VRDS装置工艺技术规程.doc
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VRDS装置工艺技术规程.doc
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NO:
胜利炼油厂
炼油实业部
齐鲁石化分公司企业标准
QJ/SL.C.12—01—2011—A
150×104吨/年渣油加氢装置
工艺技术规程
2011—5—1发布2011—6—1实施
胜利炼油厂
炼油实业部
编质量管理体系文件审批表
文件编制信息
文件名称
技术文件编号
150万吨/年渣油加氢装置工艺技术规程
QJ/SL.C.12—01—2012
150万吨/年渣油加氢装置含岗位操作法
QJ/SL.C.12—02—2012
56万吨/年加氢裂化装置工艺技术规程
QJ/SL.C.12—03—2012
56万吨/年加氢裂化装置岗位操作法
QJ/SL.C.12—04—2012
第三双塔汽提装置工艺技术规程
QJ/SL.C.12—05—2012
第三双塔汽提装置岗位操作法
QJ/SL.C.12—06—2012
第四气体脱硫装置工艺技术规程
QJ/SL.C.12—07—2012
第四气体脱硫装置岗位操作法
QJ/SL.C.12—08—2012
第二火炬气柜回收装置工艺技术规程
QJ/SL.C.12—09—2012
第二火炬气柜回收装置岗位操作法
QJ/SL.C.12—10—2012
编制单位
重油加氢车间
编制人员
齐立志赵长新李东平谢宏超李国良刘红卫吴相雷
编制日期
2012年5月31日
签
字
栏
生产车间
安全环保部
生产调度部
机械动力部
生产技术部
副总工程师
主管厂领导
目录
1.0范围 7
2.0规范性引用文件 7
3.0装置概况 7
3.1装置简介 7
3.2工艺原理 9
3.2.1工艺过程 9
3.2.2生产原理 10
3.2.3主要影响因素 14
3.3技术特点 17
3.3.1装置特点 17
3.3.2技术改造 18
4.0工艺过程说明及流程图 21
4.1工艺过程说明 21
4.1.1进料系统 21
4.1.2反应器系统 25
4.1.3常压分馏部分 37
4.2工艺原则流程图 39
4.3控制流程图(另印流程图册) 39
5.0主要工艺指标和技术经济指标 40
5.1设计物料平衡 40
5.2主要技术经济指标及装置能耗 40
5.2.1公用工程消耗 40
5.2.2装置能耗 46
5.3工艺指标 47
5.4公用工程指标 49
5.5化验分析一览表 50
6.0主要原料及辅助材料性质 52
6.1主要原料性质 52
6.2主要辅助材料性质 53
6.2.2液体三剂 53
6.2.3固体三剂 55
7.0产品及中间产品性质 57
8.0工艺指标调整 58
8.1工艺调整总体原则 58
8.2工艺调整方案 58
8.2.1反应系统调整 58
8.2.2分馏系统调整 66
9.0主要设备一览表及主要设计参数 68
10.0工艺控制方案及主要仪表性能 69
10.1工艺过程控制方案 69
10.1.1DCS系统 69
10.1.2ESD系统 69
10.1.3装置联锁 70
10.1.4联锁逻辑图 76
10.2主要仪表性能 76
10.3复杂回路的仪表控制方案 89
11.0安全、环保、健康规定 91
11.1安全知识 91
11.1.1安全基本概念 91
11.1.2消防安全知识 92
11.1.3防爆安全知识 97
11.1.4常用防毒面具的使用方法 98
11.1.5应急救护与逃生知识 100
11.2生产过程的危险性 107
11.2.1能够引起装置爆炸或火灾事故的危险品 109
11.2.2高压危险 113
11.2.3装置危化品的危害和管理 113
11.3装置“三废”情况 122
11.3.1正常生产三废情况 122
11.3.2停开工检修期间三废处理措施 123
11.3.3污染治理措施 124
11.4装置开停工设备安全技术规定 125
11.4.1反应器升压 125
11.4.2反应器降压 125
11.4.3反应器升温 126
11.4.4反应器冷却 126
11.4.5反应系统吹扫 126
11.4.6反应器系统允许的压力降 126
11.4.7连多硫酸腐蚀 127
11.5装置检修期间的安全措施 128
11.5.1防火防爆制度 128
11.5.2开停工安全规定 129
11.5.3装置停工检修和开工安全环保注意事项 130
11.5.4火炬系统管理规定 133
12.0附录 135
12.1UFR/VRDS工艺原则流程图 135
12.2公用工程流程示意图 136
12.2.1氢气增压机系统隔离流程 136
12.2.2氢气系统简图 137
12.2.3工业风系统简图 139
12.2.43.5/1.0MPa蒸汽流程简图 139
12.2.50.8MPa氮气系统简图 140
12.2.60.3MPa蒸汽流程简图 141
12.3UFR/VRDS联锁逻辑图 142
12.3.1K1310联锁逻辑图 142
12.3.2K1311联锁逻辑图 143
12.4主要设备一览表及主要设计参数 144
12.4.1反应器一览表 144
12.4.2引(鼓)风机一览表 144
12.4.3塔类一览表 144
12.4.4加热炉一览表 146
12.4.5压缩机一览表 146
12.4.6机泵一览表 146
12.4.7空冷器一览表 147
12.4.8容器一览表 148
12.4.9换热器一览表 150
12.4.10蒸汽发生器一览表 151
12.4.11阻火器、过滤器及混合器一览表 151
12.4.12安全阀一览表 152
前言
本规程结合装置投料试车、生产试运行、标定等实际生产情况,在原雪弗龙(UFR/VRDS)加氢精制工艺手册版基础上按照胜炼发字[2008]114号文件及工艺管理程序(QLSH/CX-01/16-2010)修订。
本规程由生产技术部提出并归口。
本规程起草单位:
重油加氢车间。
本规程起草人:
齐立志、赵长新、李东平、卢华、刘红卫、李国良、吴相雷、谢洪超。
重要提示:
本文件具保密内容,受法律保护不得泄露。
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渣油加氢装置工艺技术规程
1.0范围
本规程对上流式反应器/减压渣油加氢(简称UFR/VRDS)装置概况、工艺过程及主要流程、关键操作指标、原辅材料性质、主要产品、设备参数进行了说明,对相关工艺控制方案、工艺调整原则及安全环保健康要求进行了规定。
本规程适用于齐鲁石化分公司胜利炼油厂UFR/VRDS装置的正常生产运行,主要用于操作人员的培训学习与操作指导。
2.0规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
胜炼发字[2008]114号文件
工艺管理程序(QLSH/CX-01/16-2010)
渣油加氢装置设计文件。
渣油加氢装置设备随机资料。
雪弗龙(UFR/VRDS)加氢精制工艺手册
齐鲁石化公司胜利炼油厂工艺技术管理制度。
3.0装置概况
3.1装置简介
为适应原油逐年重质化、劣质化的趋势,提高轻油收率和减少环境污染,胜利炼油厂于1989年10月份从美国雪弗隆(Chevron)公司引进了设计能力为84×104t/a的固定床减压渣油加氢脱硫装置(简称VRDS)。
该装置由华鲁工程公司设计,中石化十化建承建,1992年5月21日建成投产。
1998年,根据中石化公司整体原油加工方案的安排,胜利炼油厂需要掺炼75%(6.0Mt/a)的进口中东高硫原油,胜利炼油厂原有以加工胜利原油为主的加工流程难以适应劣质高硫原油的加工,为此,1999年10月份装置进行了扩能改造,增加了Chevron公司的最新专利—上流式反应器(UpFlowReactor,简称UFR),因此,装置又简称为UFR/VRDS。
2000年1月7日完成并投产。
装置改造后的设计处理能力150×104t/a(其中包括120×104t/a减压渣油及30×104t/a减压蜡油),主要对中东减压渣油进行脱硫、脱氮、脱金属并部分裂解为石脑油、柴油和蜡油。
设计运转初期,349℃产品馏份的MCR为<8.5%,S<0.5%,末期MCR<9.2%、S<0.8%,生产的石脑油可作为乙烯原料,柴油是优质的低硫轻柴油产品,常压渣油是优质的催化裂化原料。
2005年,随着VRDS—FCC组合工艺的投用,常压和减压渣油混合做为催化原料,催化回炼油改进本装置处理,优化了FCC装置原料性质,提高了FCC装置轻油收率。
2006年10月份,利用第五周期停工检修时机,进行了装置节能改造,主要改造内容是停开减压塔,对原料/产品换热网络进行优化和流程动改,及对加热炉烟气余热回收系统进行改造。
2006年11月14日装置开工正常。
目前随着催化剂级配及操作的不断优化,装置运行周期已延长到480天。
图3-1渣油加氢装置方块流程图
3.2工艺原理
3.2.1工艺过程
渣油加氢作为重油加工的重要手段,在整个炼厂的加工工艺中有着十分重要的地位。
UFR/VRDS工艺作为现代炼油厂重油加工的重要工艺,在优化原油加工流程,提高整个企业的效益,推动炼油行业的技术进步有着十分重要的意义。
其一,做为重油深度转化的工艺,它不仅本身可转化为轻油,还可与催化裂化工艺组合,使全部渣油轻质化,从而使炼厂获得最高的轻油收率。
其二,做为一种加氢工艺,它在提高产品质量,减少污染,改善环境方面具有其它加工工艺不可替代的优势,并且可生产优质的催化裂化原料,也为催化裂化生产清洁汽油创造了条件。
UFR/VRDS装置采用Chevron公司专利技术,其工艺特点:
原料选择范围宽,可加工多种原油的减渣。
在原油中,经该过程验证的有:
阿拉伯中、重质原油,科威特原油,加利福尼亚原油,北坡原油,美国中部大陆原油及孤岛原油等。
UFR/VRDS工艺最初采用了Chevron公司的“ICR”系列催化剂,现在催化剂已全部国产化,石油化工科学研究院开发的UFR和固定床渣油加氢RHT系列催化剂,抚顺石油化工研究院开发的UFR和固定床渣油加氢FZC系列催化剂。
催化剂以多孔氧化铝为担体,浸渍镍、钴、铜等金属,具有较高的金属容纳量和较高的脱硫、脱氮活性,其HDM率达80%,HDN率为50%~70%。
采用多种催化剂组合的催化剂级配方案,实现渣油高转化率的同时又进行深度脱硫、脱氮、脱金属。
由于催化剂按尺寸、形状和活性进行合理级配,从而使HDM段达最长使用周期,同时延缓或尽可能避免了主要由铁、钙沉积引起的反应器床层压降升高的问题。
该工艺与FCC工艺组合后,大大提高了炼厂轻油收率,增加了经济效益
UFR/VRDS装置概况见表3-1。
表3-1装置概况一览
产品名称
石脑油、柴油、常压渣油
原加工设计能力
84×104t/a减压渣油
现加工设计能力
120×104t/a减压渣油及30×104t/a减压蜡油
装置建设时间
1988年10月6日
投产日期
1992年5月
第一次装置改造日期
1999年10月20日
第一次改造投产日期
2000年1月7日
第二次装置改造日期
2006年10月16日
第二次改造投产日期
2006年11月14日
生产厂
胜利炼油厂
建筑面积
1900m2
现有人员
117(2011年5月)
3.2.2生产原理
加氢处理反应是在高温、高压条件下进行,因此加氢处理单元需要特殊的反应器。
在中石化齐鲁石化UFR/VRDS装置中,冷高分(CHPS)的操作压力为15.11~15.44MPa,从开工初期(SOR)到开工末期(EOR),催化剂的平均温度(CAT)将从390℃升到406℃。
加氢处理最基本的反应,按转化率从大到小的顺序为加氢脱硫(HDS),加氢脱金属(HDM),加氢脱氮(HDN),加氢裂化和芳烃饱和。
对于VRDS装置来说,脱硫、脱氮、脱残碳和芳烃饱和都是构成氢耗和放热的主要反应。
下面将分别对各反应过程进行简要介绍。
在反应方程式中,字母“R”代表一个高分子的烃基,而碳原子(C)和氢原子(H)仅代表参与反应的一小部分。
3.2.2.1加氢脱硫反应(HDS)
脱硫是原料油中的含硫化合物与氢反应,生成烃类和硫化氢(H2S),从而脱除进料中的硫。
反应的副产品硫化氢经过一系列的高、低压分离器从反应产物中分离出来,只剩下烃类产品。
硫化氢在高压硫化氢吸收塔(C-1340和C-1341)内基本得以脱除。
典型的脱硫反应是将硫醇或噻吩转化为直链或带侧链烷烃和硫化氢。
脱硫反应释放的热量约为1974KJ/m3耗氢。
脱硫是主要反应,因此对于反应器中总的放热量来说,它的热释放量是很可观的。
加氢反应举例如下:
硫醇氢气催化剂烷烃硫化氢
噻吩氢气催化剂烷烃硫化氢
3.2.2.2加氢脱氮反应(HDN)
原料中的含氮化合物经加氢后生成氨和烃类,但氮仅部分脱除。
随后氨从反应产物中脱除,仅留下烃类在产品中。
脱氮的反应热大约为2730KJ/m3耗氢。
原料的含氮量为0.8%,脱除率为60%~73%,因此它对反应热的贡献只有脱硫反应的70%左右。
由于积垢以及芳烃的逆平衡转换都会降低脱氮率,因此脱氮率从运转初期(SOR)的73%下降到运转末期的60%左右。
加氢脱氮反应举例如下:
胺氢气催化剂烷烃氨
3.2.2.3烯烃饱和反应
烯烃饱和是加氢反应中进行得非常快的反应,而且几乎所有的烯烃都被饱和。
这些反应的反应热大约为5040KJ/m3耗氢。
然而,渣油中烯烃的含量是非常低,因此烯烃饱和对于反应器中总的放热并不多。
如果UFR/VRDS原料油中烯烃含量较多(如裂解料),就应注意控制第一床层的温度。
烯烃加氢反应举例如下:
烯烃氢气催化剂烷烃
3.2.2.4芳烃饱和反应
原料油中的某些芳烃被加氢后生成环烷烃。
芳烃饱和反应占总氢耗和总反应热量的很小但很重要。
反应放热量在1470~3150KJ/m3耗氢之间,这取决于芳烃饱和的形式。
一般来说,压力越高,温度越低,芳烃饱和程度越高。
芳烃饱和反应举例如下:
芳烃氢气催化剂环烷烃
3.2.2.5加氢裂化反应
加氢裂化是在过量氢气存在的情况下,把大的烃类分子变成小分子的反应。
它几乎发生在反应的整个过程中。
加氢裂化的反应热大约为1890KJ/m3耗氢,它占总反应热的大部分。
胜利炼油厂UFR/VRDS装置的一个主要目的是生产低硫燃料油,侧重在裂解成低沸点的产品上。
为此,该装置要在一个比正常运转初期更高的温度下操作,且要维持到末期,导致从运转初期到末期的气体产率增加。
然而,由于催化剂积垢的影响,各馏分产品的产率都稍微低于设计预期的运转末期值。
还有,高温下的加氢裂化增加了催化剂上的生焦,并且引起了芳烃饱和的逆平衡转移,它们都使脱氮率降低。
3.2.2.6脱金属(HDM)
UFR/VRDS催化剂也能脱除在渣油的环状结构化合物中的金属。
含金属的烃分子与硫化氢反应生成金属硫化物,沉积在催化剂表面上。
催化剂的活性随着这些金属硫化物覆盖在催化剂(钴、镍、铂)的活性中心而不断下降。
金属硫化物沉积在催化剂孔隙的入口附近要比在催化剂颗粒内部更加严重,结果是孔径开度逐渐变小,导致催化剂活性迅速丧失。
脱金属(HDM)催化剂一般比脱硫(HDS)催化剂的孔隙大,以防止孔隙的入口堵塞。
为了获得所期望的催化剂活性,最好迫使金属沉积在保护反应器的脱金属(HDM)催化剂上,以防止第二个固定床反应器的催化剂过早失去活性。
这个反应器床层上的催化剂孔较小,大多数的加氢脱硫反应也发生于此。
原料中的金属在催化剂孔隙出入口附近沉积趋势最严重的是油溶性的钙和镍。
这些沉积物几乎都附在催化剂的外表面或刚好在孔隙出入口的内缘,因此,这些金属能使催化剂迅速失活和使反应器的压降升高。
钒大多沉积在催化剂内部,但靠近孔隙的入口;而镍则更为均匀地沉积在催化剂颗粒中。
反应过程中,氧原来是与金属原子结合在一起的,被加氢以后生成了水。
一个氢分子替代了环状结构中心的金属及氧原子。
3.2.2.7脱残碳(HDMCR)
按照定义,残碳是在不加氢的情况下高温加热渣油得到的固体残渣。
在这样的条件下,沥青质和胶质上的侧链被裂解掉,得到的裂解产品及油中的其它轻分子被汽化了,剩余的多环芳烃核心部分分解并与同类小分子聚合,形成类似焦炭的物质,这种物质被称之为残碳(MCR)。
MCR是一种与ASTM测量值相当的残碳值(康拉特逊残碳值)或与CCR相当。
在加氢反应器内,原料油中沥青质和胶质的侧链断裂生成了小分子并被加氢。
脱残碳的步骤如下:
饱和多环芳烃环;裂解已饱和的芳烃环,使大分子转化为小分子。
氢气的存在抑制了生成焦炭的聚合反应,由此得到的产品几乎不含能够形成焦炭的大分子,因此产品中的MCR浓度较低。
3.2.3主要影响因素
3.2.3.1原料油性质
加氢处理装置具有一定的灵活性,可以处理性质范围甚宽的原料。
但是,不同的原料性质对装置的操作具有很大的影响,主要影响催化剂的寿命、催化剂平均温度、氢耗量、产品产率与性质、反应器性能。
原料油性质的相对恒定是搞好平稳操作的一个重要因素,控制原料油性质的各项指标在规范要求范围之内,是保证加氢处理装置长周期运行的至关重要条件。
原料变重时,需升高催化剂平均温度,以维持一定的转化率。
另外原料中的非金属杂质和重金属杂质对加氢处理反应以及床层压降影响较大。
渣油的分子大且结构复杂,其分子量约为500~1000。
硫、氮、金属及存在于渣油分子的碳原子支链或稠环上。
渣油的高沸点馏程部分是含多稠环的沥青质,其结构极为复杂。
沥青质不溶于正庚烷和其它沸点直链碳氢化合物。
沥青质的存在与其所含金属有关,存在于其中的金属一般是镍和钒,它们都使催化剂中毒。
3.2.3.2反应温度
反应温度是随着进料量、原料性质、所要求的转化率以及产品质量而变化的,是加氢处理反应的重要控制参数。
提高反应温度,可以极大的提高加氢反应的速度,从而使原料油中的硫、氮、金属等杂质的脱除率,原料油的裂化程度以及氢油收率得到提高。
过高的反应温度会导致催化剂的金属杂质沉积和生焦失活加快。
合理地控制反应温度,对加氢处理装置实现长周期运行至关重要。
UFR/VRDS装置的主要功能是生产低残炭(MCR)、低金属含量的FCC原料,以及低含硫的轻质产品,UFR能够明显降低进料中的金属含量,保护下游固定床催化剂,防止其过早失活。
固定床反应器可以脱硫、降低UFR中的残炭(MCR),并部分脱除原料油中的金属,从而达到VRDS产品的性能要求。
这个加氢处理过程需要高温、高压、渣油加氢处理催化剂以及大量的氢气。
典型的UFR操作条件包括:
催化剂平均温度为390~400℃,反应器入口压力为17.1MPa(表压,下同);而固定床反应器典型的操作温度为390~411℃,反应器入口压力16.9MPa。
在一个催化剂寿命周期中,从开工初期到开工末期,催化剂平均温度(CAT)从390℃提高到406℃。
提高催化剂平均温度是为了弥补因催化剂活性降低而造成的影响。
温度越高,催化剂活性越高,也更容易使氢与油反应,但高温也会加快催化剂上的结焦速度,从而降低其促进氢与油反应的活力,高氢分压能抑制结焦过程,延长催化剂的使用寿命,高的氢分压是通过维持反应器内高的总压力,保持回收利用的富氢气体与进料油高流量的通过反应器,以及向普里森单元(PRISM)排放富氢气体来提浓一部分循环气而建立起来的。
为了补充反应中所消耗的从高压回路清除的以及溶解于成品油中的氢,还需要补充纯氢。
部分冷的富氢循环气用作急冷介质,在固定床反应器的催化剂床层之间和反应器间注射,以控制加氢反应放热所导致的温升,在UFR(上流式反应器)的催化剂床层中用急冷油来控制温升。
如果脱硫水平高过设计值(开工初期349℃产品中硫含量<0.484%及MCR<8.5%)或者处理硫和金属成分明显高于设计值[硫>3.86%,金属(Ni+V)>107μg.g-1]的进料时,则在改变操作之前,应特别注意加氢处理的结果。
这种情况下,即使在短期操作也能使催化剂迅速失活并增加氢耗。
3.2.3.3反应氢分压
氢分压是影响加氢处理装置运行的最重要的参数。
提高系统的氢分压,可促使加氢反应的进行,使烯烃和芳烃的加氢速度加快,脱硫、脱氮率提高,对胶质和沥青质的脱除也有好处,可减少结焦,有利于保持催化剂的活性,提高催化剂的稳定性。
反应氢分压在运行初期14.5MPa,运行末期为13.9MPa。
3.2.3.4催化剂
VRDS装置的主要目的,是对减压渣油进行裂化、脱硫和脱氮,生产低残碳、低金属含量的FCC原料,以及低含硫的燃料油产品。
为了脱除渣油进料的金属和硫,原料渣油是在装有多种不同类型的催化剂的反应器中进行加氢处理。
这些催化剂提供了一个加氢处理反应的活性表面,从而加快了加氢脱硫、脱氮、脱金属和加氢裂化的反应速度。
催化剂是浸渍了金属助剂如镍、钴及钼的多孔铝质材料,加氢反应主要是发生在催化剂内部,油及氢分子必须通过催化剂孔隙进入内部,到达催化反应场所。
VRDS装置的设计基于用一台上流式反应器部分脱除渣油
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