催化重整装置原料优化分析-

1、催化重整装置原料优化分析徐庆辉,汤帅,刘艳伟,李俊飞(中国石化洛阳分公司,河南洛阳471012摘要:催化重整装置的主要目的是通过脱氢芳构化或异构化等反应,将低辛烷值的组分转化成高辛烷值的组分,并副产氢气除了选择合理的反应条件和高效的催化剂之外,对原料组成的合理控制和优化,也是重整装置提高目标产品收率的有效手段针对中石化洛阳分公司0.7Mt/a连续重整装置的运行状况,利用KBC公司Petro-SIM 流程模拟软件对装置进行模拟测算,并结合装置生产实际,从原料性质方面提出优化措施,以提高装置芳烃产率纯氢产率等技术指标及经济效益关键词:催化重整;流程模拟;原料优化;芳烃产率;纯氢产率;经济效益中图分

2、类号:TQ032.4文献标识码:B文章编号:1003-3467(201604-0050-05中国石化洛阳分公司0.7Mt/a连续重整装置主要包括原料预处理部分重整反应部分和催化剂连续再生部分,采用了国产连续重整成套技术,是典型的芳烃型生产装置,为芳烃联合装置提供原料,副产氢气,对全厂氢气平衡起着重要的作用目前,洛阳分公司石脑油加工仅有连续重整一套装置,由于连续重整装置原设计0.7Mt/a,与原5Mt/a炼油配套随着近几年的扩能改造,分公司原油加工能力已达到将近8Mt/a,重整装置设计负荷偏低随着重整反应进料量的不断提高,出现了原料预处理单元超负荷严重,重整装置芳烃产率纯氢产率低的问题,制约了重

3、整装置运行效益的提高本文从原料性质方面对该装置运行状况进行分析,并提出优化运行措施1原料优化分析与效益提升对策1.1重整进料初馏点的优化本次测算过程中,以重整进料初馏点70为基了检修操作空间,使得分离器内配件的吊装维修设备巡检等项工作更加便利5经济分析改造前,由于分离效果较差,转子的使用寿命仅为3年,而氧化氮压缩机转子的设计使用寿命为10年,更换一套氧化氮压缩机转子的费用为200万元左右,照此计算,改造后10年期间将有效节约检修(含备件费用400万元左右生产运行效益显著提高分离器改造后可避免酸液对氧化氮压缩机叶轮的冲刷腐蚀,防止叶轮在高速旋转的情况出现开裂,造成重大设备安全事故,装置的安全性得

4、到进一步提高6结论采用高效三级除雾配置方式替代传统的叶片和丝网结构,对10万t/a硝酸装置氧化氮分离器进行技术改造,将工艺气中的硝酸液滴水和铵盐结晶体进行分离去除,提高了除雾除铵盐效率,减少了氧化氮分离器维修和转子更换的频次,节省了昂贵的维修费用,对公司的节能降耗清洁生产和硝酸装置的长周期安全稳定运行发挥了重要的作用准方案,分别测算初馏点提高到788082时,重整装置技术指标产品分布的变化以及对效益的影响不同方案下重整反应条件以及技术指标如表1所示表1不同方案下重整反应条件以及技术指标对比项目初馏点70初馏点78初馏点80初馏点82空速/h-1 1.42 1.42 1.42 1.42氢油物质的

5、量比 2.2 2.2 2.2 2.2纯氢产率/% 3.29 3.34 3.39 3.41待生催化剂碳含量/% 3.80 3.62 3.51 3.46由表1可知,在重整反应条件一定的情况下,提高重整进料初馏点,液体收率芳烃产率纯氢产率增加,催化剂积碳速率下降随着重整进料初馏点的提高,重整进料拔头油性质也将发生显著变化,并对重整效益产生影响现对各方案下重整进料以及拔头油组成分析对比,对比结果分别如表2表3所示表2不同方案下重整进料性质对比%项目初馏点70初馏点78初馏点80初馏点82表3不同方案下拔头油性质对比%项目初馏点70初馏点78初馏点80初馏点由表3可知,提高重整进料初馏点时,由于部分C6

6、环烷烃及苯被作为轻石脑油组分拔出,将导致反应产物中芳烃产品产量减少由于重整经济效益跟当前重整各产品价格有关,现对不同方案下重整产品分布变化以及对效益的影响进行测算比较,结果如表4所示从测算结果可以看出,在2015年1月的价格体系下,重整进料初馏点控制在80左右比较合适,降低或提高重整进料初馏点都将导致重整效益减少表4不同方案下重整产品分布变化以及对效益的影响项目单价元/t不同初馏点下增量/th-170788082石脑油36620000重整生成油384500.40-0.18-0.73氢气114000-0.01-0.03-0.05液化气34960-0.42-0.75-0.97化工轻油366200.

7、55 1.88 2.62干气18290-0.07-0.13-0.16效益增量(万元/月0117179140注:效益以2015年1月不含税价格为准计算从模型测算结果来看,重整精制油初馏点控制在80左右时,对重整效益最有利但就本装置目前实际工况而言,精制油初馏点难以控制在80左右实际生产条件限制因素分析:预处理单元负荷受限主要表现为:预分馏塔C101负荷过大,塔板间压降较大,塔底重沸炉负荷不够,塔底温度难以提升;预分馏塔C101顶冷却负荷偏小,无法进一步提高直供石脑油温度,再加上塔底换热器换热效果差,使得C101进料温度偏低,造成C101底重沸炉负荷升高;预处理原料泵P101流量管线直径系统压降等

8、因素限制了石脑油供应量目前石脑油组分较轻,造成预处理单元相同处理量下,适合重整进料的组分相对较少,在维持重整大负荷运行的情况下,无法保证重整精制油初馏点预处理汽提塔C102塔顶虽可以少量抽出拔头油,但由于汽提塔塔底重沸炉H103负荷受限以及空气预热器内漏造成的H103供风不足等原因使得C102操作相对困难C101分离效果较差由于原料油杂质较多腐蚀严重等原因,再加上预分馏塔C101负荷过大,造成塔盘效率大幅下降,分离精度降低,拔头油中仍有部分适合重整进料组分,造成部分经济效益损失优化建议措施:从操作上来说,可以进行预处理双塔优化,提高预分馏塔回流比,并根据汽提塔C102系统负荷情况,塔顶适量外甩

9、拔头油从设备上来说,对预分馏塔C101进料系统以及原料泵重新进行核算,择机进行整改,并更换高效塔盘,以提高其分离精度从工艺上来说,可以对石脑油加工流程进行改造,减小预处理单元操作负荷具体而言,石脑油加工流程改造后流程示意图如图1所示 图1石脑油加工流程由图1可知,常压石脑油及直柴石脑油经T3302进行稳定后,拔出石脑油中液化气组分,液化气组分直接去脱硫,稳定后石脑油可作为热供料进入现在预分馏塔C101,塔C101作为脱戊烷塔从塔顶将C5组分拔出后进入C202,实施正异分离,异戊烷进催化吸收稳定调和汽油C101底部C6以上组分经预加氢精制后做重整原料若通过实施石脑油流程调整后,重整预分馏塔C10

10、1负荷将大幅降低,塔底再沸炉及预加氢进料炉负荷也将得到缓解,基本能够解决目前生产瓶颈问题可以保证重整精制油初馏点在80左右,石脑油组分的利用将更加充分合理,经济效益将进一步提升1.2掺炼加氢石脑油重整装置主要原料是直馏石脑油2012年底起,随着重整加工负荷的提高,开始掺炼加氢后焦化汽油,掺炼量约16.2t/h,占装置总进料的12.9%由于其环烷烃含量低芳烃潜含量低等缺点,不是理想的重整原料重整原料性质对比如表5所示表5直馏石脑油和加氢后焦化汽油的性质对比利用Petro-SIM流程模拟软件进行测算,按13.6%比例掺炼加氢后焦化汽油时,重整进料性质如表6所示相同反应条件下,重整技术指标如表7所示

11、表6重整进料性质对比注:除表4外,表17数据均取自2014年3月表7不同方案下重整反应条件以及技术指标对比项目直馏石脑油掺炼加氢后焦化汽油空速/h-1 1.41 1.41氢油物质的量比 2.2 2.2纯氢产率/% 3.33 3.29待生催化剂碳含量/% 3.54 3.62由表5表6可知,虽然加氢后焦化汽油芳烃潜含量较直馏石脑油低8.8%,但由于掺炼比例相对较小,重整进料芳烃潜含量低1.08%由表7可知,在反应条件相同的情况下,掺炼加氢后焦化汽油后,芳烃产率下降0.5个百分点,纯氢产率下降了0.04个百分点,催化剂积碳速率加快由于重整经济效益跟当前重整各产品价格有关,现对不同方案下重整产品分布变

12、化以及对效益的影响进行测算比较,以全直馏石脑油作为原料时为基准方案,结果如表8所示表8不同重整原料对重整经济效益的影响项目单价元/t直馏石脑油掺炼加氢后焦化汽油燃料气消耗1829 5.51 5.50氢气11400 3.17 3.08效益增量/万元月-10.00-44.00注:效益以2015年1月不含税价格为准计算在直馏石脑油量相对不足的情况下,为了保证重整装置大处理量运行,为芳烃提供更多原料,并维持全厂氢气平衡,降低制氢负荷,提高全厂效益,可以选择拓宽原料来源,掺炼加氢后焦化汽油并且考虑到洛阳分公司加氢后焦化汽油若不进重整装置,则只能充当化工轻油出厂,将会导致重整负荷相对偏低,化工轻油量过大若

13、在石脑油加工流程改造后,预处理负荷能够满足重整反应部分更大处理量运行时,可以选择加氢后焦化汽油当重整原料在直馏石脑油能够满足重整大处理量要求时,可以考虑只用直馏石脑油作为重整原料另外,焦化汽油进直柴加氢装置加氢精制,由于目前原油劣质化以及直柴加氢装置工况受限等问题,造成加氢后焦化汽油氮含量较高若充当重整原料,可能会造成重整进料氮含量超标,不利于重整装置的长周期安全平稳运行1.3掺炼外购石脑油目前,重整装置主要原料是自产石脑油2014年底起,随着重整加工负荷的提高,开始掺炼外购石脑油,掺炼量约15t/h,占装置总进料的12.0%由于其环烷烃含量高,是理想的重整原料重整原料性质对比如表9表9自产石

14、脑油和外购石脑油的性质对比项目自产石脑油外购石脑油密度/kgm-3713747.2烯烃含量/%0.10芳烃含量/%12.31 2.73未知组分含量/%00.33利用Petro-SIM流程模拟软件进行测算,按12.0%比例掺炼外购石脑油时,重整进料性质见表10相同反应条件下,重整技术指标见表10表10重整进料性质对比项目自产石脑油掺炼外购石脑油注:除表11外,表912数据均取自2014年12月表11不同方案下重整反应条件以及技术指标对比项目自产石脑油掺炼外购石脑油WAIT/520520WABT/482.7481LHSV/h-1 1.42 1.42氢油物质的量比 2.2 2.2纯氢产率/% 3.2

15、7 3.41待生催化剂碳含量/% 3.6 3.53由于重整经济效益跟当前重整各产品价格有关,现对不同方案下重整产品分布变化以及对效益的影响进行测算比较,以全自产石脑油作为原料时为基准方案,结果如表12所示表12不同重整原料对重整经济效益的影响项目单价元/t自产石脑油掺炼外购石脑油燃料气消耗1829 5.66 5.82氢气11400 3.16 3.33效益增量/万元月-10133注:效益以2015年1月不含税价格为准计算从测算结果来看,在石脑油消耗量相同时,掺炼外购石脑油促使效益增长133万元/月根据催化重整反应原理可知,当原料中环烷烃含量升高后,重整反应加热炉负荷升高,特别是第二反应加热炉负荷

16、最大,由于反应加热炉设计负荷受限,建议按一定比例掺炼外购高环烷烃石脑油,在保证装置安全长周期运行的前提下,提升重整装置运行效益根据测算,建议掺炼比例12%1.4扩充石脑油来源目前,石脑油原料来源主要为初顶油常顶油柴油加氢石脑油航煤加氢石脑油根据目前全厂低负荷运行重整原料不足的情况,可考虑扩充石脑油来源优化建议措施:柴油加氢石脑油实施深拔,提高分馏塔顶温度,石脑油终馏点按175靠上限控制;常压装置提高常压石脑油终馏点,控制范围提高到164175;蜡油加氢投用分馏塔增产石脑油2效果小结石脑油加工流程优化项目实施后,重整预分馏塔C101负荷将大幅降低,重整进料初馏点提高至80左右,芳烃产率提升约1.5%,经济效益也明显提升由于目前石脑油资源短缺,掺炼加氢石脑油后,重整进料量提高10t/h,重整生成油增加8.3t/h,装置运行效益明显比例掺炼外购高环烷烃石脑油后,芳烃产率提升约0.85个百分点,效益显著3结论目前,洛阳分公司连续重整装置设计负荷偏低,为了给芳烃提供更多优质原料,并维持全厂氢气平衡,降低制氢负荷,提高全厂效益,在重整大