1.0 Mt/a汽柴油加氫精制裝置擴能改造設計

艾 明

(安徽華東化工醫(yī)藥工程有限責任公司上海分公司，上海 201315)

我國煉油能力在新中國成立初期只有17萬噸/年，1983年突破1億噸/年[1]。改革開放之后，煉油行業(yè)發(fā)展步伐加快，截至2017年底，煉油能力已經(jīng)達到7.72億噸/年，居世界第二位[2]。2012-2017年，地方煉油企業(yè)產(chǎn)能從1.67億噸/年增至2.6億噸/年，年均增長9%，從占比全國煉油能力的23.2%增至31.7%[3]。目前，中國石化、中國石油等央企仍是我國煉油行業(yè)的主要力量[4]。但近年地方煉廠快速發(fā)展，市場份額明顯提高，實力和影響力正逐漸增強，已是國內(nèi)煉油工業(yè)重要的組成部分，煉油行業(yè)顯現(xiàn)出多元化發(fā)展的趨勢[4]。

地方煉油企業(yè)也存在多而不強、布局分散、單體規(guī)模小、一體化程度低、產(chǎn)業(yè)鏈短、產(chǎn)品雷同等問題[3]，清潔柴油燃料升級步伐加快，企業(yè)面臨的市場競爭日益激烈[5]，地方煉油企業(yè)生存壓力相對較大；裝置怎樣在已有的加工規(guī)模下，以最小的代價，挖掘其加工潛能，是很多民營煉油廠都在思考的問題。本文分析總結(jié)了1.0 Mt/a汽柴油加氫精制裝置擴能改造的基本情況，對原裝置工藝參數(shù)及主要設備進行詳細分析總結(jié)，供擁有類似裝置的煉油廠參考借鑒，以提高其市場競爭力。

文中出現(xiàn)的SOR表示裝置運行初期數(shù)據(jù)，EOR表示裝置運行末期數(shù)據(jù)。

裝置工藝原則流程示意圖，詳見圖1。

1 擴能改造設計的基礎情況

1.1 裝置工藝流程

圖1 汽柴油加氫精制裝置工藝流程示意圖Fig.1 Process flow diagram of gasoline and diesel hydrofining unit

1.2 改造設計前后原料油情況

裝置的加工原料油分別為焦化汽油、焦化柴油、催化柴油和常壓柴油組成，改造前后均為這四種油品，詳細性質(zhì)見表1，僅加工處理總量和加工比例發(fā)生變化，改造前后四種原料油的加工比例見表2。

表1 原料油性質(zhì)Table 1 Feed properties

表2 進料比例Table 2 Feed ratio

從表2中可以看出，改造后的焦化石腦油加工比例減小，三種柴油加工總比例增加，其中催化柴油比例降低；原料油的總加工量增加20萬噸/年。

1.3 改造設計前后的產(chǎn)品質(zhì)量標準

在滿足設計操作條件下生產(chǎn)時，所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量滿足：加氫后石腦油硫含量小于5 mg/kg；加氫精制柴油符合硫含量小于10 mg/kg，其中加氫精制柴油主要的S、十六烷值、多環(huán)芳烴指標滿足GB-19147-2016，車用柴油(V)中的要求[6]，改造設計前后的產(chǎn)品質(zhì)量指標無明顯變化。

2 擴能改造設計工藝核算數(shù)據(jù)

2.1 改造設計前后主要工藝參數(shù)

表3 主要工藝參數(shù)Table 3 Main process parameters

2.2 工藝模擬核算物料平衡及熱量平衡結(jié)果

采用PRO/Ⅱ流程模擬軟件，對裝置的全流程進行模擬，核算物料平衡和熱量平衡；改造前后的物料平衡數(shù)據(jù)見表4，熱量平衡數(shù)據(jù)見表5、表6。

表4 物料平衡數(shù)據(jù)Table 4 Material balance date

表5 加熱爐工藝參數(shù)Table 5 Process parameters of furnace

續(xù)表5

注：反應進料加熱爐的熱負荷受加氫反應器出口與入口的溫差影響很大，根據(jù)表3中的工藝數(shù)據(jù)，改造前，SOR工況下加氫反應器出口與入口的溫差為：370-310=60 ℃，EOR工況下加氫反應器出口與入口的溫差為：390-340=50 ℃；改造后，SOR工況下加氫反應器出口與入口的溫差為：377-294=83 ℃，EOR工況下加氫反應器出口與入口的溫差為：404-357=47 ℃；通過熱量平衡核算，反應加熱爐在改造后初期，出口與入口的溫差為：293-285=9 ℃，熱負荷僅為172 kW。

表6 主要空冷器負荷數(shù)據(jù)Table 6 Load data of main air cooler

注：根據(jù)表4中石腦油的流量指標，擴能改造后石腦油流量減小，故分餾塔頂空冷器熱負荷減小，其余熱負荷數(shù)據(jù)基本按擴能比例增加。

3 擴能改造的具體分析及改造措施

3.1 主要設備核算分析

加氫進料泵：根據(jù)表3中的工藝參數(shù)，加氫進料泵流量在改造后由151.3 m3/h提高到181.1 m3/h，經(jīng)核實原加氫進料泵采用的是嘉利特荏原泵業(yè)有限公司的TDF200-125×10型號的機泵，該泵的額定流量為181.6 m3/h，滿足擴能改造后的工藝要求。

加氫反應器：原裝置設置1臺加氫反應器，依據(jù)加氫催化劑專利商提供的催化劑數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，加氫反應器催化劑裝填量在改造后由96.3 m3提高到101.22 m3，主催化劑增加了101.22-96.3=4.92 m3；因加氫反應器的制造周期長，且主加氫催化劑增量不大，經(jīng)與催化劑專利商、業(yè)主單位共同協(xié)商，將原加氫反應器底部封頭部分瓷球減少，以滿足主催化劑的裝填空間，故加氫反應無需改造。

壓縮機：循環(huán)氣壓縮機采用的是沈陽鼓風機集團有限公司制造的離心式壓縮機，型號為BCL409/A，額定流量為80000 Nm3/h，滿足擴能改造設計要求；

新氫壓縮機采用的是無錫壓縮機股份有限公司的往復式兩級壓縮機機，機型為DW-15.65/23-97-X，額定流量為19400 Nm3/h，不能滿足改造后21516 Nm3/h的要求，需要改造。

加熱爐：根據(jù)表5中的工藝核算數(shù)據(jù)，兩臺加熱爐滿足擴能改造設計要求；

空冷器：根據(jù)表6中的工藝核算數(shù)據(jù)，經(jīng)HTRI軟件模擬計算得出，反應流出物空冷器、汽提塔頂空冷器、精制柴油空冷器冷卻面積不夠，均不能滿足擴能改造工藝要求；

產(chǎn)品柴油泵：根據(jù)表3中的工藝核算數(shù)據(jù)，產(chǎn)品柴油泵體積流量由184.2 m3/h增加至218.1 m3/h，不能滿足擴能改造設計要求。

3.2 設備的改造措施

壓縮機：新氫壓縮機擴能改造后，氫氣量增加：21516-19400=2116 Nm3/h，在原額定量的基礎上增加了10.91%，通過與壓縮機專利商協(xié)商，將新氫機一級入口壓力從2.3 MPa(G)提高至2.48 MPa(G)，且需要將一級與二級之間的水冷器換熱面積相應增加可以滿足擴能改造后工藝要求。

空冷器：反應流出物空冷器原冷后設計操作溫度為45 ℃，擴能后如不增加空冷冷卻面積，則空冷冷后溫度為58 ℃；改造措施是在其后增一臺BEU1000-8.6/1.0-353-6/19-2I水冷器，可滿足設計要求；

汽提塔頂空冷器原設備規(guī)格為4片GP9×3-4-128-1.6S-23.4/DR-II的管束，改造措施是將4片管束更換為GP9×3-6-193-1.6S-23.4/DR-II，增加管排數(shù)提高空冷器面積，可滿足設計要求；

產(chǎn)品柴油空冷器原冷后設計操作溫度為45 ℃，擴能后如不增加空冷冷卻面積，則空冷冷后溫度為55 ℃；改造措施是在其后增一臺BEU800-2.5/2.5-260-6/19-2I水冷器，可滿足設計要求；

產(chǎn)品柴油泵：更換泵的葉輪及配套電機，可滿足設計要求；

4 擴能改造設計的延伸探索

將1.0 Mt/a汽柴油加氫精制裝置擴能改造至1.5 Mt/a作了探索核算，得出初步改造思路：

(1)加氫進料泵增加1臺，做到2開1備，滿足進料流量；

(2)增加1臺加氫反應器滿足加氫催化劑最大空速要求；

(3)2臺加熱爐可以不作改造滿足擴能要求；

(4)循環(huán)氫壓縮機氣量，采用高效加氫精制催化劑，滿足催化劑的最小氫油比，可以不作改造；新氫壓縮機需要增加1臺小型壓縮機滿足氫耗要求；

圖2 反應系統(tǒng)壓降與加工規(guī)模的曲線圖Fig.2 Curve diagram of pressure drop of reaction system and processing scale

(5)汽提塔、產(chǎn)品分餾塔塔體可以不用更換，塔盤內(nèi)件需要更換，增加塔盤開孔率及降液管面積，以提高塔盤汽液負荷處理能力；

(6)相關(guān)轉(zhuǎn)動設備科考慮更換葉輪及配套電機，部分相關(guān)儀表調(diào)節(jié)閥需要更換；

(7)反應系統(tǒng)壓降探索：在保持加氫反應器入口氫油比不變的前提下，分別核算從0.8 Mt/a、1.0 Mt/a、1.2 Mt/a、1.5 Mt/a三種加工規(guī)模數(shù)據(jù)，并結(jié)合0.8 Mt/a、1.0 Mt/a、1.2 Mt/a規(guī)模的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，得出圖2的趨勢。

從圖2中可知，裝置加工能力從0.8 Mt/a→1.0 Mt/a→1.2 Mt/a→1.5 Mt/a，反應系統(tǒng)壓降增幅在增加，在1.5 Mt/a加工量時，系統(tǒng)壓降為1.75 MPa，比原裝置反應系統(tǒng)設計壓降1.7 MPa略高，可通過降低進入反應器入口混合氫量，氫油比參數(shù)卡邊操作，可滿足設計壓降要求。

根據(jù)(1)～(7)的探索性核算分析，1.0 Mt/a汽柴油加氫精制裝置擴能改造至1.5 Mt/a，需要增加和改造的設備較多，但從工程設計角度上是可行性的。

5 結(jié) 語

1.0 Mt/a汽柴油加氫精制裝置擴能改造至1.2 Mt/a，通過裝置原料性質(zhì)及加工比例分析對比、裝置物料平衡和熱量平衡核算、主要工藝參數(shù)對比和主要設備的核算，得出如下結(jié)論：

(1)增加和改造的設備較少，且產(chǎn)品質(zhì)量可達到GB-19147-2016，車用柴油(V)中的要求[6]；

(2)改造或更換機泵來解決物料平衡問題；

(3)增加換熱器和空冷器解決熱量平衡問題；

(4)探索性分析了裝置擴能改造至1.5 Mt/a在工程設計上是可行的。