乙烯裂解汽油加氫裝置設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上乙烯裂解汽油加氫裝置設計難點淺析 XXXXX） 摘要：簡要介紹了鎮(zhèn)海煉化乙烯工程中70×104 t/a裂解汽油加氫裝置的工藝特點，重點分析了裝置中脫碳五塔、脫碳九塔、二段進料換熱器、塔九加氫反應器的設計難點，通過分析比較，尋找適合鎮(zhèn)海裂解汽油加氫裝置的設計方案。關(guān)鍵詞：裂解汽油加氫  脫碳五塔  脫碳九塔  二段進料換熱器  塔九加氫反應器  設計難點 1  鎮(zhèn)海裂解汽油加氫裝置簡介1.1  概述鎮(zhèn)海煉化裂解汽油加氫裝置是鎮(zhèn)海煉化100×104 t/

2、a乙烯工程中的配套裝置之一。本裝置采用中國石化工程建設公司（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)C6C8加氫汽油，為芳烴抽提裝置提供原料，處理能力為70×104 t/a。在國內(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計，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（C6C8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.

3、2  裂解汽油的主要組成鎮(zhèn)海煉化100×104 t/a乙烯的原料方案，共有三種，分別為CASE1、CASE1A、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   %組成Case1Case1ACase2C4-0.3420.3420.342C5飽和烴0.9710.7340.947C5不飽和烴21.20121.21621.716苯30.11930.20329.092C6飽和烴0.930.9321.046C6不飽和烴4.7674.7875.204甲苯16.23616.24416.07

4、C7飽和烴0.2340.2380.306C7不飽和烴1.3981.4441.616苯乙烯4.7154.7234.436乙苯1.3521.491.421二甲苯6.7866.6526.7C8飽和烴0.1160.1180.132C8不飽和烴0.6940.7060.632茚類1.6731.6791.706C9+8.4428.4728.613噻吩0.0220.0220.02總 計100.00100.00100.00流量/104 t·a-159.055257.295269.0256 一般而言，在C5餾分中雙烯烴（雙環(huán)戊二烯、異戊二烯、間戊二烯）約占63.5，在C8餾分中苯乙烯占33.2

5、，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（C6C8）進入一、二段加氫反應系統(tǒng)進行加氫，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計難點2.1  脫碳五塔和脫碳九塔的設計在裂解汽油組分中，含有大量雙烯烴（雙環(huán)戊二烯、異戊二烯、間戊二烯）、苯

6、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計和實際生產(chǎn)操作帶來很大的挑戰(zhàn)。裂解汽油加氫裝置中的脫C5塔和脫C9塔的設計難度主要在塔盤的設計和選型上。塔盤的好壞直接影響到裝置的運行周期和經(jīng)濟效益，下面根據(jù)國內(nèi)其它裝置生產(chǎn)實際來淺析設計難點。在國內(nèi)的不少乙烯裝置中，裂解汽油加氫是乙烯裝置中的一個工段，乙烯裝置和裂解汽油加氫裝置都是引進的。引進的脫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（國內(nèi)稱F1型）和T型（國內(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，但造價稍貴，只用在

7、負壓操作的脫C9塔中，如燕山石化的裂解汽油加氫裝置。在20世紀90年代初期，隨著乙烯裝置普遍擴能改造，裂解汽油加氫裝置也隨之擴能。在1992年前后，上海石化公司的脫C5塔，為了擴能的需要，曾用規(guī)整填料來改造原有的浮閥板。改造初期，確實達到了擴能的目的，且塔的壓力降減少，塔釜溫度還下降了。但好景不長，僅僅3個月左右的時間整個塔的規(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，恢復成板式塔。此后，國內(nèi)裂解汽油加氫裝置的擴能改造中，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

8、及塔板壓降較F1型閥小，通量大。如齊魯、金山、揚子石化的擴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開發(fā)的，它的特點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，塔板上無自聚物堆積，當連續(xù)操作三年，塔釜的泵入口過濾器進行多次清理，但塔的操作仍如開車時一樣，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C5塔的設計壓力為0.3 MPa，塔釜溫度為1

9、40150 ，經(jīng)擴能改造后，操作壓力為0.1 MPa，塔釜溫度為130 左右。由于既要擴能又要利用原塔，因此壓力不能降低（否則氣相負荷大為增加，原塔能力不夠），未經(jīng)一段加氫的C5餾分在0.3 MPa和釜溫140150 的條件下，該塔操作的最長時間不超過6個月，最短時僅23個月，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)仍可進行。對于脫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

10、的問題，但該塔由于物料沸點較高，在圖1的流程中普遍采用負壓操作，保持塔釜溫度在140 左右。從實際生產(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，塔釜溫度會有所下降。蘭州石化的二座脫C9塔采用規(guī)整填料，在國內(nèi)是一個新的嘗試，若能長周期運轉(zhuǎn)（即連續(xù)生產(chǎn)35年，不被堵塞），無需更換填料，這將會為裂解汽油加氫裝置開出一片新的天地。上述現(xiàn)象使人們對問題的

11、認識更加深刻，對有自聚傾向的物料應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，這說明苯乙烯在這種條件下不會發(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)的設計上，考慮了既能夠滿足塔頂餾出C6C8、塔底餾出C9+餾分（設計工況），又能夠滿足塔頂餾出C6C7、塔底餾出C8C9+餾分（能夠操作）的要求。2.2  二段進料換熱器的設計二段進料換熱器是裂解汽油加氫裝置中的重要設備之一，是二段加氫反應器出料與進料進行換熱為二段加氫反應初期提供熱量。二段進料換熱器的型式和換熱效率

12、直接影響到裝置正常運行時二段進料加熱爐的停開，對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）單臺立式單管程純逆流換熱器；（2）多臺串聯(lián)的常規(guī)管殼式換熱器；（3）多臺臥式串聯(lián)換熱器（單管程浮頭式、純逆流）；（4）單臺立式板殼式換熱器。根據(jù)目前掌握的資料，國內(nèi)的幾套裂解汽油加氫裝置中大部分采用的二段進出料換熱器為第一、第二的型式。以上四種換熱器型式各有優(yōu)缺點，比較如下：（1）單臺立式單管程純逆流換熱器的特點是：換熱效率高；運行穩(wěn)定后可以停用下游的二段進料加熱爐，從而節(jié)省燃料氣（初步測算，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。但設備投資較高，造價大概1 3

13、60萬元（比多臺串聯(lián)型式多出約800萬元）；雖然檢修周期長（數(shù)年檢修一次），但檢修時換熱管束的抽出不方便。（2）多臺串聯(lián)常規(guī)管殼式換熱器的特點是：設備投資少，造價大概500萬元；操作及維修簡便。相對而言，換熱效率比立式的低；不能停用二段進料加熱爐，燃料氣消耗相對較大。（3）多臺臥式串聯(lián)（單管程浮頭式、純逆流）特點：制造成本低、管殼側(cè)均可清洗，造價大概為400萬元；與立式換熱器相比檢修相對容易，換熱效果界于單臺立式單管程純逆流換熱器與多臺串聯(lián)常規(guī)管殼式換熱器之間，運行穩(wěn)定后可以停用下游的二段進料加熱爐，達到節(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，設備阻力降較大

14、。（4）立式板殼式換熱器特點：換熱效果好、占地面積小、阻力降較??；但造價高，大概為850萬元；流通面積小、抗堵性相對較差，在國內(nèi)汽油加氫裝置上還有待實踐的檢驗。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出料換熱器采用第三種型式，即多臺臥式串聯(lián)換熱器（單管程浮頭式）進行工程設計。2.3  碳九加氫反應系統(tǒng)的設計根據(jù)目前碳九加氫反應的發(fā)展情況，尚沒有發(fā)現(xiàn)國外的碳九加氫的工業(yè)化裝置。國內(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

15、九塔釜直接來的含C10以上重組分的C9+餾分，組分更為復雜，給工程設計帶來更大的挑戰(zhàn)。碳九加氫單元有如下的特點：（1）碳九加氫的反應熱較高，初期反應溫升在100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，由于高氫油比、高循環(huán)比、低空速，相對加氫反應器床層壓降比較大，在本裝置工藝設計中，反應器物料的進料方式可分為上進式（即加氫物料從反應器頂部進入）和下進式（即加氫物料從反應器底部進入）。其中上進式進料方式，物料在催化劑床層中氣相為連續(xù)相，稱為滴流床；下進式進料方式，物料在催化劑床層中液相為連續(xù)相，稱為鼓泡床。兩中進料方式比較中，下進式相對床層壓降小（一般比上進式小0.050.1 MPa），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較高，但物料中的水含量對催化劑影響較大。由于脫碳九塔為負壓操作，操作溫度在140 左右，碳九物料中幾乎不含水。綜合下進式的特點，本裝置碳九加氫反應器采用下進式的進料方式，這樣既可降低反應器床層壓降，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