一、裝置(zhi)簡介
重油(you)(you)輕質化基本(ben)原(yuan)理是(shi)改變油(you)(you)品的(de)相對(dui)分子(zi)質量(liang)和氫(qing)碳(tan)比，而改變相對(dui)分子(zi)質量(liang)和氫(qing)碳(tan)比往往是(shi)同時進行的(de)。改變油(you)(you)品的(de)氫(qing)碳(tan)比有(you)兩條途徑，一是(shi)脫碳(tan)，二是(shi)加(jia)氫(qing)。
加氫(qing)(qing)裂化(hua)屬于石油(you)加工過(guo)(guo)程的(de)加氫(qing)(qing)路線，是(shi)在催化(hua)劑存(cun)在下從外(wai)界補入(ru)氫(qing)(qing)氣以提高(gao)油(you)品的(de)氫(qing)(qing)碳比。加氫(qing)(qing)裂化(hua)實質上是(shi)加氫(qing)(qing)和催化(hua)裂化(hua)過(guo)(guo)程的(de)有機結合(he)，一(yi)方(fang)面能(neng)使(shi)重質油(you)品通(tong)過(guo)(guo)裂化(hua)反應轉化(hua)為汽油(you)、煤油(you)和柴(chai)油(you)等(deng)輕質油(you)品，另一(yi)方(fang)面又可防(fang)止(zhi)像催化(hua)裂化(hua)那(nei)樣生成大(da)量焦炭，而且還可將原料中的(de)硫(liu)、氯、氧化(hua)合(he)物雜質通(tong)過(guo)(guo)加氫(qing)(qing)除去，使(shi)烯烴飽和。
加(jia)(jia)(jia)氫處理(li)裝置(zhi)不(bu)(bu)僅能夠提(ti)高原油(you)的收率，而(er)且可獲得高質(zhi)量的輕質(zhi)燃料油(you)。現代化(hua)(hua)(hua)的煉油(you)廠無不(bu)(bu)把加(jia)(jia)(jia)氫處理(li)裝置(zhi)列為必(bi)上項目。根據(ju)原料油(you)的不(bu)(bu)同，預期獲得的產品(pin)類(lei)型(xing)(xing)不(bu)(bu)同。加(jia)(jia)(jia)氫處理(li)裝置(zhi)分為加(jia)(jia)(jia)氫精制裝置(zhi)、加(jia)(jia)(jia)氫脫硫裝置(zhi)、加(jia)(jia)(jia)氫裂化(hua)(hua)(hua)裝置(zhi)、潤滑油(you)加(jia)(jia)(jia)氫裝置(zhi)等(deng)類(lei)型(xing)(xing)。這(zhe)里介(jie)紹加(jia)(jia)(jia)氫裂化(hua)(hua)(hua)裝置(zhi)。
加氫裂化(hua)(hua)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)的(de)(de)原料油(you)主要是上游裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)如常減壓、催化(hua)(hua)、焦化(hua)(hua)的(de)(de)重質餾分(fen)油(you)、渣(zha)油(you)或其(qi)混合(he)物。這些(xie)重質油(you)在(zai)一定(ding)的(de)(de)壓力(li)、溫度條(tiao)件下，并在(zai)催化(hua)(hua)劑的(de)(de)作用下與(yu)氫氣發生化(hua)(hua)學反應，從而達到使重質油(you)變為(wei)優質輕質燃料油(you)的(de)(de)目的(de)(de)。加氫裂化(hua)(hua)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)的(de)(de)產品主要有(you)高級(ji)汽油(you)、航(hang)空煤油(you)、低凝(ning)固(gu)點柴油(you)、石(shi)腦油(you)等(deng)。
原(yuan)料(liao)：重質(zhi)油(you)等。產(chan)品：輕質(zhi)油(you)（汽油(you)、煤油(you)、柴油(you)或催(cui)化裂化、裂解制烯(xi)烴的原(yuan)料(liao)）。
二、典型加氫(qing)裂化裝置(zhi)的工藝(yi)及特點(dian)
加氫裂化裝置生(sheng)產流(liu)程，按反(fan)應器中催化劑所處的(de)狀態不同，可分(fen)為固定床、沸騰(teng)床和懸浮床等幾種。
1. 固定床(chuang)加氫裂化
固定床是指將顆粒狀的(de)催化劑(ji)放置在反應器內，形成(cheng)靜(jing)態(tai)催化劑(ji)床層。原料(liao)油(you)和(he)氫氣經升溫、升壓達到反應條件后(hou)(hou)進入反應系統，先進行加(jia)(jia)氫精制以除(chu)去硫、氮、氧雜質和(he)二烯烴，再進行加(jia)(jia)氫裂化反應。反應產物經降溫、分(fen)(fen)離、降壓和(he)分(fen)(fen)餾后(hou)(hou)，目的(de)產品送(song)出裝(zhuang)置，分(fen)(fen)離出含氫較高（80％，90％）的(de)氣體，作為循(xun)(xun)環氫使用。未轉化油(you)（稱尾(wei)油(you)）可以部分(fen)(fen)循(xun)(xun)環、全部循(xun)(xun)環或不循(xun)(xun)環一次通過。
2. 沸騰床加氫裂化
沸騰(teng)床（又稱膨脹床）工(gong)(gong)藝(yi)是借助于流(liu)體(ti)流(liu)速帶動具有一定顆粒度(du)的(de)催化(hua)劑運動，形成(cheng)氣、液(ye)、固三相床層，從而使氫氣、原(yuan)料(liao)油和催化(hua)劑充分接觸而完(wan)成(cheng)加氫反應(ying)過程。沸騰(teng)床工(gong)(gong)藝(yi)可(ke)以處(chu)理(li)金屬含量和殘炭(tan)值(zhi)較高的(de)原(yuan)料(liao)（如減(jian)壓渣(zha)油），并可(ke)使重油深(shen)度(du)轉化(hua)；但(dan)反應(ying)溫(wen)度(du)較高，一般(ban)在400～450℃范圍內。此種工(gong)(gong)藝(yi)比較復雜，國內尚(shang)未(wei)工(gong)(gong)業化(hua)。
3. 懸浮床（漿液床）
加(jia)氫工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi) 懸浮(fu)床(chuang)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)是為了適應非常(chang)劣質的原料而(er)重新得(de)到(dao)重視的一種加(jia)氫工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)。其(qi)原理(li)與(yu)(yu)沸騰床(chuang)相類似，其(qi)基本(ben)流(liu)程是以細(xi)粉狀催化(hua)(hua)劑(ji)與(yu)(yu)原料預先混合，再(zai)與(yu)(yu)氫氣一起進入反(fan)(fan)應器自下而(er)上流(liu)動，催化(hua)(hua)劑(ji)懸浮(fu)于(yu)液(ye)相中，進行加(jia)氫裂化(hua)(hua)反(fan)(fan)應，催化(hua)(hua)劑(ji)隨著(zhu)反(fan)(fan)應產物(wu)一起從反(fan)(fan)應器頂部流(liu)出。該裝置能加(jia)工(gong)(gong)(gong)各種重質原油和普通原油渣油，但裝置投資(zi)大。該工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)目(mu)前在國(guo)內尚屬研(yan)究開(kai)發階段。
典型加氫裂(lie)化裝置的工藝流程如圖2.9所示。
原料油(you)以(yi)常溫(wen)、低壓(ya)(ya)條件進(jin)(jin)(jin)(jin)入(ru)裝置，經過過濾、脫水等，進(jin)(jin)(jin)(jin)入(ru)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)逐(zhu)次換(huan)熱(re)(re)(re)(re)，然后(hou)通(tong)過高(gao)壓(ya)(ya)原料油(you)泵加(jia)壓(ya)(ya)。氫(qing)氣以(yi)常溫(wen)、低壓(ya)(ya)條件進(jin)(jin)(jin)(jin)入(ru)裝置，然后(hou)通(tong)過新(xin)氫(qing)壓(ya)(ya)縮機，逐(zhu)級(ji)進(jin)(jin)(jin)(jin)行加(jia)壓(ya)(ya)。新(xin)氫(qing)壓(ya)(ya)縮機一般為(wei)大型(xing)往復(fu)式壓(ya)(ya)縮機。新(xin)氫(qing)氣幾乎不含硫化氫(qing)等腐蝕介(jie)質。高(gao)壓(ya)(ya)新(xin)氫(qing)氣與(yu)循環氫(qing)混(hun)合在一起(qi)與(yu)反(fan)應流出(chu)物進(jin)(jin)(jin)(jin)行換(huan)熱(re)(re)(re)(re)。從(cong)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)爐出(chu)來的高(gao)壓(ya)(ya)氫(qing)氣與(yu)高(gao)壓(ya)(ya)原料油(you)混(hun)合，一起(qi)進(jin)(jin)(jin)(jin)入(ru)加(jia)氫(qing)反(fan)應器(qi)進(jin)(jin)(jin)(jin)行加(jia)氫(qing)反(fan)應。此流程稱為(wei)爐后(hou)混(hun)氫(qing)。有些生產裝置則是采用原料油(you)與(yu)氫(qing)氣先混(hun)合然后(hou)一起(qi)進(jin)(jin)(jin)(jin)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)爐加(jia)熱(re)(re)(re)(re)的流程，稱為(wei)爐前混(hun)氫(qing)。
在反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)內進(jin)(jin)行(xing)的(de)(de)(de)(de)加氫(qing)(qing)(qing)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)為放熱(re)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)，故反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)需(xu)要(yao)在不同的(de)(de)(de)(de)位置(zhi)通入(ru)高壓(ya)(ya)冷氫(qing)(qing)(qing)，以控制反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)溫(wen)度。加氫(qing)(qing)(qing)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)催化劑需(xu)要(yao)硫(liu)(liu)(liu)(liu)維持其(qi)活性(xing)(xing)，因此(ci)即使原料油(you)中不含(han)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)等硫(liu)(liu)(liu)(liu)化物(wu)，要(yao)通過(guo)(guo)催化劑的(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化而維持反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)里(li)面有(you)一定的(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)含(han)量。反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)在加氫(qing)(qing)(qing)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)條件下與氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)結合(he)生(sheng)產(chan)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)。當原料油(you)中含(han)有(you)氮的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下，氮會(hui)與氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)發生(sheng)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)產(chan)生(sheng)氨。因此(ci)，從反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)底部(bu)流出(chu)的(de)(de)(de)(de)混合(he)物(wu)（稱為反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)流出(chu)物(wu)）富(fu)含(han)氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)和硫(liu)(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)，有(you)時候(hou)也含(han)一定量的(de)(de)(de)(de)氨。反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)流出(chu)物(wu)通過(guo)(guo)換熱(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)逐(zhu)次進(jin)(jin)行(xing)換熱(re)降溫(wen)，然后(hou)再通過(guo)(guo)高壓(ya)(ya)空(kong)冷器(qi)(qi)(qi)(qi)進(jin)(jin)一步降溫(wen)至露點以下，進(jin)(jin)入(ru)高壓(ya)(ya)分(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)，進(jin)(jin)行(xing)富(fu)余(yu)氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)和反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)生(sheng)成(cheng)物(wu)的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)離(li)。分(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)頂部(bu)排除的(de)(de)(de)(de)循環氫(qing)(qing)(qing)進(jin)(jin)入(ru)循環氫(qing)(qing)(qing)壓(ya)(ya)縮機加壓(ya)(ya)后(hou)循環使用(yong)，分(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)底部(bu)排除的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)生(sheng)成(cheng)物(wu)經降壓(ya)(ya)后(hou)進(jin)(jin)入(ru)后(hou)續的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)餾(liu)部(bu)分(fen)(fen)進(jin)(jin)行(xing)不同燃料油(you)的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)割。從分(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)循環氫(qing)(qing)(qing)富(fu)含(han)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)，有(you)時候(hou)會(hui)對其(qi)先脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)然后(hou)再循環使用(yong)。分(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)底部(bu)還會(hui)排出(chu)富(fu)含(han)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)酸(suan)性(xing)(xing)水(shui)等，酸(suan)性(xing)(xing)水(shui)經降壓(ya)(ya)后(hou)進(jin)(jin)入(ru)全(quan)廠(chang)的(de)(de)(de)(de)酸(suan)性(xing)(xing)水(shui)汽提裝置(zhi)進(jin)(jin)行(xing)處(chu)理。
三、介質(zhi)特(te)點
加(jia)氫(qing)裂(lie)化(hua)裝(zhuang)置中包含的特殊的介質有氫(qing)氣、硫(liu)化(hua)氫(qing)、連多硫(liu)酸(suan)、二硫(liu)化(hua)碳等。
氫(qing)(qing)與(yu)氟的混合物(wu)在(zai)低溫和(he)黑(hei)暗環境下就能發(fa)生自發(fa)性(xing)爆(bao)炸，與(yu)氯的混合比為1：1時(shi)，在(zai)光照下也(ye)可爆(bao)炸，氫(qing)(qing)氣(qi)被列為甲類易燃氣(qi)體(ti)，屬于易燃、易爆(bao)介(jie)質(zhi)。氫(qing)(qing)原(yuan)子能夠被金(jin)(jin)屬吸附并滲入金(jin)(jin)屬內(nei)部，給(gei)金(jin)(jin)屬帶來(lai)一系列的影響，如氫(qing)(qing)脆、氫(qing)(qing)鼓包。在(zai)一定(ding)的溫度(du)和(he)壓(ya)力條件(jian)(jian)下，氫(qing)(qing)氣(qi)可與(yu)金(jin)(jin)屬中的碳發(fa)生化學反應，生產甲烷，并引(yin)起金(jin)(jin)屬開裂或鼓包。氫(qing)(qing)氣(qi)極(ji)易從(cong)設備、管道(dao)元件(jian)(jian)的連接(jie)處(chu)逸散出去，給(gei)設備、管道(dao)元件(jian)(jian)的密封增加難(nan)度(du)。
硫(liu)(liu)化(hua)氫正常情況(kuang)下是一種易燃的酸性氣體(ti)，濃度低時帶惡臭，氣味如臭雞(ji)蛋，濃度高時反而沒有氣味，因為(wei)高濃度的硫(liu)(liu)化(hua)氫可以麻痹(bi)嗅覺神經。
連多硫酸在石油化工裝置中并不常見，但如果一旦形成，其危害性是非常大的。連多硫酸多產生在高溫硫腐蝕的環境下，即硫化氫在高溫條件下能引起金屬材料的化學腐蝕，在裝置停工的時候，其腐蝕產物遇水、氧可能生成連多硫酸。連多硫酸是強酸，對奧氏體不銹鋼(gang)具有強烈的應力腐蝕開裂誘發傾向，嚴重時可在數分鐘之內導致奧氏體不銹鋼材料的開裂。
二(er)硫化碳(tan)是一種(zhong)無色或(huo)淡黃(huang)色透明液體，有刺激性氣味，易揮(hui)發，不溶(rong)于(yu)水，溶(rong)于(yu)乙(yi)(yi)醇(chun)、乙(yi)(yi)醚等多數有機溶(rong)劑。二(er)硫化碳(tan)具有較(jiao)高(gao)的毒性，為高(gao)度(du)危害介質。極度(du)易燃(ran)，具刺激性，并且(qie)在高(gao)溫下爆(bao)炸(zha)殺(sha)傷性加倍，高(gao)度(du)危險。
四、加氫裂化裝(zhuang)置的配管(guan)設計
主要是對加熱爐、塔、換熱器、罐、泵等設備的配管設計。加氫工藝生產裝置的主要設備是在高溫、高壓及有氫氣和硫化氫存在的條件下運行的，故其設計、制造和材料的選用等要求都很高，對生產操作的控制也極嚴格。
高壓加氫反應(ying)器是裝置中(zhong)的(de)關鍵設備，工作條件苛刻，制造困(kun)難，價格昂(ang)貴。根據介質是否(fou)直接接觸金屬器壁(bi)，分為冷壁(bi)反應(ying)器和(he)熱壁(bi)反應(ying)器兩種結(jie)構(gou)。反應(ying)器由(you)筒(tong)體和(he)內部(bu)結(jie)構(gou)兩部(bu)分組(zu)成。
