第一章加氫 裂化 裝置生產(chǎn)運(yùn)行影響因素 加氫裂化工藝是石油化工工業(yè)中最重要的催化加工工藝之一 集煉油技術(shù) 高壓技術(shù)和催化技術(shù)為一體 是重質(zhì)餾分油深度加工的主要工藝之一 同時(shí)又是一個(gè)事故多發(fā)的工藝過程 加氫裂化工藝是使石油烴原料在催化劑 壓力 臨氫和一定溫度條件下發(fā)生裂化轉(zhuǎn)化 去除重金屬 硫 氮 氧化合物 生產(chǎn)潔凈石油產(chǎn)品的工藝過程 該工藝過程復(fù)雜 大型轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備多 與其他煉油裝置相比 更其有高溫 高壓 臨氫 物料危險(xiǎn)性高的特殊性 這些因素決定加氫裂化屬于危險(xiǎn)性大 風(fēng)險(xiǎn)高的工藝過程 第一節(jié)工藝因素的影響 一 工藝參數(shù) 一 反應(yīng)壓力1 壓力 氫分壓 對(duì)反應(yīng)過程和裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響重質(zhì)烴 非烴化合物的加氫裂化需要完成加氫脫硫 HDS 加氫脫氮 HDN 芳烴飽和以及裂化形成的輕質(zhì)產(chǎn)物的再加氫 這些都與氫氣的存在及其壓力密切相關(guān) 壓力的變化不僅影響過程的反應(yīng)速率 而且作為具有加氫 脫氫雙重性能的金屬組元 在壓力不夠高時(shí) 往往受到熱力學(xué)平衡的影響 其次是加氫裂化工藝由于所加工的原料性質(zhì) 轉(zhuǎn)化深度及對(duì)產(chǎn)品分布及質(zhì)量的要求有所不同 因此其反應(yīng)壓力范圍變化相當(dāng)大 目前在工業(yè)上使用的裝置 其操作壓力一般在7 0 2 0MPa之間變動(dòng) 以上情況清楚表明 反應(yīng)壓力與加氫裂化工藝過程關(guān)系密切 它是一個(gè)十分關(guān)鍵的操作參數(shù) 也是與其他煉油輕質(zhì)化工藝最大的不同點(diǎn) 1 壓力 氫分壓 對(duì)反應(yīng)過程和裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響催化劑的活性穩(wěn)定性是決定工業(yè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)周期的重要因素 它直接關(guān)系到過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 加氫裂化在較高反應(yīng)溫度的作用下 在完成所希望的裂解和加氫反應(yīng)的同時(shí) 由于原料中含有一定數(shù)量的稠環(huán)芳烴 瀝青質(zhì) 非烴化合物等 要產(chǎn)生一定程度的疊合及縮合反應(yīng) 這些縮合反應(yīng)所生成的高聚物是生成積炭的前驅(qū)物質(zhì) 它將導(dǎo)致催化劑表面的積炭生成 而積炭的生成和增加則將導(dǎo)致催化劑活性中心的損失 使催化劑失活而降低催化劑的壽命 這又與反應(yīng)壓力有關(guān) 當(dāng)提高氫氣壓力時(shí)可以抑制焦炭生成而減緩催化劑失活 從而延長(zhǎng)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期 反應(yīng)氫分壓也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的最重要因素 無論使用哪種工藝過程 重質(zhì)原料在輕質(zhì)化過程中都要進(jìn)行脫硫 脫氮 烯烴和芳烴飽和等加氫反應(yīng) 從而大大改變產(chǎn)品質(zhì)量 1 壓力 氫分壓 對(duì)反應(yīng)過程和裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響氫分壓對(duì)加氫裂化的影響影響加氫裂化反應(yīng)結(jié)果的反應(yīng)物流中的氫分壓 它與物料組成和性質(zhì) 反應(yīng)條件 過程氫耗和總壓以及氫油比等因素有關(guān) 對(duì)于VGO原料而言 在其他反應(yīng)參數(shù)相對(duì)不變的條件下 氫分壓對(duì)轉(zhuǎn)化深度產(chǎn)生正的影響 重質(zhì)餾分油的加氫裂化 當(dāng)轉(zhuǎn)化率相同時(shí) 其產(chǎn)品的分布基本與壓力無關(guān) 反應(yīng)氫分壓是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù) 特別是產(chǎn)品中的芳烴含量與反應(yīng)氫分壓有很大的關(guān)系 反應(yīng)氫分壓對(duì)催化劑失活速度也有很大的影響 過低的壓力將導(dǎo)致催化劑快速失活而不能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn) 2 反應(yīng)壓力對(duì)安全的影響 泄露的危害由于高壓反應(yīng)系統(tǒng)壓力較高 加熱爐出入口 高壓換熱器 反應(yīng)器出入口等部位又是加氫處理過程中氫氣溫度最高的部位 在氫氣中還混有同等溫度的油氣 如果一旦發(fā)生泄漏 高溫 高壓氫氣 油氣混合物會(huì)發(fā)生自燃 或因高速的氣流噴出產(chǎn)生的靜電火花而引燃或爆炸 一旦發(fā)生此類事故 后果是非常嚴(yán)重的 可能造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡 國(guó)內(nèi)外多套裝置都曾發(fā)生過泄漏事故 因此加熱爐出入口 高壓換熱器 反應(yīng)器出入口等部位的法蘭處 高壓臨氫部位均是防止氫氣泄漏的重點(diǎn)部位 高壓竄低壓的危害由于加氫裂化反應(yīng)系統(tǒng)為高壓 壓力最高可達(dá)18 0MPa 而在高壓和低壓相連部位 會(huì)因儀表失靈 操作不當(dāng) 處理其他事故時(shí)發(fā)生高壓竄低壓的事故 此類事故如處理不當(dāng) 可能產(chǎn)生低壓容器爆炸的惡性后果 在加氫裝置中 發(fā)生過低壓分離器因超壓而破裂的事故 低壓分離器一般按2 3MPa設(shè)計(jì) 有些設(shè)計(jì)壓力更低 由于其位于高壓分離器之后 當(dāng)高壓分離器液位控制系統(tǒng)失靈 閥組故障 壓空竄壓 或低壓分離器安全閥失靈 都會(huì)導(dǎo)致低壓分離器超壓破裂 2 反應(yīng)壓力對(duì)安全的影響 2 反應(yīng)壓力對(duì)安全的影響 典型事故我國(guó)某廠25萬t a加氫裂化裝置高壓油泵房蒸汽云爆炸 該裝置運(yùn)行不到一年 由于油泵換泵期間 泵不上量 而泵出口未裝單向閥 造成高壓氫氣倒泄到油泵房 引發(fā)爆炸 45人死亡 58人受傷 廠房及設(shè)備遭到嚴(yán)重毀壞 炸毀廠房4000多m2 損失極其慘重 停工兩個(gè)月后才恢復(fù)生產(chǎn) 廠加氫裂化裝置高壓分離器排放酸性水時(shí) 造成串壓 導(dǎo)致低壓的酸性水罐被炸飛 1987年3月22日7時(shí) 英國(guó)格朗季蒙斯煉油廠加氫裂化裝置低壓分離器因超壓發(fā)生爆炸 并繼而發(fā)生大火 事故造成一人死亡 裝置嚴(yán)重?fù)p壞 經(jīng)濟(jì)損失7850萬美元 二 反應(yīng)溫度1 反應(yīng)溫度的影響和控制 反應(yīng)溫度是影響加氫裂化反應(yīng)的重要因素 反應(yīng)溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響十分靈敏 二者之間具有良好的線性關(guān)系 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品分布產(chǎn)生決定性的影響 加氫裂化反應(yīng)主要由酸性功能催化劑作用下產(chǎn)生的裂化反應(yīng)和加氫活性催化劑作用下產(chǎn)生的加氫反應(yīng)組成 典型的反應(yīng)熱見表1 1 反應(yīng)溫度的影響和控制 加氫精制 加氫裂化反應(yīng)均為強(qiáng)放熱反應(yīng) 提高反應(yīng)溫度可以加快反應(yīng)速度 聯(lián)合油公司認(rèn)為 分子篩型裂化催化劑的床層溫度若超過正常溫度12 13 裂化反應(yīng)速度將增加一倍 催化劑床層溫度若超過正常溫度25 裂化反應(yīng)速度將增加四倍 如前所述 加氫過程為強(qiáng)放熱反應(yīng) 隨著反應(yīng)的深人 釋放出的熱量越來越大 因此在工業(yè)加氫裝置上 沿反應(yīng)器軸向存在催化劑床層溫升 反應(yīng)器各床層的溫度主要是通過調(diào)節(jié)加熱爐出口溫度 在各床層間注入一定量的冷氫來控制 注人冷氫的目的是排除過多的反應(yīng)熱 調(diào)節(jié)催化劑床層溫度 使其分布更為合理 更有效地利用催化劑 實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行 同時(shí)冷氫的設(shè)置也可防止因過度加氫反應(yīng)而導(dǎo)致的床層溫度失控 為裝置的安全提供保障 在一段串聯(lián)加氫裂化工藝中 裂化催化劑床層平均反應(yīng)溫度控制主要依靠調(diào)節(jié)冷氫量實(shí)現(xiàn) 1 反應(yīng)溫度的影響和控制 催化劑床層平均反應(yīng)溫度的調(diào)節(jié)有兩種方式 一種是通過調(diào)節(jié)每個(gè)床層入口冷氮的注入量 使得每個(gè)催化劑床層入口溫度相同 以有利于延長(zhǎng)催化劑的壽命 另一種方式是通過冷氫注入量的調(diào)整 使得每個(gè)床層的出口溫度相同 為了控制整個(gè)反應(yīng)器溫升在比較經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)操作 一般控制加氫裂化催化劑每段床層的溫升不大于10 20 分子篩催化劑取低值 催化劑床層總溫升決定于原料油的性質(zhì) 原料油和循環(huán)氫量 加氫深度等 原料油中含有加氫反應(yīng)放熱量大的組分如硫化物 氮化物和烯烴等越多 反應(yīng)溫升越大 原料油流率增加 總的放熱量增加 催化劑床層總溫升增加 循環(huán)氫量下降 或者氫油比下降 由氣體帶走的熱量減少 催化劑床層總溫升增加 表征加氫深度的脫硫率 脫氮率 芳烴飽和率 加氫裂化轉(zhuǎn)化率等也在一定程度上影響催化劑床層總溫升 由于不同的原料油性質(zhì)和不同的反應(yīng)深度有不同的化學(xué)氫耗量 因此化學(xué)氫耗量與催化劑床層總溫升有較好的相關(guān)性 1 反應(yīng)溫度的影響和控制 催化劑床層內(nèi)除了沿反應(yīng)器軸向存在溫度梯度以外 床層的某一橫截面上不同位置的溫度也有可能不同 將同一截面上最高點(diǎn)溫度與最低點(diǎn)溫度之差稱為催化劑床層徑向溫差 也稱為徑向溫升 2 反應(yīng)溫度對(duì)生產(chǎn)和安全的影響 反應(yīng)溫升的影響當(dāng)反應(yīng)溫升過高而不加以控制時(shí) 可能導(dǎo)致如下后果 隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的推移 催化劑逐漸失活 當(dāng)提高反應(yīng)溫度加以彌補(bǔ)時(shí) 將使得靠近反應(yīng)器下部的一部分高溫區(qū)的催化劑過早地到達(dá)設(shè)計(jì)的最高操作溫度 而被迫停工 而此時(shí)處于反應(yīng)器上部低溫區(qū)的催化劑盡管仍有較高的活性 但卻沒有得到利用 因而劣化裝置經(jīng)濟(jì)效益 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和選擇擇性不利 在加氫處理反應(yīng)中 加氫脫氮和芳烴加氫飽和反應(yīng)受熱力學(xué)平衡制約 當(dāng)反應(yīng)溫度提高到某一數(shù)值后 平衡轉(zhuǎn)化率下降 使脫氮率 芳烴飽和率下降 產(chǎn)品質(zhì)量下降 在加氫裂化反應(yīng)中 高的反應(yīng)溫度會(huì)加速二次裂解反應(yīng) 導(dǎo)致中餾分選擇性下降 氣體產(chǎn)量增加 2 反應(yīng)溫度對(duì)生產(chǎn)和安全的影響反應(yīng)器內(nèi)形成高溫反應(yīng)區(qū) 反應(yīng)物流在高溫區(qū)內(nèi)激烈反應(yīng) 甚至發(fā)生二次 三次裂解反應(yīng) 放出更多的反應(yīng)熱 使反應(yīng)溫度更高 如此惡性循環(huán) 可能導(dǎo)致溫度超過催化劑允許的最高使用溫度 損壞催化劑 甚至可能引起催化劑床層 飛溫 引發(fā)事故 飛溫 威脅裝置安全 正常情況下 加氫裂化反應(yīng)器床層溫度是相對(duì)穩(wěn)定的 如果由于某種原因?qū)е路磻?yīng)物流從催化劑床層攜帶出的熱量少于加氫裂化的反應(yīng)熱時(shí) 平衡就會(huì)被打破 溫度平緩的上升通常稱為溫度 偏移 如果不采取正確的處理措施 反應(yīng)熱不能及時(shí)從反應(yīng)器取走 就會(huì)出現(xiàn)整個(gè)反應(yīng)器溫度升高 急劇放熱 溫度飛升 引起反應(yīng)器床層溫度的驟升 產(chǎn)生稱為 飛溫 的失控局面 由于目前裂化催化劑中分子篩含量上升 其活性高反應(yīng)速度加快 一旦失去有效控制 就會(huì)從溫度 偏移 發(fā)展成 飛溫 飛溫速度相當(dāng)快 在幾分鐘內(nèi) 反應(yīng)器床層溫度可能會(huì)升到800 以上 此外 由于測(cè)量催化劑溫度的位置受限制 有時(shí)現(xiàn)象可能不明顯 如果處理再不正確 及時(shí) 溫度 偏移 最終極易發(fā)展成 飛溫 反應(yīng)器飛溫是加氫裂化裝置易發(fā)生 擴(kuò)大快 后果嚴(yán)重 影響因素多的事故 也是加氫裂化裝置重點(diǎn)防范的事故之一 國(guó)內(nèi)外多套裝置已因飛溫發(fā)生多起事故 造成嚴(yán)重?fù)p失 飛溫的后果使催化劑活性受到損壞 壽命縮短 損壞反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)件 對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備造成危害 導(dǎo)致高壓法蘭泄漏等 重則導(dǎo)致反應(yīng)器器壁損壞 甚至有破裂爆炸的危險(xiǎn) 如 加拿大石油煉制公司的反應(yīng)器 飛溫 造成反應(yīng)器大面積堆焊層剝離和347SS堆焊層熔敷金屬裂紋和破壞現(xiàn)象 國(guó)內(nèi)加氫裂化裝置基本上都遇到過 飛溫 一般在500 600 被控制 也有超溫到800 以上的情況 如前所述 一旦溫度達(dá)到860 由于催化劑金屬組分晶格會(huì)發(fā)生不可逆的轉(zhuǎn)變 飛溫 無法控制 必然會(huì)導(dǎo)致催化劑嚴(yán)重?zé)Y(jié) 甚至威脅造價(jià)昂貴的反應(yīng)器 2 反應(yīng)溫度對(duì)生產(chǎn)和安全的影響 2 反應(yīng)溫度對(duì)生產(chǎn)和安全的影響 徑向溫升的影響在催化劑床層入口分配器設(shè)計(jì)不好 催化劑部分床層塌陷 床層支撐結(jié)構(gòu)損壞等情況下 將直接引發(fā)催化劑床層徑向溫差 反應(yīng)器入口分配盤上不均勻積垢 床層頂部 結(jié)蓋 催化劑經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn) 裝置緊急停工后重新投運(yùn) 有大的工藝條件變動(dòng) 如進(jìn)油量 循環(huán)氣量大幅度變化 等情況下 催化劑床層也可能出現(xiàn)徑向溫差 徑向溫差的大小反映了反應(yīng)物流在催化劑床層里分布均勻性的好壞 一旦催化劑床層出現(xiàn)較大的徑向溫差 其對(duì)催化劑的影響幾乎與軸向溫升相同 而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量 選擇性方面所造成的影響則遠(yuǎn)大于軸向溫升 可接受的催化劑床層徑向溫差取決于反應(yīng)器直徑的大小和反應(yīng)類型 反應(yīng)器直徑越大 容許的徑向溫差也越大 加氫裂化工藝容許的徑向溫差比加氫處理工藝的小 通常在加氫裂化工藝中 當(dāng)催化劑床層徑向溫差超過11 時(shí)已經(jīng)認(rèn)為物流分配不好了 當(dāng)超過17 時(shí)就應(yīng)該考慮停工處理 加氫裂化反應(yīng)器的床層壓力降 不僅是重要的設(shè)計(jì)參數(shù) 而且有時(shí)會(huì)成為裝置長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)的制約因素 如加氫裂化裝置有時(shí)不是因?yàn)榇呋瘎┑氖Щ?而是反應(yīng)器壓力降超過設(shè)計(jì)允許值而被迫停工 床層壓力降增大不僅造成能耗增加 更主要的是增大了反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的承載負(fù)荷 嚴(yán)重時(shí)造成循環(huán)氫壓縮機(jī)進(jìn) 出口壓差過大而被迫停工 甚至引起破壞性的后果 威脅裝置的安全運(yùn)行 在加氫裂化裝置運(yùn)行過程中 床層壓力降由兩部分組成 一是開工初期的床層壓力降 以下簡(jiǎn)稱床層壓力降 二是隨運(yùn)轉(zhuǎn)周期產(chǎn)生的壓力降增量 它表現(xiàn)為時(shí)間的函數(shù) 因此 整個(gè)床層壓力降隨運(yùn)轉(zhuǎn)周期而逐漸增高 三 反應(yīng)器床層壓降 1 床層壓力降的影響因素 滴流床反應(yīng)器的床層壓力降主要由以下幾種作用力的作用引起 床層中流體的加速 減速以及局部區(qū)域的氣液湍動(dòng)引起的慣性力的作用 氣 液 液 固及氣 固界面的流體流動(dòng)的粘滯力的作用 界面力 毛細(xì)管力 的作用 對(duì)發(fā)泡液體尤為顯著 流體受靜壓力的作用 在相互強(qiáng)作用區(qū)內(nèi) 氣 液相的慣性力將起主要作用 在相互弱作用區(qū)內(nèi) 主要是粘滯力及界面力將產(chǎn)生較大的影響 因此 床層壓力降與氣 液相質(zhì)量速度 流體物性 床層空隙率等因素有關(guān) 而床層空隙率直接與催化劑的形狀 大小以及裝填方式有關(guān) 2 床層壓力降增量的影響因素 加氫裂化反應(yīng)器隨運(yùn)轉(zhuǎn)周期的增長(zhǎng) 床層壓力降逐漸增大 特別是精制反應(yīng)器的第一床層更為突出 這種床層壓力降的增大部分 定義為床層壓力降增量 它與進(jìn)反應(yīng)器物流的純凈程度 催化劑的活性及強(qiáng)度 催化劑裝填狀況等有關(guān) 床層壓力降的增大最終表現(xiàn)為運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的函數(shù) 隨著裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增長(zhǎng) 床層壓力降逐漸增大 當(dāng)達(dá)到一定時(shí)間后 它將以指數(shù)方式迅速增大 最終達(dá)到或超過設(shè)計(jì)允許值而被迫降低處理量 甚至停工 因此在加氫裂化包括重油加氫處理過程中 有時(shí)不是催化劑的失活 而是床層壓力降增大過快成為裝置運(yùn)轉(zhuǎn)周期的制約因素 這不僅增加了能耗 限制了處理能力 而且增加了維修費(fèi)用及縮短開工周期 從而制約廠經(jīng)濟(jì)效益 2 床層壓力降增量的影響因素 原料油中攜帶的固體微粒 這類固體微粒主要是機(jī)械雜質(zhì) 油泥 鐵銹等 進(jìn)入反應(yīng)器后 最終累計(jì)在一床催化劑顆粒之間 反應(yīng)生成的焦炭 原料油中的生焦母體 特別是摻煉二次加工油時(shí) 如不飽和烴 稠環(huán)芳烴以及硫 氮 氧等雜原子化合物在反應(yīng)器上部 在未接觸催化劑前 在高溫或在硫化鐵的促進(jìn)下迅速發(fā)生以自山基 非自由基或金屬催化下的聚合反應(yīng) 形成有機(jī)微粒沉積在床層中 催化劑強(qiáng)度及裝填的影響 當(dāng)催化劑強(qiáng)度較差 運(yùn)轉(zhuǎn)過程中遇水破碎而堵塞床層 因此對(duì)催化劑強(qiáng)度應(yīng)有嚴(yán)格控制 床層下沉也會(huì)造成壓力降增大 這與裝填催化劑的方式緊密相關(guān) 反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件 特別是液體分配盤設(shè)計(jì)或安裝不當(dāng)會(huì)造成流體分布不均勻 甚至溝流等 使原料在死角處積聚生焦 堵塞床層 原料油中油溶性金屬的沉積 原料油中的鐵含量是造成床層堵塞 壓力降增大的主要原因 壓力降隨運(yùn)轉(zhuǎn)周期增大的原因是反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)入了各類污染物并發(fā)生一些有害反應(yīng)的結(jié)果 致使床層空隙堵塞 影響流體的流動(dòng)通道 造成上部床層堵塞 3 緊急泄壓時(shí)壓降的上升 加氫裂化裝置設(shè)置有慢速泄壓和快速泄壓兩個(gè)系統(tǒng) 慢速泄壓系統(tǒng) 限制在泄壓的第1分鐘泄壓約0 7MPa 快速泄壓系統(tǒng) 限制在泄壓的第1分鐘泄壓約2 1MPa 高壓反應(yīng)系統(tǒng)緊急泄壓時(shí) 泄壓部位在循環(huán)氫壓縮機(jī)入口 此時(shí)此處壓力下降速度較快 而由于反應(yīng)系統(tǒng)容量大 緩沖時(shí)間較長(zhǎng) 反應(yīng)系統(tǒng)前部壓力下降緩慢 因此導(dǎo)致反應(yīng)器 高壓換熱器 循環(huán)氫脫硫塔等部位壓力降上升 而設(shè)計(jì)反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件 高壓換熱器 循環(huán)氫脫硫塔內(nèi)件時(shí) 雖然考慮了快速緊急泄壓時(shí)的差壓 但其能承受的差壓仍有一定的限制 因此 一般限制在快速泄壓的第一分鐘泄壓約2 1MPa 第一分鐘泄壓速度不能大于2 1MPa 泄壓速度過快 可能導(dǎo)致反應(yīng)器壓降過大導(dǎo)致床層內(nèi)構(gòu)件等內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞 四 流量 1 反應(yīng)高壓進(jìn)料量高壓進(jìn)料泵出口有兩路流量控制 一路為加氫裂化進(jìn)料流量 它隨下藝操作要求變化 另一路為高壓進(jìn)料泵的最小流量控制 為了保護(hù)泵不受損壞 設(shè)有一個(gè)固有的最低流量 當(dāng)加氫裂化低負(fù)荷操作時(shí)即低進(jìn)料流量 有一部分泵出口流體返回緩沖罐 使高壓進(jìn)料泵入口流量流量大于泵的最低流量高壓泵出口返回原料緩沖罐的最小流量線調(diào)節(jié)閥差壓很大 15 17MPa 因此多選用多級(jí)壓降的角閥 底進(jìn)側(cè)出 高壓泵出口去反應(yīng)進(jìn)料流量設(shè)有低流量報(bào)警以及低低流量安全聯(lián)鎖 當(dāng)達(dá)到低低流量時(shí) 高壓進(jìn)料切斷 高壓進(jìn)料量的大幅波動(dòng)或突然中斷 都會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)加熱爐 高壓換熱器 反應(yīng)器入口等部位溫度劇烈波動(dòng) 嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致以上部位法蘭與金屬軟鋼密封環(huán)墊圈因膨脹系數(shù)不同而發(fā)生泄漏 高溫 高壓氫氣 油氣混合物泄漏后會(huì)發(fā)生燃燒 爆炸 最終可能導(dǎo)致極其嚴(yán)重的后果 在正常操作中 要保證反應(yīng)高壓進(jìn)料量的穩(wěn)定 避免大幅波動(dòng) 循環(huán)氫具有以下四主要作用 在反應(yīng)器內(nèi)維持高的氫分壓 由于大部分的補(bǔ)充氫消耗于加氫反應(yīng) 溶解和漏損 因此 如果沒有循環(huán)氣 則會(huì)因耗氫導(dǎo)致維持不住氫分壓 帶走反應(yīng)過程所釋放的大量反應(yīng)熱 由于加氫脫硫 脫氮 芳烴飽和及加氫裂化反應(yīng)都是放熱反應(yīng) 因此必須用急冷氫來帶走反應(yīng)過程中產(chǎn)生的大量熱量 將反應(yīng)物流分布于催化劑上 在反應(yīng)器 氫氣和原料油的兩相反應(yīng)混合物通過催化劑時(shí)是不易分布均勻的 但高的循環(huán)氣流率和維持高的壓力降則有助于均勻分布的流動(dòng) 以避免低的流率或流通不暢帶不走熱量而在催化劑內(nèi)產(chǎn)生熱點(diǎn) 當(dāng)然過大循環(huán)氣流量對(duì)反應(yīng)無幫助 只能增加能耗 在反應(yīng)產(chǎn)物未再次裂解之前把產(chǎn)品氣化帶走 以盡可能減少產(chǎn)品再裂解變?yōu)榈椭诞a(chǎn)品 2 循環(huán)氫流量加氫精制及加氫裂化反應(yīng)是在高氫分壓 高溫條件下進(jìn)行的催化反應(yīng) 為了使反應(yīng)順利進(jìn)行 進(jìn)人反應(yīng)器的氫氣量遠(yuǎn)大于催化加氫反應(yīng)所需的氫氣量 通常采用大量的氫氣循環(huán) 氫氣循環(huán)量的大小采用氫油體積比表示 增加氫油比可以少量地增加脫硫率 降低催化劑床層溫升 較高的氫油比還有助于減緩催化劑表面的結(jié)焦速率 延長(zhǎng)催化劑的使用周期 但是 氫油比過大 原料與催化劑的接觸時(shí)間縮短 反過來又不利于加氫反應(yīng) 加氫深度下降 系統(tǒng)壓降也增加 這對(duì)于生產(chǎn)過程是不利的 因此加氫過程的氫油比選擇 操作要適當(dāng) 對(duì)于重油加氫裂化 為了保證有足夠的氫分壓和維持一定的加氫反應(yīng)速度 并能維持催化劑必要的使用壽命 一般采用較大的氫油比 通常體積在1000 1500之間 在正常生產(chǎn)中 隨著進(jìn)料量的調(diào)整要調(diào)節(jié)循環(huán)氣量 保證氫油比在設(shè)計(jì)條件下 循環(huán)氣的中斷通常是由循環(huán)氫壓縮機(jī)故障停機(jī)引起的 這是非常嚴(yán)重的緊急事故 由于大部分反應(yīng)熱是由循環(huán)氣和急冷氫帶出的 沒有循環(huán)氣和急冷氫控制反應(yīng)速率 假如不采取適當(dāng)?shù)拇胧?將出現(xiàn)全面的溫度失控 為了防止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行導(dǎo)致飛溫 即使在積極恢復(fù)循環(huán)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下 也必須使反應(yīng)器盡快的冷卻和降壓 五 高分壓力 液 界 位 熱高壓分離器 簡(jiǎn)稱熱高分 冷高壓分離器 簡(jiǎn)稱冷高分 在加氫裂化裝置中有著特殊的重要地位 高壓分離器的安全運(yùn)行是加氫裂化裝置安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一 尤其冷高分 既承擔(dān)著反應(yīng)流出物氣液分離的任務(wù) 又是液相物流高 低壓轉(zhuǎn)換的界面 更重要的在于冷高分的壓力是加氫反應(yīng)系統(tǒng)的壓力基準(zhǔn)點(diǎn) 即是反應(yīng)系統(tǒng)壓力控制的基準(zhǔn)點(diǎn) 同時(shí)當(dāng)裝置出現(xiàn)異常時(shí) 系統(tǒng)的緊急泄壓操作又源于此 因此 冷高分的控制方案是否合理 操作是否得當(dāng) 現(xiàn)場(chǎng)儀表及控制系統(tǒng)可靠性的高低 控制品質(zhì)的好壞 響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短等對(duì)加氫反應(yīng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行和安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用 1 高分壓力 高分的壓力是重要的 因?yàn)樽鳛楦邏夯芈返陌踩y是設(shè)置在高分上的 高分在設(shè)計(jì)的操作指標(biāo)范圍內(nèi) 應(yīng)操作在盡可能高的壓力下 以便使在反應(yīng)器中的氫分壓達(dá)到最大值 但是 高分決不應(yīng)在安全閥設(shè)定點(diǎn)的93 以上的壓力操作 因?yàn)榘踩y的安全余量允許安全閥彈簧常數(shù)的某些偏差 也允許當(dāng)壓力開始建立的時(shí)候給操作員一個(gè)反應(yīng)的時(shí)間 一旦安全閥起跳而又不能徹底復(fù)位 將導(dǎo)致對(duì)火炬系統(tǒng)的極大的負(fù)荷 加氫裂化裝置設(shè)計(jì)了較復(fù)雜的壓力控制手段 它能自動(dòng)地避免超出高分壓力限制 一般設(shè)計(jì)有兩套壓力控制器 一套設(shè)在循環(huán)機(jī)入口 另一套設(shè)在新氫機(jī)入口 兩個(gè)控制器的信號(hào)送至一個(gè)高選擇器開關(guān)來控制新氫機(jī)出口的三返一閥來控制反應(yīng)系統(tǒng)壓力 正常生產(chǎn)時(shí)在該壓控系統(tǒng)的作用下 補(bǔ)充新氫被送至高壓反應(yīng)系統(tǒng) 高選擇器選擇的是保護(hù)新氫機(jī)入口壓力 來達(dá)到控制反應(yīng)系統(tǒng)不超壓的目的 2 高分液 界 位 在絕大多數(shù)加氫裝置中 熱高壓分離器 冷高壓分離器都是高低壓的重要分界線 熱高壓分離器 冷高壓分離器液位控制一旦失靈 可能造成高壓氣體竄至低壓系統(tǒng) 導(dǎo)致事故發(fā)生 高壓竄低壓事故造成的危害如前所述 因此 從工程設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)來講 不論是液位控制回路還是界位控制回路的調(diào)節(jié)閥都是雙重配置 從而大大提高正常生產(chǎn)控制的靈活性和可靠性 對(duì)工藝裝置長(zhǎng)周期 安全運(yùn)行非常有利 從實(shí)際的操作要求可以看出 雖然液位和界位控制回路 包括調(diào)節(jié)閥 均為雙重配置 但卻并非為備用關(guān)系或熱備用關(guān)系 而是一種主輔關(guān)系 正常情況下由主控制回路進(jìn)行控制 只有當(dāng)主控制回路 包括調(diào)節(jié)閥 出現(xiàn)故障需要維修時(shí) 才由人工切換到輔助控制回路 一旦主控制回路恢復(fù)正常 則又重新由主控制回路行使控制權(quán) 這種由人工執(zhí)行的切換操作要求操作員的素質(zhì)比較高 另外 當(dāng)調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行流路 主 輔閥 切換時(shí) 不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大 上下游共5個(gè)工藝切斷閥 而且還存在一定程度的危險(xiǎn)性 2 高分液 界 位 液位調(diào)節(jié)閥用來控制冷高分液位和界位 保證正常生產(chǎn)操作的平穩(wěn) 而有的加氫裂化裝置還設(shè)計(jì)有兩位式氣動(dòng)緊急切斷閥 常開 按故障安全型設(shè)計(jì) 用來保障安全 自動(dòng)完成液 界 位低低聯(lián)鎖切斷保護(hù)動(dòng)作 防止冷高分向冷低壓分離器或含硫污水罐竄壓 這種設(shè)計(jì)方案在給生產(chǎn)操作帶來更大安全性的同時(shí) 也失去了部分正常生產(chǎn)操作的靈活性和可操作性 但權(quán)衡利弊這種付出還是值得的 因?yàn)閷?duì)于易燃易爆的石化裝置來說 安全總是高于一切的 針對(duì)液位失靈時(shí)如何避免發(fā)生高壓竄低壓 各加氫裂化裝置應(yīng)該根據(jù)各自裝置的實(shí)際流程特點(diǎn) 制定詳盡的處理預(yù)案 并要求操作員熟練掌握 二 工藝流程 目前在工業(yè)上大量應(yīng)用的加氫裂化工藝主要有 單段工藝 一段串聯(lián)工藝 兩段工藝等三種類型 這些工藝類型可采用不同的工藝流程 例如 原料油經(jīng)單程裂化 所得未轉(zhuǎn)不進(jìn)行循環(huán)裂化的稱為一次通過流程 部分未轉(zhuǎn)化油進(jìn)行循環(huán)裂化的稱為部分循環(huán)流程 未轉(zhuǎn)化油全部循環(huán)裂化 轉(zhuǎn)化率為100 的稱為全循環(huán)流程 工藝類型和流程的選擇與 對(duì)產(chǎn)品的要求 所用的催化劑等因素有關(guān) 由于工藝流程的多樣性 也導(dǎo)致了不同工藝流程在安全 長(zhǎng)周期運(yùn)行方面各有特點(diǎn) 一 單段加氫裂化工藝 單段工藝最初用于制取石腦油 但后來的發(fā)展表明 該工藝最適合于最大量生產(chǎn)中間餾分油 與單段工藝相匹配的催化劑為無定形硅鋁催化劑 它具有加氫性能較強(qiáng) 裂化性能較弱 特別是二次裂解性能 等特點(diǎn) 該類催化劑既有相當(dāng)高的中油選擇性 以及較高的耐氮及氨的能力 因而不需要設(shè)置預(yù)精制段 單段工藝過程的一個(gè)主要特征是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)裝填單個(gè)或組合加氫裂化催化劑進(jìn)行操作 單段加氫裂化工藝具有如下特點(diǎn) 采用裂化活性相對(duì)較弱的無定形或含少量分子篩的無定形催化劑 其優(yōu)點(diǎn)是 具有較強(qiáng)的抗原料油中有機(jī)硫 氮的能力 催化劑對(duì)溫度的敏感性低 操作中不易發(fā)生飛溫 中餾分選擇性好且產(chǎn)品分布穩(wěn)定 初末期變化小 流程簡(jiǎn)單 投資相對(duì)較少且操作容易 床層反應(yīng)溫度偏高 末期氣體產(chǎn)率較高 原料適應(yīng)性較差 不宜加工干點(diǎn)及氮含量過高的VGQ原料 裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期相對(duì)較短 一 單段加氫裂化工藝 二 一段串聯(lián)加氫裂化工藝 與單段工藝不同的是 一段串聯(lián)工藝一般使用兩種不同性能的主催化劑 從而導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)過程及其控制方法的差別 一段串聯(lián)工藝中至少使用兩臺(tái)反應(yīng)器 第一反應(yīng)器 一反 使用加氫精制催化劑 第二反應(yīng)器 二反 使用裂化催化劑 兩個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度及空速可以不同 因此操作靈活性較單段工藝過程大 VGO原料經(jīng)一反加氫精制催化劑床層脫除大部分的硫 氮雜質(zhì)并飽和烯烴和部分芳烴后 直接進(jìn)人二反裂化催化劑床層轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)產(chǎn)品 而無須分離一反生成物流中的H2S NH3 需要注意的是 在一段串聯(lián)工藝過程中一般應(yīng)控制精制反應(yīng)器出口加氫生成油中的氮含量低于限值 以免引起裂化催化劑中毒 二 一段串聯(lián)加氫裂化工藝 與單段工藝相比 一段串聯(lián)工藝使用了性能更好的精制催化劑和裂化催化劑的組合 因而具有如下優(yōu)點(diǎn) 產(chǎn)品方案靈活 僅需通過改變操作方式和工藝條件或更換不同性能的裂化催化劑 即可實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的目的 原料適應(yīng)性強(qiáng) 可以加工更重的原料 其中包括高干點(diǎn)的重質(zhì)VGO及溶劑脫瀝青油 單段工藝所采用的以無定形載體為主的裂化催化劑在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有較快的生焦傾向 若進(jìn)料過重 催化劑的失活速率將加快 從而縮短裝置操作周期 而分子篩裂化催化劑的生焦傾向相對(duì)較弱 提溫速度也慢 且起始反應(yīng)溫度低 因此在精制段脫氮達(dá)到一定深度后 其裂化段的高活性及良好穩(wěn)定性足以承受更重原料的裂化反應(yīng) 可在相對(duì)較低的溫度下操作 因而熱裂化被有效抑制 可大大降低干氣產(chǎn)率 與兩段工藝相比 一段串聯(lián)工藝不需要在加氫精制及裂化反應(yīng)器之間增加氣提塔 冷換設(shè)備及管線 因而裝置投資和操作費(fèi)用較低 二 一段串聯(lián)加氫裂化工藝 由于一段串聯(lián)工藝裂化段大多采用分子篩型加氫裂化催化劑 其酸性一般較強(qiáng) 裂化活性高 從操作安全性 裝置選材和防止原料油在加熱爐管結(jié)焦等因索考慮 對(duì)一些關(guān)鍵部位的操作溫度有如下的限制 精制反應(yīng)器出口溫度比裂化反應(yīng)器入口溫度不高出22 循環(huán)油溫度比裂化反應(yīng)器入口溫度不高出22 循環(huán)氫加熱溫度比反應(yīng)器入口溫度不超過56 新鮮原料油加熱最高允許溫度為371 循環(huán)油為399 循環(huán)氫則為510 三 兩段工藝 某些加氫裂化催化劑不僅對(duì)含硫 氮有機(jī)物的中毒作用十分敏感 而且也不能耐受H2S NH3的中毒作用 如含貴金屬的分子篩型催化劑就屬于此類 因此 當(dāng)此類催化劑用于裂化段時(shí) 大都使用兩段工藝流程 即設(shè)置一個(gè)精制段脫除有機(jī)硫 氮化物 同時(shí)在精制段與裂化段之間設(shè)置分離系統(tǒng) 使精制段流出物在脫除H2S和NH3后再進(jìn)人裂化段 兩段流程設(shè)置兩個(gè)反應(yīng)器 一反為加氫處理反應(yīng)器 二反為加氫裂化反應(yīng)器 按照此流程 新鮮進(jìn)料及循環(huán)氫氣分別與一反出口的生成油換熱 加熱爐加熱 混合后進(jìn)人一反 在此進(jìn)行加氫處理反應(yīng) 一反出口物料經(jīng)過換熱及冷卻后進(jìn)入分離器 分離器下部的物流與二反流出物分離器的底部物流混合 一起進(jìn)入共用的分餾系統(tǒng) 分別將酸性氣以及液化石油氣 石腦油 噴氣燃料等產(chǎn)品進(jìn)行分離后送出裝置 由分餾塔底導(dǎo)出的尾油再與循環(huán)氫混合加熱后進(jìn)入二反 這時(shí)進(jìn)入二反物流中的H2S NH3均已脫除干凈 硫 氮化合物含量也很低 消除了這些雜質(zhì)對(duì)催化劑裂化活性的抑制作用 因而二反的反應(yīng)溫度可大幅度降低 此外 在兩段工藝流程中 二反的氫氣循環(huán)回路與一反的相互分離 可以保證二反循環(huán)氫中僅含很少量的H2S及NH3 與單段工藝共相比 兩段工藝具有如下優(yōu)點(diǎn) 氣體產(chǎn)率低 干氣少 目的產(chǎn)品收率高液體總收率高 產(chǎn)品質(zhì)量好 特別是產(chǎn)品中芳烴含量非常低 氫耗較低 產(chǎn)品方案靈活性大 原料適應(yīng)性強(qiáng) 可加工更重質(zhì) 更劣質(zhì)原料 三 兩段工藝 反應(yīng)部分是加氫裂化裝置的核心 反應(yīng)部分主要設(shè)備集中了裝置關(guān)鍵的高壓設(shè)備和