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蜡油加氢装置流程设计优化




炼油与化工技术



蜡油加氢装置流程设计优化
杨云平 ,邓茂 广
( 中 科 合 资 广 东 炼 化 一 体 化 项 目 管 理 部 设 计 技 术 部 , 广 东 湛 江 524022)





蜡 油 加 氢 为 加 氢

处 理 工 艺 的 一 类 , 是 指 通 过 加 氢 反 应 , 原 料 油 的 分 子 大 小 不 发 生 变 化 , 或 者 只 有 小 于 10% 的 分 子 变 小 的 那 些 加 氢 工 艺 。 蜡 油 加 氢 装 置 主 要 以 常 减 压 蒸 馏 装 置 的 减 压 蜡 油 ( VGO) 、 焦 化 蜡 油 (CGO) 为 原 料 , 通 过 加 氢 处 理, 脱 除原 料 中的 硫化 物 , 以 及 部 分脱 除 氮化 物、 氧 化物 及 金属 杂质 。 蜡 油 加氢装 置 是加工含硫及高硫原料、 生产清 洁 燃 料 的 重 要 装 置 之 一 , 但 其 典 型 工 艺 流 程 能 耗 较 高 。 优 化 蜡 油 加 氢 分 馏 系 统 流 程 , 蜡 油 加 氢 操 作 能 耗 下 降 5kg 标 油

/t , 产 品 质 量 稳 定 。 在 中 国 石 化 系 统 11 套 蜡 油 加 氢 装 置 中 , 已 经 有 6 套 装 置 对 分 馏 系 统 进 行 了 优 化 , 某 些 装 置 更 是 改
造成 了 蜡油 及柴 油 可以 互相 切换 的原 料流 程 , 半 成 品精 制蜡 油 符 合催化装置低硫原料要求, 加工柴油时产品 质量达 到 国 Ⅳ 标 准 。 以 某 厂 1.8Mt /a 蜡 油 加 氢 装 置 流 程 优 化 为 例 , 停 用 的 较 大 设 备 有 产 品 分 馏 塔 、 柴 油 汽 提 塔 、 分 馏 塔 进 料 加 热 炉 , 共 节 约 设 备 费 用 2090 万 元 , 每 年 节 约 燃 料 费 用 3700 万 元 , 每 年 实 际 创 效 2407.29 万 元 。

关键词

蜡油加氢 催化裂化 分馏系统 低硫柴油

1 概述 蜡 油 加 氢 为 加 氢 处 理 (Hydrotreating) 的 一 类 , 是
指 通 过 加 氢 反 应 , 原料油的分子大小不发生变化 , 或 者 只 有 小 于 10% 的 分 子 变 小 的 那 些 加 氢 工 艺 。 蜡 油加氢装置主要以常减压蒸馏装 置的 减压蜡 油

采用热高分流程。 蜡油加氢精制工艺流程包括三部 分:反应系统,生 成油 换 热、冷 却、分离 系统,循 环氢 系统。 生 成 油 还 包 括 注 水 系 统。 原料蜡油经过 加氢 反 应 后 , 生 成 物 经 过 热(冷)高 压 分 离 器 、 热(冷 )低压 分离器, 将油品送至分馏系统, 首先经过脱硫化氢 汽提塔脱除硫化氢后 , 塔 底 油 送 至 分 馏 塔 。 在 分 馏 塔中, 可以拔出少量轻石脑油和部分柴油, 塔底油 则作为优质催化裂化原料送 至罐区 , 或 直 供 催 化 装 置 生 产 。 蜡油加氢预处 理工艺主要参数如 下 : 反应 压 力 为 8 ~12MPa , 体 积 空 速 为 1.0 ~2.0h -1, 反 应 温 度 为 60 ~ 420 ℃ , 氢 油 体 积 比 为 400 ~ 1000 。

(VGO) 、 焦 化 蜡 油 (CGO) 为 原 料 , 通 过 加 氢 处 理 , 脱 除
原料中的硫化物, 以及部分脱除氮化物、 氧化物及 金属杂质。 同时, 还存在烯烃和芳烃饱和等反应。 通 过加氢处理, 可以达到以下作用: 改善产品性质, 催 化 汽 油 硫 含 量 可 以 降 到 0.015%( 质 量 分 数 ) 以 下 ; 烯 烃 含 量 降 到 35% ( 体 积 分 数 ) 以 下 ; 催 化 柴 油 的 密 度 、 硫 含 量 明 显 降 低 ; 十 六 烷 值 提 高 近 10 个 单 位 ; 满 足 环 保 要 求 , 催 化 裂 化 烟 气 中 SOx 、 NOx 大 幅 降 低 ; 有 利 于 提 高 中 馏 分 油 收 率 , 加 氢 过 程 副 产 约 8%

2.2 蜡 油 加 氢 工 艺 流 程 改 造 设 想 典 型 的蜡油加氢工艺流程设置分馏塔的目的 , 是将蜡油组分中的柴油分离出来 , 柴 油 收 率 占 进 料
蜡 油 的 约 3.0% ~ 9.0% 。 通 常 , 蜡 油 加 氢 装 置 产 出 的 柴 油 中 , 硫 含 量 一 般 在 0.02% ~ 0.045% 之 间 , 如 果 需 要 更 低 的 硫 含 量 , 就必须保持较 高的反应苛刻度 。 但此 种操作不利于催化剂长周期运行 , 且 柴 油 指 数

~ 12% 的 低 硫 柴 油 , 是 优 质 柴 油 调 合 组 分 ; 同 时 , 汽
油 、 液 化 气 的 硫 含 量 分 别 下 降 61.1% 和 64.7% , 提 高 汽 油 、 柴 油 收 率 , 降 低 催 化 干 气 焦 炭 产 率 [1] 。 在油品质量和环保要求愈发严格的今天 , 催 化 裂化原料必须经过加氢处 理 , 否 则 难 以 达 到 质 量 和 环保要 求。 因 此,蜡 油 加 氢 装 置 得 到 了 迅 猛 发 展。

( 十 六 烷 值 ) 只 能 维 持 在 38 ~ 42 之 间 , 不 能 达 到 国 Ⅲ

2 蜡油加氢工艺流程及改造设想 2.1 蜡 油 加 氢 的 典 型 工 艺 流 程 蜡油加氢工艺流程一般为单段单反一次通过,

作 者 简 介 : 杨 云 平 , 工 程 师 , 1990 年 毕 业 于 广 东 工 学 院 化 工 专 业 , 长期从事炼油加工技术管理工作。

E-mail : dengmaoguang.zklh@sinopec.com

中 外 能 源
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SINO-GLOBAL ENERGY

2014 年

第 19 卷

柴 油 标 准 ( 国 Ⅲ 柴 油 标 准 : 体 积 硫 含 量 为 0.035% , 柴 油 十 六 烷 值 不 小 于 49) [2] , 所 以 蜡 油 加 氢 的 柴 油 需 要 进 行二 次 加氢 ,这 就 增 加 了 装 置 操 作 成 本 。 设 想 将 蜡 油 中 的 柴 油 馏 分留 在 精 制 蜡 油 中 ,交 给下游催化装置处理, 经 过 加氢 处理-催 化裂 化组 合工艺后,由于催化裂 化 混 合 原 料 中 的 硫、氮、残炭 等含量的大幅 下降 ,催 化 剂 的 活 性及 选 择 性 得 到 极 大 发挥,目的 产 品收 率 提 高 ,非 目 的 产 品 收 率 下 降 。 有数据表明
[3]

对提高汽柴比有特殊的意义。 常 用 的技 术 改 造 方 案,主 要 是 对 蜡 油 加 氢 装 置 分馏塔 系 统 流 程 进 行 技 术 改 造 ,增加 分馏 塔 和 分馏 炉 系 统 的 旁 路 流 程( 如 图 1 所 示)。 此 方 案 目 前 已 应 用 于 中 国 石 化 系 统 茂名 石化、青 岛 炼 化、天津 石化、 安庆石化等 6 套蜡油加氢装置。 对 蜡 油加 氢 装 置 实 施流 程改造 后,反应 系统保 持不动,停用 分馏炉 1 台,停 用 分 馏 塔 系 统,停用 分 馏塔底泵、塔顶回流泵、柴 油 侧 线 泵 及 塔 顶 空冷 2 台。 原 料 蜡 油 经 过 加 氢 反 应 后,生成 物 经 过 冷 、热高 低压分离器,将油 品送 至 脱硫 化 氢汽提塔,经过 脱 除硫化 氢后,塔 底 油 直 接 作 为 优 质 催 化 裂 化 原 料 送 至罐区,或 直 供 催 化 装 置 生 产。
净化干气

, 其 中 汽 油 收 率 由 42 . 46 % 提 高 到

48.95% , 液 化 气 收 率 由 12.12% 提 高 到 14.89% , 而
干 气 、 油 浆 的 收 率 则 分 别 由 2.923% 、 4.13% 下 降 到

2.484% 、 1.56% 。 经 过 加 氢 处 理 后 的 柴 油 进 入 催 化
裂化装置, 主 要 产 品 分 布在 催 化汽 油 及 液 化 气 上,
贫胺液

10 9
富胺液 事故放空

贫胺液

8
富胺液

11 1 2
原料油 补充氢

5 12 3 4 6
去柴油 加氢

13
去汽油加氢

7
蒸汽 精制蜡油

图 1 蜡油加氢改造工艺流程图 1 — 反 应 加 热 炉 ;2 — 反 应 器 ;3 — 热 高 分 ;4 — 热 低 分 ;5 — 冷 高 分 ;6 — 冷 低 分 ;7 — 脱 硫 化 氢 汽 提 塔 ; 8 — 富 氢 气 脱 硫 塔 ; 9 — 循 环 氢 脱 硫 塔 ; 10 — 循 环 氢 压 缩 机 ; 11 — 热 高 分 气 空 冷 器 ; 12 — 热 低 分 气 空 冷 器 ; 13 — 脱 硫 化 氢 汽 提 塔 顶 回 流 罐

2.3 改 造 后 产 品 质 量 及 操 作 能 耗 对 比 以 某 厂 1.8Mt/a 蜡 油 加 氢 装 置 为 例 , 工 艺 流 程
经 过 优 化 改 造 后 , 蜡 油 产 品 馏 程 中 , 30% 馏 出 点 以 后 变 化 不 大 , 闪 点 在 158 ~ 168 ℃ 之 间 。 需 要 指 出 的 是,蜡油中存有部分柴油,并不影响 催 化 直 供 进 料 及 进 蜡 油 罐 储 要 求 。 蜡 油 产 品 分 析 结 果 见 表 1。 装 置 停 用 1 台 分 馏 炉 , 停用分馏塔系统 (包括 3 台 电 泵 及 2 台 空 冷 器 ) , 节 约 能 耗 5.21kg 标 油 /t , 折 合 燃 料 油 , 每 年 可 减 少 9378t ; 折 合 燃 料 费 用 , 每 年 可 减 少 3700 万 元 。 改 造 后 , 产 品 柴 油 随 产 品 精 制 蜡 油送 至催 化装 置,占用催 化装 置的 处 理能力;改造 后 , 每 年 送 至 催 化 装 置 的 柴 油 量 为 79185.6t , 增 加 催 化 装 置 燃 料 费 用 1292.71 万 元 。 因 此 , 每 年 可 创 效 2407.29 万 元 。 装 置 能 耗 变 化 见 表 2 。

表 1 流程改造前后蜡油产品分析结果
项 目 密 度 /(kg· m -3 ) 初馏点 改造前 改造后

878.7 270 359 382 406 424 450 468 178

868.5 180 343 383 407 430 459 488 162

10% 30%
馏 程 /℃

50% 70% 90% 97%
闪 点 /℃

3 蜡油加氢及柴油加氢流程改造分析 蜡油加氢装置 主要以常减压蒸馏装置减压蜡
油 (VGO) 、 焦 化 蜡 油 (CGO) 为 原 料 , 目 前 各 炼 厂 原 料 性质越来越复杂, 原料硫含量变化 较大, 由于受到 原料储罐的限 制,高 硫 原 料 与 低 硫 原 料 通 常 很 难 做

第 9期

杨 云 平 等. 蜡 油 加 氢 装 置 流 程 设 计 优 化
表 4 分馏部分操作数据
项 目 脱 硫 化 氢 汽 提 进 料 流 量 /(t· h )
-1

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到 混合 掺 炼,在 原料 硫 含 量 较 低 时 ,为 减 少 能 耗 ,部 分企业往往不 开 启 蜡 油 加 氢 装 置,但 此时 柴油 加氢 缺 口较 大。 因此,对 蜡 油 加 氢 装 置 进 行 适 当 改 造,将 原料切换为柴油,既降低 了装 置能 耗,又解决了柴 油的加工瓶颈问题。
表 2 流程改造前后能耗表
项 目 中压蒸汽 燃料油 燃料气 循环水 无盐水 外排低压汽 电 新鲜水 能 耗 改造前标定值

操作条件 蜡油工况 柴油工况

217 229 165 225 41 6.9 0.85

215 222 150 214 37 10 0.73

脱 硫 化 氢 汽 提 进 料 温 度 /℃ 脱 硫 化 氢 汽 提 塔 顶 温 度 /℃ 脱 硫 化 氢 汽 提 塔 底 温 度 /℃ 脱 硫 化 氢 汽 提 回 流 温 度 /℃ 脱 硫 化 氢 汽 提 回 流 量 /(t· h -1 ) 脱 硫 化 氢 汽 提 压 力 /MPa

kg 标 油 /t

改造后标定值

7.68 0.58 4.90 0.28 0.12 -5.97 6.23 0.0002 13.83

7.72 0 2.66 0.36 0 -6.63 4.51 0.00 8.62

表 5 柴油产品质量表
项 目 铜 片 腐 蚀 (50 ℃ , 3h)/a 初 馏 点 温 度 /℃ 数 据

1 173.0 346.0 64.0 0.005 -10.0 59.3

95% 点 馏 出 温 度 / ℃
闪 点 ( 闭 口 )/ ℃ 硫 含 量 , %( 质 量 分 数 ) 凝 固 点/℃ 十六烷指数

3.1 蜡 油 加 氢 装 置 加 工 柴 油 的 流 程 改 造 某 厂 1.8Mt/a 蜡 油 加 氢 装 置 实 施 技 术 改 造 后 ,
又 进 行 了 柴油加工的改造 , 改造主要内容如下 : 对 脱硫 化氢汽提 塔重 新 核算 , 增加脱硫化氢汽提塔 柴 油进 料口, 柴油出装置受到温度限制 , 增 加 精 制柴 油 出 装 置 前 水 冷 器 , 将 柴 油 冷 却 至 60 ℃ 以 下 进 柴 油 罐。 原料柴油经过加氢反应后, 生 成 物 经过冷、 热高 低 压 分 离 器 , 将油品送至脱硫化氢汽提塔柴油 进料 口 (与 蜡 油 进 料 口 位 置 不 同 , 需 要 对 塔 进 行 核 算 ), 经 过脱硫化氢汽提塔 脱除硫 化氢及拔 出少 量石 脑油 后,从 塔 底 直 接 产 出 合 格 的 柴 油 产 品 。

改 造 后 , 1.8Mt/a 蜡 油 加 氢 装 置 改 炼 精 制 柴 油 , 反应系统 仍 采 用 原 蜡 油 加 氢 催 化 剂,反 应系 统 的压 力 减 小 2.0MPa , 电 耗 降 低 , 且 反 应 系 统 循 环 量 及 氢 油 比 降 低 , 节 约 中 压 蒸 汽 。 经 计 算 , 能 耗 低 至 7.5kg 标 油 /t , 产 品 柴 油 硫 含 量 低 至 0.005%( 质 量 分 数 ) , 达 到 国 Ⅳ柴 油 标 准 。 本 次 改 造 中 , 反应系统主催化剂 不 变 , 采 用 石 油 化 工 科 学 研 究 院 开 发 的 RMS-1 脱 硫 剂 与 RN -32V 精 制 催 化 剂 组 合 的 蜡 油 加 氢 催 化 剂 , RN -32V 精 制 催 化 剂 具 有 优 异 的 加 氢 脱 硫 、 脱 氮 反 应 性 能 。 通 过 反 应 工 艺 参 数 优 化 , RMS-1 脱 硫 剂 与 RN -32V 精 制 催 化 剂 组 合 的 蜡 油 加 氢 催 化 剂 可 以 拓 宽 原 料 油 的 适 应 性 [4] , 完 全 满 足 柴 油 加 氢 的 工况要求。 蜡油加氢处理的反应原理与柴油加氢精 制的反应原理相似, 在加氢处理过程 中, 馏 程对 原 料性质影响很大, 一般来说, 原料油馏程越重, 杂质 含量越高, 硫、 氮、 金属成分的含量也较高, 导致加 氢 脱 硫 、 加 氢 脱 氮 和 加 氢 裂 化 反 应 难 度 加 大 [5] 。 该 1.8Mt/a 蜡 油 加 氢 装 置 改 造 后 , 经 过 一 年 多 的 生产 运 行,装 置操 作 平 衡 ,能 耗 大 幅 下 降 , 产 品 质 量 合 格 ,根 据 生 产 需 要 ,已 经 多 次 进 行 加 工 蜡 油 及 柴 油 之 间 的 切 换 , 油 种 之 间 切 换 仅 需 6 ~ 8h 调 整 , 即 可产出合格产 品,同 时 可 以 灵 活 调 整 系 统 压 力 及 反 应 深 度 ,生 产 符 号 国Ⅲ 、国Ⅳ 标 准 要 求 的 柴 油 产 品 , 装置的灵活性得到验证。

3.2 改 造 后 操 作 数 据 分 析 及 产 品 质 量
改 造 后 反 应 器 操 作 参 数 见 表 3, 分 馏 部 分 操 作 数 据 见 表 4,柴 油 产 品 质 量 见 表 5。
表 3 反应器操作数据
项 目 反 应 器 压 力 /MPa 进 料 量 /(t· h )
-1

操作条件 蜡油工况 柴油工况

10.0 214 373 185352 21201 393 803 241

8.0 214 349 87079 ① 19740 362 422 241

反 应 器 入 口 温 度 /℃ 循 环 氢 机 入 口 氢 气 量 ( 标 准 )/(m3· h -1 ) 新 氢 补 充 量 ( 标 准 )/(m3· h -1 ) 反 应 器 平 均 温 度 /℃ 反 应 器 氢 油 比(体 积 比) 热 高 分 温 度 /℃

注 : ① 柴 油 工 况 系 统 压 力 由 10.0MPa 降 至 8.0MPa , 氢 油 比 ( 体 积 比 ) 由 蜡 油 工 况 下 的 800 调 至 柴 油 工 况 下 的 400 , 循 环 氢 机 入口氢气循环量大幅下 降 , 汽消耗及新氢机的电耗 。 以节约循环氢压缩机的中压蒸

中 外 能 源
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2014 年

第 19 卷

4 结论与建议 在 中 国 石 化 系 统 11 套 蜡 油 加 氢 装 置 中 , 已 经
有 6 套 装 置 对 分 馏 系 统 进 行 了 优 化,某 些装 置 更是 改 造成 了 蜡 油 及 柴 油 可 以 互 相 切 换 的 原 料 流 程 ,半 成品精制蜡 油符 合 催 化 装 置 低 硫 原料 要 求,加工柴 油 时 产 品 质 量 达 到 国 Ⅳ 标 准 。 以 某 厂 1.8Mt/a 蜡 油 加氢装置流程 优化 为例 ,停 用 的 较 大 投 资 设 备 有 产 品分馏塔、柴油汽提塔、分 馏 塔 进 料 加 热 炉,共节约 设 备 费 用 20903937.52 元 ( 不 含 设 计 费 及 施 工 费 等 ) 。 蜡油加氢生产技术是生产低硫汽油及改善催 化 裂 化 烟 气 中 SOx、 NOx 含 量 的 重 要 手 段 , 通 过 技 术 改造, 既可降低蜡油加氢装置能耗, 又满足柴油 国

上 述 相 关 流 程 及 设 备 ,节 省投 资。 参考文献:
[1] 于 战 德 . 劣 质 蜡 油 加 氢 处 理 与 催 化 裂 化 联 合 优 化 生 产 [J]. 石
油 炼 制 与 化 工 , 2007 , 38(8) : 32-34.

[2] 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 . 车 用 柴 油 GB 19147 — 2009. 周 应 谦 . 蜡 油 加 氢 和 催 化 裂 化 组 合 工 艺 的 应 用 [J]. 广 州 化 [3]
工 , 2009 , 37(4) : 178-182.

[4] 蒋 东 红 , 龙 湘 云 , 胡 志 海 , 等 . 蜡 油 加 氢 预 处 理 RVHT 技 术 开 发 进 展 及 工 业 应 用 [J]. 石 油 炼 制 与 化 工 , 2012 , 43(3) : 1-5. [5]
李 大 东 . 加 氢 处 理 工 艺 与 工 程 [M]. 北 京 : 中 国 石 化 出 版 社 ,

2004 : 632-633.

Ⅳ标准要 求。 建 议 今 后 新 建 蜡 油 加 氢 装 置 时,取消

(编 辑 常 雪 红)

Optimized Process Design for Wax Oil Hydrogenation Units
Yang Yunping , Deng Maoguang
(Design Department , Management Division of Zhongke Joint Venture Guangdong Refinery Project , Zhanjiang Guangdong 5240022)

[Abstract] Wax oil hydrogenation is one of hydrotreating processes.In this hydrogenation process , the molecular dimensions of feed oil do not change or only less than 10% of the molecules become smaller.A wax oil hy drogenation unit primarily uses VGO or CGO from atmospheric and vacuum distillation units as feedstock and removes all sulfides and part of nitrides , oxides and metallic impurities in the feedstock through hydrotreating. Wax oil hydrogenation units are important equipment used to process sulfur -containing and high -sulfur raw materials and to produce clean fuels.However , the classic process used in such equipment consumers large amounts of energy.Through the optimization of the process of the wax oil hydrogenation fractionating system , the energy use in the wax oil hydrogenation process can drop by up to 5kg of oil equivalent per ton of feedstock processed and the quality of products produced is stable.Of all 11 wax oil hydrogenation units of Sinopec , six have seen optimization of their fractionating systems and some have even been modified to allow feedstock switching over between wax oil and diesel fuel.Semi -finished refined wax oil satisfies catalytic u nits ′ requirements for low-sulfur feedstock and when processing diesel fuel , the units produced products meeting the national IV standard.Take the process optimization for a refinery ′ s 1.8Mt/a wax oil hydrogenation unit for example.Major equipment stopped included a fractionating column , a diesel fuel stripping column and a furnace used to heat the feed for the fractionating column.A total of 20.9 million yuan was saved in equip ment cost.Annual savings of fuel cost reach 37 million yuan and annual economic benefits received from this optimization amount to 24.07 million yuan. [Keywords] wax oil hydrogenation ; catalytic cracking ; fractionating system ; low-sulfur diesel fuel


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