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加氢精制设计工艺计算


加氢精制装置工艺计算

2008 年 9 月 20 日

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第一章 加氢精制原料油选择及产品性质…………………1 页 1 .加氢精制原料油的选择…………………………1 页 2 .加氢精制产品性质………………………………1 页 第二章 装置加工能力的确定及物料平衡…

………………1 页 1.加氢精制装置加工能力的确定…………………1 页 2.加氢精制装置相关物料平衡计算………………1 页 3 加氢催化剂的选择………………………………1 页 第三章 装置新氢耗量计算………………………………页 1.氢气来源………………………………………… 2.新氢耗量计算…………………………………… 第四章 装置气体平衡及物料平衡计算………………1 页 1 装置气体平衡计算…………………………… 2 装置物料平衡计算…………………………… 第五章 反应器工艺计算…………………………………… 1.反应器内反应热计算………………………… 2.反应器床层温升的计算……………………… 3.反应器直径的计算…………………………… 第六章 第七章 系统换热方案…………………………………1 页 反应系统压力降计算…………………………1 页

第八章加热炉热负荷计算………………………………1 页
2

第九章 第十章

塔及冷换设备计算………………………………1 页 安全阀计算………………………………………1 页

第十一章 泵及压缩机核算…………………………………1 页 第十二章 加氢园筒炉工艺计算……………………………1 页

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第一章

原料油选择要求及生成油、产品性质

加氢精制装置主要选择二次加工装置的中间馏分油为原料, 这部分 含硫、氮、氧、烯烃的馏分油稳定性较差,不能作为产品直接进入市场, 需经过加氢精制装置处理,饱和烯烃、脱去硫、氮、氧非烃化合物及重 金属。如焦化装置的汽油、柴油及催化裂化装置的柴油,这些馏分油含 有大量硫、氮、氧化合物及烯烃,稳定性较差,必须进入加氢精制装置 进行加氢处理后方可车用。 1.加氢精制装置对原料油选择要求: ①为防止原料油中灰分及固体颗粒被吸附在催化剂表面使催化剂中毒, 或 堵塞催化剂间的空隙引起床层压降增大,要求原料油中灰分及固体含量 不大于 0.005%. ②原料油含水, 会造成催化剂粉碎及裂解活性物质流失, 要求原料油含水 量控制不大于 0.5%。 ③装置加工两种以上原料油时,由于原料组分不同、比重不同、反应热也 不同, 会影响催化剂反应及反应器床层温度的稳定。 原料进装置前必须混 合均匀。 ④原料油含硫量一般控制范围为 0.3~2%。较低的含硫量,会影响催化剂 的正常运行,需补硫维持催化剂硫化态运行。较高的含硫量,会造成循环 氢中硫化氢含量超标,产生硫化氢腐蚀,需采取循环氢脱硫措施。 ⑤原料油中胶质、沥青质对加氢催化剂运行不利,胶质、沥青质不能进行 反应转换为烃类, 只能缩合形成焦碳吸附或覆盖在催化剂表面, 使催化剂
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失活,导至加氢装置不能正常运行。 目前 加氢精制原料一般选择焦化汽油、焦化柴油、催化柴油为原料。 也有的参炼其它二次油来补充加氢装置原料。 原料油性质 焦化汽油
混合比例% 密度 d 204
馏程℃

焦化柴油
43% 0.8569 202 226.5 236 246 256 265 274.5 284.5 298.5 337 351 48 13205 3273 53 46

催化柴油
45% 0.9120 200 221 230 240 245 254 265 270 300 320 343 35 7000 1000 48 46

混合油
100% 0.8663 185 208.9 217.8 227.7 235.5 244.5 254.8 262.6 283.4 317.4 330 47 10415 1886 46

12% 0.7290 68 101 107.5 116.5 126.5 136 146.5 156.5 167 179.5 202.5 87.7 13230 240

HK 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% KK 凝点℃ 溴价 胶质 硫 PPm 氮 PPm 碱性氮 PPm 苯胺点 十六烷值 辛烷值 族组成%
正构烷烃 异构烷烃 单烯烃 双烯烃 环烷烃 单环芳烃 多环芳烃

65

5

2 加氢精制生成油、产品性质 原料油经加氢精制, 发生了性质变化, 非烃化合物转化为烃类和硫化 氢、氨盐及水。不稳定的烯烃转化为烷烃。加氢反应过程体积减小,液体 收率增加。 加氢精制过程, 汽油辛烷值降低, 柴油十六烷提高, 密度降低。 加氢精制过程也进行加氢裂解反应,伴有裂解气体产生。 加氢生成油、产品性质 生成油
收率% 密度 d 204
馏程℃

石脑油
15% 0.7188 48 78 106 122 138 166 188

柴 油
82% 0.8429 180 214 242 271 301 340 360 55 60 500 500

气体+损失
3%

100% 0.8206 156 189.5 217.5 244 271.5 308.5 329

HK 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% KK 凝点℃ 闪点 溴价 胶质 mg/100ml 硫 mg/g 氮 mg/g 碱性氮 PPm
氧化安定性

200

十六烷值 辛烷值 族组成%
直链烷烃 侧链烷烃 环烷烃 单烯烃

2.0 — 65

45

6

双烯烃 芳烃 (单环) (双环)

第二章

装置加工能力的确定及物料平衡计算

㈠ 加氢精制装置处理量、循环氢量的计算
处理量:40 万吨/年;年开工小时:8000h 原料油密度:0.8663 1 装置小时进料量计算: ①质量进料量(G) =400000.000Kg/8000h =50000Kg/h ②体积进料量(V)=50000Kg/h ÷ 0.8663 =58m3/h 2. 装置各种氢气量的计算:ρ ①新氢量的计算: 设计耗氢:1.26%(w) 新氢量 = 50000Kg/h ×1.26% ÷ 2 × 22.4 ÷ 95% = 7427NM3/h ②循环氢量的计算: 设计氢油比为 550:1;氢纯度:95%;新氢补入量:7500Nm3/h 循环氢量 = 550/0.95 × 58 = 33579Nm3/h ③循环氢机排量的计算: 循环氢机排量=33579Nm3/h - 7500Nm3/h =26078 Nm3/h
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装置几种氢气组成及有关计算

1 .工业氢组成及流量、平均分子量及气体重度计算
组 成
H2 CH4 CO + CO2 合计

体积(V)%
99.9 0.1 <20PPm 100 ×

NM3/h
7492.5 7.5 7500 22.4

Kg/h
668.9 0.67 669.64

M 平 = 669.64 ÷ 7500 = 2 ρ = 669.64 ÷ 7500 = 0.089

2. 高压分离器分离氢组成、流量、平均分子量及气体重度计算 组成
3
循环氢量 NM3/h

H2S
1.3 339 51.45

H2
93.5 24383 3701 ×

CH4

C2H6

C3H8 C4H10 H2O
0.2 52.2 7.92 0.1 26.08 3.96 0.1 26.08 3.96


100 26078 3958

NM /h 26078 Kg/h 3958 M平 ρ

4.4 0.4 1147.4 104.3 174.1 15.83 22.4

= 3958 ÷ 26078 = 3.4 = 3958 ÷ 26078 = 0.15

3. 混氢组成、流量、平均分子量及气体重度计算
组成
循环氢

NM3/h

H2S
339 51.45 —

H2

CH4

C2H6 C3H8 C4H10 H2O
104.3 15.83 — 104.3 0.31 15.83 0.34 52.2 7.92 — 52.2 0.15 7.92 0.17 26.08 3.96 — 26.08 0.077 3.96 0.086 26.08 3.96 — 26.08 0.077 3.96 0.086


26078 3958 7500 33578 100 4627.9 100

24383 1147.4 3701 174.1 7492.5 7.5 668.9 0.67 339 31875.5 1154.9 组成% 1.0 94.9 3.4 合计 51.45 4370 174.77 Kg/h 组成% 1.11 94.4 3.78 M 平 = 4627.9 ÷ 33578 × 22.4 = 3.09 ρ = 4627.9 ÷ 33578 = 0.14

Nm3/h Kg/h 新氢 Nm3/h Kg/h 合计 Nm3/h

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4. 反应器床层急冷氢量的计算 ①急冷氢量计算:(由表量计算) Q 急 = 新氢量 + 循氢机排量- 混氢量 新氢量 流量 NM3/h 7500 循氢机排量 26078 混氢量 31578 急冷氢量 2000

②急冷氢量计算:(由油气热焓值计算)

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第三章
一 氢气来源:

加氢精制装置新氢耗量计算

①加氢精制装置氢气可来源于重整装置,但是重整氢纯度较低,一般在 85%,影响加氢氢纯度。 ②加氢精制装置氢气主要来源于制氢装置, 而制氢装置工艺大部分采用水 蒸汽—轻烃转化法制氢。一般制氢原料为焦化干气、催化干气、天然气。 ③另外加氢精制装置氢气也可来源于水煤气制氢、甲醇制氢。 二. 加氢精制装置新氢耗量计算: 加氢精制装置总耗氢: 包括化学耗氢、溶解损失、设备泄漏和放空损失。 化学反应耗氢是指原料油烯烃饱和需耗氢,硫、氮、氧非烃化合物脱出 硫、氮氧需耗氢。 溶解损失耗氢是指溶解在高压分离器中油中的氢气随高分油带入低压系 统释放进入瓦斯系统造成一部分氢气损失。 设备泄漏损失耗氢是指氢气由临氢系统设备泄漏至空间造成的外漏损 失。 放空损失耗氢是指为保持循环氢纯度,降低硫化氢含量而进行的定期排 放废氢所造成的氢气损失。

㈠ 估算法计算耗氢:
⑴计算基础数据 ①化学耗氢:
10

a 饱和单烯烃耗氢: 每降低一个单位溴价需要氢气, 原料比重 0.7~1.0, 氢气耗量为 0.89nm3/h~1.36nm3/h。双烯烃耗氢为单烯烃的 2 倍。 100%不饱和原料油的耗氢量 原料组分
焦化汽油 焦化汽油 裂化原料油 焦化原料油 焦化原料油 催化原料油 催化原料油 催化原料油

比重
0.7587 0.7769 0.8017 0.8251 0.8498 0.8762 0.9042 0.9340

平均耗氢量 Nm3/m3 原料油

平均耗氢量 Nm3/t 原料油

159 140 124 109 97 82 70 57

210 179 155 132 114 94 78 61

b 脱硫、氮、氧耗氢:还原 1%的硫、氮、氧为 H2S、NH3 和水,并饱和除 去硫、氮、氧的化合物需氢量 名 称 耗 氢 量

含硫化合物(硫醇、硫醚) 12.5Nm3/m3 原料油 含氮化合物(吡啶、吡咯) 53.7Nm3/m3 原料油 含氧化合物(环烷酸) ②溶解损失耗氢: 名 汽 馏 称 油 分 油 油 中 溶 解 氢 量
6.4~10.0(平均 8.2)Nm3/m3 原料油 4.1~7.70(平均 5.9)Nm3/m3 原料油 3.4~6.80(平均 5.1)Nm3/m3 原料油

44.6Nm3/m3 原料油

减压瓦斯油 ③放空损失耗氢:

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5~10 Nm3/m3 原料油。 ⑵耗氢计算公式 ①转换公式: VH2 = (1000×22.4)÷ M 平 VH2— 重量耗氢量 ②化学耗氢量计算公式: VH2 = 式中 VH2 — 化学耗氢,nm3/t S — N O 加氢脱除的硫含量,重%
(12.5S + 20.9N + 12.1O)+2.82(141.5/d - 131.5)(CnH2n +2CnH2n-2)

M 平 — 平均分子量

— 加氢脱除的氮含量,重% — 加氢脱除的氧含量,重% 原料油比重
— 加氢脱除的单烯烃含量,%

d—
CnH2n

CnH2n-2 — 加氢脱除的双烯烃含量,%

③ 硫、氮、氧及单烯烃脱除量计算公式: S = SF - YSP
CnH2n = (CnH2n)F - Y(CnH2n)P

式中 SF , (CnH2n)F SP, (CnH2n)P

— —

原料油硫和单烯烃含量,% 生成油硫和单烯烃含量,%

Y — 生成油收率。

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⑶ 估算法计算耗氢量

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常用的计算方法

1 计算基础数据 ①化学耗氢和硫化氢、氨、甲烷、乙烷等生成气体的物料平衡。 ②新氢组成。 ③气体的溶解系数(Nm3/t .气压)即 H2、CH4、CO、CO2、H2S、NH3 等气体 溶解在生成油的数量。 ④氢分压、循环氢纯度。 ⑤设备泄漏损失气量

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反 应 器 低 分 高 分

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