催化汽油加氢脱硫装置设计

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1、催化汽油加氢脱硫装置设计1 工艺流程简述1.1 选择性加氢脱硫部分如图 1 所示,催化汽油经选择性加氢进料泵升压并与新氢按一定比例混合 再经换热后进入选择性加氢反应器。在该反应器中 ,主要进行二烯烃转化为单烯 烃、硫醇转化为重硫化物、烯烃异构化等反应。反应产物经换热后进入分馏塔 , 分憎塔塔顶分出的气体送至燃料气系统，轻汽油（C5C6憎分）从第5层塔板 侧线抽出 ,重汽油（ C6 馏分）自塔底进加氢脱硫部分。1.2 加氢脱硫部分如图 2 所示，来自选择性加氢脱硫部分的重汽油与氢气混合再被加热到一 定温度后进入加氢脱硫反应器。加氢脱硫后的反应产物被反应产物加热炉加热并 为稳定塔重沸器提供热源 ，

2、再经换热后进入反应产物空冷器 ，在进入空冷器之前 注入脱氧水，以溶解掉反应过程中所产生的鞍盐。反应产物经空冷器冷却55 C 后进入加氢脱硫产品分离罐 D -201 ，进行气、油、水三相分离。其中的水相作为 含硫污水送至污水汽提装置;气相作为循环氢进入循环氢脱硫部分;油相一部分经 换热后进入稳定塔 ，另一部分作为急冷油由加氢脱硫反应器急冷泵升压后进入 加氢脱硫反应器。设置稳定塔的目的在于将脱硫重汽油中的轻烃和 H2S 汽提出 去 ，以保证重汽油产品的闪点和铜片腐蚀合格。加jMS反虐器加 “M产勒空冷壽祐坏氢催化重汽油，加 Sstift料/心产输换然短循环氢至JWUt部分重汽油出装丑總定塔项田流聚

3、虑豪惠冷泵0-丄丸軌水S2抑氢脱硫部分工艺淹程简图2 装置主要技术特点(1) 从催化稳定塔底来的稳定汽油无需冷却直接进入本装置 ,防止催化汽油 中不饱和烃类与空气接触被氧化成胶质。(2) 将反应器进料加热炉后置 ,避免了直接用加热炉加热原料易在炉管中结 焦的缺点。(3) 采用预硫化好的催化剂 ,开工过程无需硫化 ,简化了流程 ,缩短了开工 周期。(4) 催化汽油经加氢脱硫处理后可保证铜片腐蚀合格 ,不需另外设脱硫醇装 置。(5) 催化剂加氢脱硫选择性高 ,寿命长 ,产品辛烷值损失小。(6) 分馏塔选择 3. 5MPa 蒸汽做重沸器热源 ,与采用重沸炉方案相比 ,可节 省大量投资。(7) 几乎不

4、发生裂解反应 ,汽油收率接近 100 %。3 操作条件 运行初期反应器主要操作条件如表 1 所示表 1 运行初期反应器主要操作条件项目选择性加氢反应器加氢脱硫反应器设计值实际值设计值实际值入口温度,。C150130.6260257.9出口温度,。C162141.7285271.2温升,C1211.12513.3入口压力,MPa2.302.212.121.79出口压力,MPa2.202.161.971.72压降,MPa0.100.050.150.074 详细设计对工艺包的修改 主要做了如下修改:(1) 工艺包中稳定塔下部直径仅为1400mm，但采用了双溢流塔盘，经核算 认为该塔液相负荷偏大,故将

5、下部直径增大至e 1600 mm。(2) 因工艺设计和设备制造原因 ，部分卧式容器的切线长度增加，见表 2。表 2 部分卧式容器的切线长度变化情况设备名称工艺包值mm细设计值mm原料缓冲罐1100011500分馏塔顶回流罐71008000加氢脱硫产品分离器62006900稳定塔顶回流罐29004000(3)增设一条将催化汽油送至罐区的管线 ，当原料缓冲罐液位高时 .自动关闭进料切断阀 ，同时开启该管线上增设的切断阀。5.问题总结5.1 加氢脱硫反应器操作压力偏低5.1.1 现象：加氢脱硫反应器入口操作压力设计值为 2. 12MPa ，但实际值仅为 1.79 MPa ,造成反应器入口氢分压比设计

6、值低约0. 33 MPa。氢分压降低意味着催 化剂加氢反应活性降低，脱硫效果变差，另外还会增加聚合等副反应 ，影响产品 质量和催化剂寿命。5.1.2 原因分析图3表3分别为循环氢压缩机循环回路工艺流程简图和设备出入口压力及压降设备设计值操作值入口压 出口压 压降 入口压 出口压 压降 力力力力K- 2011.432.261.431.84E- 201壳程2.262.120.141.841.790.05R- 2012.121.970.151.791.720.07F- 2011.971.860.111.721.660.06E- 2021.861.740.121.661.630.03E- 201管程1

7、.741.580.161.631.580.05A - 2011.581.530.051.581.540.04D- 2011.531.530.001.531.530.00C- 2011.531.430.101.531.430.10总压降0.830.415.1.3 解决方案(1) 由于压缩机出口压力取决于背压 ,提高 D- 201 的操作压力即可提高加 氢脱硫反应器入口压力;(2) 增大循环氢流量以提高氢油比 :在其它条件不变的情况下 ,提高氢油比 意味着提高氢分压;(3) 提高反应温度;(4) 加大废氢排放量或使用纯度较高的补充氢(新氢) 。由于循环氢压缩机设 计流量已定 ,故不可能大幅度提高循

8、环氢流量 ;提高反应温度会增加烯烃饱和反 应,引起辛烷值过度损失 ;当采用高纯度的变压吸附氢气并适度加大废氢排放量 时 ,循环氢中氢气体积分数可由设计值 85 %提高到 95 %,R - 201 入口氢分压 相应地由 1.14 MPa 提高到 1.15 MPa , 但该方案的缺点是高纯度新氢来源受限且 氢耗较大。以上措施中 ,方案(1)是最有效的方法 ,该方案只需将 D - 201 的操作 压力适当提高即可。如将D- 201的操作压力由1.53 MPa提高到1.73 MP，则R - 201 入口压力就会达到 1.99 MPa 左右。5.1.4 建 议开工初期 ，往复式循环氢压缩机回路中各设备实

9、际压降往往小于设计值 ，造 成加氢脱硫反应器入口压力及氢分压小于设计值。为解决此类问题 ，建议在以后 同类装置的设计中适当提高回路中各设备设计压力 ，使其在运行初期能以较高 的压力操作。5.2 稳定塔压力大幅度波动5.2.1 现象稳定塔操作压力为 由设在回流罐不0. 8 MPa ，凝气管线上的压力调节阀 PV - 2402 控制。开工初期 ，塔顶压力和回流罐中不凝气流量曾大幅度波动 ，波动状 况如图 4 所示。理，*时间1 为进料漫度；2-拘塔顶妊力；卜为塔顶溫度;4为不疑毛流畳本囲右侧是采取楷施后塔侦压力和不觀气流量越于穂定时的曲践图4开工初期稳定塔顶压力和回流雄排放不凝气波动状况522原因

10、分析现场开启 D - 201 的浮筒液位计 LT1207 和玻璃板液位计 LG1209 下部的 放凝阀 ,发现有大量的水流出 (后经分析 ,这部分水是三相分离的水相由罐的底 部进入液位计) 。由于液位仪表中含水 ,其在控制室、现场显示的液位远远小于 D - 201 的实际液位 ,造成气、液分离空间不够 ,使稳定塔进料流量和组成不稳定 且带气、带水严重 。稳定塔设计进料量为 47 686 kg/ h ,若夹带的气、水量增加 1 %,塔顶不凝气就会增加 477 kg/ h ,而调节阀 PV - 2402中不凝气的正常设计量 仅为442 kg/ h。这些因素是造成稳定塔压力波动的主要原因。5.2.3

11、 采取的措施及效果(1) 降低脱氧水注入量 (工艺包仅要求间歇注入 ,故开工阶段降低注水量不 会影响产品质量) ;(2) 完全排放掉液位仪表中的水 ,使液位仪表准确显示实际液 位。采取上述措施后 ,D - 201 中气、液、水三相得到充分分离 ,稳定塔压力趋于 平稳(见图 4 中曲线右侧部分) 。5.2.4 建 议(1) 当容器进料中含有大量的水时 ,为避免浮筒液位计等液位仪表进水 ,液 位仪表与容器相连的下部管嘴不应开在容器的底部 ,应开在距容器底部至少大 于 100 mm 的地方。必要时 ,在容器的不同部位设两套液位仪表 ,以确保测量的 准确性。(2) 加氢脱硫产品分离罐是该类型装置的重要

12、设备 ,设计时应使其尺寸足够 大 ,以增大各相停留时间 ,确保气、液、水三相充分分离。5.3 稳定塔重沸器旁路阀控制失效5.3.1 现 象稳定塔底重沸器的加热介质为反应进料加热炉出口的加氢脱硫重汽油和循 环氢气相物流。采用图 2 所示的由加热介质主管路上的主调节阀和旁路线上的 压差调节阀共同控制重沸器传热速率的调节方案。当塔釜温度高于设定值时 , 主调节阀开度减小 ,进入重沸器中的加热介质的流量减少 ,重沸器的传热量随之 下降 ,使塔釜温度逐渐下降直至达到设定值。与之同时 ,随着主调节阀开度减小 , 其压差增大 ,当旁路调节阀两侧的测压元件测出压降值大于设定值时 ,旁路调节 阀开度增大 ,使流

13、经旁路的加热介质流量增大。反之 ,当塔釜温度低于设定值时 , 主调节阀开度增大 ,旁路调节阀开度降低。两调节阀相关的设计参数如表 4 所 示。开工初期该控制方案不稳定 ,常出现旁路调节阀开度随主调节阀开度增大而 增大、随流量调节阀开度减小而减小的情况 ,造成稳定塔温度控制失效 ,现场只 能根据DCS控制室显示的釜温变化情况手动调节旁路调节阀的开度。表 4 两调节阀相关的设计参数调节阀设计流量kg/ h设计压差MPa管道公称直径mm主调节阀221920.06350旁路调节阀399760.103005.3.2 原因分析 通过现场观察发现,旁路调节阀两侧的测压元件之间距离长达 90 m 以上、 管路

14、复杂、管件多是造成控制失败的主要原因。如主调节阀开度增大到一定程度 时 ,由于流量的增加 ,使主管路上流体流动产生的压降增加值大于主调节阀本身 压降的减少值 ,旁路调节阀两侧的测压元件之间的压差本应降低但反而增大 ,使 得旁路调节阀本应关小但反而开大 ,造成控制的混乱和不稳定。5.3.3 建 议(1) 配管时一定要注意旁路调节阀两侧的测压元件应准确反应主调节阀压 差变化的情况;(2) 优先选用三通调节阀控制方案。6 结束语4.75 X10 t/ a催化汽油加氢脱硫装置虽然在开工初期出现了加氢脱硫反应 器操作压力偏低、稳定塔塔顶压力和塔顶不凝气流量控制不稳、稳定塔重沸器旁 路阀控制失效等现象 ,但及时采取措施后装置很快运转正常 ,产品质量满足北京 市地方标准DB11/238 - 2007的要求，公用工程消耗和能耗也低于设计值。