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)XXXXX)摘要：簡(jiǎn)要介紹了鎮(zhèn)海煉化乙烯工程中70X104t/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(guò)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100X104t/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)C6C8加氫汽油，為芳燒抽提裝置提供原料，處理能力為70X10

2、4t/a。利商有很多家，但是工藝流程大同小異，分為全儲(chǔ)分加氫和中心儲(chǔ)分加氫兩種工藝。本裝置按中心館分加氫設(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(guò)兩段加氫后得到加氫汽油（C6C8中心儲(chǔ)分）作下游乙烯芳燃抽提裝置原料，副產(chǎn)品C5不加氫直接出裝置，C9可經(jīng)過(guò)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100X104t/a乙烯的原料方案，共有三種，分另IJ為CASE1、CASE1A、CASE2。ABBLmmus公司模擬的裂解組成中，粗裂解汽油的組成分布見(jiàn)表lo表1粗裂解汽油組成%組成CaselCaselACa

3、se2c4-0.3420.3420.342C5飽和燒0.9710.7340.947c不飽和危21.20121.21621.716苯30.11930.20329.092C6飽和燃0.930.9321.046C6不飽和燃4.7674.7875.204甲苯16.23616.24416.07C7飽和燃0.2340.2380.306C7不飽和燃1.3981.4441.616苯乙烯4.7154.7234.436乙苯1.3521.491.421二甲苯6.7866.6526.7C8飽和燃0.1160.1180.132C8不飽和燃0.6940.7060.632苗類(lèi)1.6731.6791.706C9+8.4428

4、.4728.613曝吩0.0220.0220.02總計(jì)100.00100.00100.00流里/10ta59.055257.295269.0256一般而言，在C5微分中雙烯燒（雙環(huán)戊二烯、異戊二烯、間戊二烯）約占63.5%,在C8微分中苯乙烯占33.2%,在C9+儲(chǔ)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(lái)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，中心儲(chǔ)分（C6C8）進(jìn)入一、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

5、九副產(chǎn)品，見(jiàn)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，含有大量雙烯脛（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(lái)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(shè)計(jì)難度主要在塔盤(pán)的設(shè)計(jì)和選型上。塔盤(pán)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(lái)淺析設(shè)計(jì)難點(diǎn)。在國(guó)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(gè)工段，乙烯裝置和裂解汽油加氫裝置都是引進(jìn)的。引進(jìn)的脫C5塔和脫C9塔一般都是浮閥塔。浮閥種類(lèi)略有

6、不同，有V-1型（國(guó)內(nèi)稱(chēng)F1型）和T型（國(guó)內(nèi)稱(chēng)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(lái)改造原有的浮閥板。改造初期，確實(shí)達(dá)到了擴(kuò)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(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(wú)法生產(chǎn)，被迫停車(chē)，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

7、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(kāi)孔，開(kāi)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(kāi)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(guò)一年操作后，塔板上無(wú)自聚物堆積，當(dāng)連續(xù)操作三年，塔釜的泵入口過(guò)濾器進(jìn)行多次清理，但塔的操作仍如開(kāi)車(chē)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(shuō)和燕山石

8、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C5塔的設(shè)計(jì)壓力為0.3MPa,塔釜溫度為140150C,經(jīng)擴(kuò)能改造后，操作壓力為0.1MPa，塔釜溫度為130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微分在0.3MPa和釜溫140150C的條件下，該塔操作的最長(zhǎng)時(shí)間不超過(guò)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(wú)法繼續(xù)生產(chǎn)。在這種情況下，把原來(lái)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)

9、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4cm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(wèn)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(lái)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(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(kāi)車(chē)。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

10、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(wú)需更換填料，這將會(huì)為裂解汽油加氫裝置開(kāi)出一片新的天地。上述現(xiàn)象使人們對(duì)問(wèn)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，這說(shuō)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(mǎn)足塔頂儲(chǔ)出C6C8、塔底儲(chǔ)出C9+儲(chǔ)分（設(shè)計(jì)工況），又能夠滿(mǎn)足塔頂儲(chǔ)出C6C7、塔底儲(chǔ)出C8C9+儲(chǔ)分（能夠操作）的要求。2.2 二段進(jìn)

11、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(kāi)，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)

12、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2000t）；占地面積少。但設(shè)備投資較高，造價(jià)大概1360萬(wàn)元（比多臺(tái)串聯(lián)型式多出約800萬(wàn)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(wàn)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(wàn)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

13、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850萬(wàn)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(méi)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

14、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(lái)的含C10以上重組分的C9+微分，組分更為復(fù)雜，給工程設(shè)計(jì)帶來(lái)更大的挑戰(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(chēng)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(chēng)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