，機加工件多，各部件間配合精度要求高，給制造和裝配帶來很大不便。6.加氫主要設備設計－高壓換熱器99目前,在加氫裝置中采用著單殼程和雙殼程兩種結(jié)構(gòu)型式。雙殼程與單殼程的區(qū)別就是它有一個縱向隔板以及隔兩側(cè)的密封結(jié)構(gòu)。

加氫裝置屬深度換熱，特別是加氫裂化裝置。加熱爐溫升較小，反應熱較大，冷熱流每側(cè)的溫差很大。雙殼程換熱器與單殼程換熱器相比有著較大的優(yōu)越性。在同樣情況下，雙殼程的換熱面積可比單殼程大約節(jié)省20%以上。6.加氫主要設備設計－高壓換熱器1006.加氫主要設備設計－高壓換熱器101專為大直徑螺紋環(huán)換熱器，研發(fā)了大模數(shù)的螺紋環(huán)。6.加氫主要設備設計－高壓換熱器102隔膜密封加氫高壓換熱器、螺旋折流板、螺旋纏繞管換熱器等高效換熱設備開發(fā)成功并工業(yè)應用，取得很好的效果。扭曲管換熱器開發(fā)成功。水膜蒸發(fā)空冷器開發(fā)成功。6.加氫主要設備設計－高壓換熱器103目前,在加氫裝置中采用絲堵式雙金屬軋制翅片管高壓空冷器在加氫裝置用高壓空冷器的設計中需要特別注意如下方面：根據(jù)操作介質(zhì)選擇適合的鋼材來制作管箱。將翅片管與管板連接設計為強度脹加密封焊形式，這樣可以抵抗因振動而可能產(chǎn)生的疲勞破壞。合理設計矩形管箱四塊板間的焊接坡口形式和尺寸，以保證實現(xiàn)全焊透。在進出口溫差大于110℃時，將進、出口管箱設計成剖分式，使兩管箱間可以相對移動，以避免熱膨脹差應力引起翅片管與管板拉脫。在翅片管與管板連接處增設抗腐蝕性能卓越的襯管，由此避免了該部位由于沖蝕而產(chǎn)生的破壞。對矩形管箱的制造、檢驗提出嚴格的，但切實可行的技術要求。6.加氫主要設備設計－高壓空冷器104雙金屬軋制翅片管高壓空冷器6.加氫主要設備設計－高壓空冷器105加氫裝置的氫壓機一般都是采用往復式和離心式壓縮機，從不采用軸流式或回轉(zhuǎn)式類型的壓縮機。往復式壓縮機適用于吸氣量為450m3/min以下的情況。離心式壓縮機適用于吸氣量為25～30000m3/min的情況。在某些處理量小的加氫裝置中，為了節(jié)省投資也有將補充氫的氣缸和循環(huán)氫的氣缸放在一臺壓縮機機組中共用一臺電機進行操作。5.加氫主要設備設計－壓縮機1066.加氫主要設備設計－壓縮機加氫壓縮機107高壓容器高壓泵自動反沖洗過濾器6.加氫主要設備設計108自動反沖洗過濾器6.加氫主要設備設計109計算流體力學（ComputationalFluidDynamics，簡稱CFD）方法是一種先進的技術手段，是流體力學、計算數(shù)學和數(shù)值傳熱學等多學科的交叉學科，是以電子計算機為工具、應用各種離散化的數(shù)值方法，對流體力學的流動、混合、動量和質(zhì)量傳遞、化學反應過程以及燃燒與傳熱等各類問題進行數(shù)值模擬和分析。6.加氫主要設備設計－－CFD技術110N-S方程湍流模型多相流模型化學反應模型燃燒模型傳熱模型反應器加熱爐分離與混合換熱器攪拌釜CFD模擬…………6.加氫主要設備設計－－CFD技術111研發(fā)新型工藝設備－用CFD方法研究新型工藝設備的流動、反應的特點，得到可行方案；優(yōu)化設計－用CFD方法預測多種設計方案的性能，得到最優(yōu)方案；工程放大－突破逐級放大限制，在試驗裝置上校核仿真系統(tǒng)后，用CFD方法直接預測實際尺寸工業(yè)裝置的性能；6.加氫主要設備設計－－CFD技術112故障分析與工藝、設備改造－用CFD方法獲得單元內(nèi)部完備數(shù)據(jù)后，分析故障原因，提出改進方案，通過單元仿真驗證方案有效性；生產(chǎn)設備/過程在線控制－對核心裝置進行離線或在線仿真，指導生產(chǎn)操作，或與控制系統(tǒng)耦合，形成先進控制系統(tǒng)，提高運行效率，降低運行風險；6.加氫主要設備設計－－CFD技術113CFD方法的優(yōu)點支持設計過程和作出決斷實現(xiàn)過程設計、優(yōu)化與放大以及控制的精細描述；依靠合理的計算，減少實驗和設計工作的盲目性和工作量，降低消耗并增加設計的可靠性；利用CFD工具進行數(shù)值模擬實驗的方法具有耗費少、速度快、結(jié)果信息詳細和安全可靠的優(yōu)點。石油煉制與化工行業(yè)的需要為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低消耗，需不斷對現(xiàn)有工藝及操作控制進行革新和優(yōu)化；提高產(chǎn)品收率和自主知識產(chǎn)權(quán)占有率，并獲取更大的效益；進行工藝改造與開發(fā)的時間往往有限，資金的投入也要盡可能少。

切合行業(yè)需要6.加氫主要設備設計－－CFD技術114催化加氫過程的裝置包括有不同類型的加氫裂化和加氫精制，雖然其過程有繁簡不同，能耗不同，但其用能過程均是不可逆的。過程中的傳熱、傳質(zhì)、流體流動、化學反應的能量利用和變化是用能分析的基礎。影響過程能耗大小的因素很多，是管理、技術和經(jīng)濟諸多因素的綜合體現(xiàn)。6.加氫過程的能耗115加氫裝置是煉油廠中能耗較大的裝置之一。據(jù)對我國煉油廠的幾大主要裝置（常減壓、催化裂化、催化重整、焦化、加氫精制、加氫裂化）的能耗統(tǒng)計，加氫裝置的總能耗約占其中近30%。因為加氫反應過程是在高溫、高壓、臨氫操作，對進料和氫氣有加熱升溫和升壓的要求，消耗大量的燃料和動力，因此決定著它居于用能大戶的地位。為此，必須通過不斷的技術進步，改進加氫過程工藝和提高催化劑的加氫性能，以促使加氫裝置大大降低能耗，滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。

7.加氫過程的能耗116總輸入能多；升壓用電在能耗中比例大；化學氫耗量隨反應苛刻度（或轉(zhuǎn)化率）大小而變化；反應熱隨耗氫量的增加而增加，可回收利用能數(shù)量大；低溫熱多；運轉(zhuǎn)初期和運轉(zhuǎn)末期操作條件不同，用能也有所不同。7.加氫過程的能耗－－能耗特點117不同的催化加氫工藝：優(yōu)選工藝是節(jié)能的前提工藝條件：開發(fā)和采用新型催化劑，充分合理利用反應熱原料及裝置組成：實現(xiàn)熱聯(lián)合，回收低溫熱裝置負荷率：采用高效設備，在最佳效率點操作7.加氫過程的能耗－－影響能耗主要因素118

總的來說，加氫裝置的節(jié)能思路與各種煉油裝置基本是一樣的。改進工藝流程和操作條件，降低工藝總能耗；提高能量回收率，減少排棄能量；如液力透平；提高能量轉(zhuǎn)換效率，減少裝置供入總能；實現(xiàn)裝置的熱聯(lián)合、氫氣和蒸汽網(wǎng)絡的梯級利用；減少能量損失，采用高效設備和控制措施（提高加熱爐效率、降低換熱溫差及壓縮機卸荷等），加強設備和管線保溫，減少熱損失。7.加氫過程的能耗－－降低能耗的措施1198.加氫裂化典型事故（1）常規(guī)事故像停儀表風、停電、停氫氣、停蒸汽