蜡油加氢装置流程设计优化

▲ 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)

摘 要

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 为 原 料 ， 通 过 加 氢 处 理 ， 脱 除 (VGO) 、 焦 化 蜡 油 (CGO) 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%

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 。

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

[1]

高 汽 油 、 柴 油 收 率 ， 降低催化干气焦炭产率 。

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 东 工 学 院 化 工 专 业 ， ， 工 程 师 ，1990 年 毕 业 于 广 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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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 ] ， 其 中 汽 油 收 率 由 42 . 46 % 提 高 到

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 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

1

2

原 料 油 补 充 氢

11

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)

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

初 馏 点

馏 程/℃

10% 30% 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

· 73 ·

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

项 目

脱硫化氢汽提进料流量 /(t·h-1) 脱硫化氢汽提进料温度 /℃ 脱硫化氢汽提塔顶温度 /℃

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

kg 标 油 /t 7.72 0 2.66 0.36 0 -6.63 4.51 0.00 8.62

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) 脱硫化氢汽提压力 /MPa

-1改 造 后 标 定 值

7.68 0.58 4.90 0.28 0.12 -5.97 6.23 0.0002 13.83

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

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) 反应器入口温度 /℃

循环氢机入口氢气量 ( 标 准 )/(m·h)

3-1操 作 条 件

蜡 油 工 况

柴 油 工 况

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

[5]

氢 脱 硫 、 加氢脱氮和加氢裂化反应 难度加大 。

10.0 214 373 185352 21201 393 803 241

-18.0 214 349

①

87079

新 氢 补 充 量 ( 标 准 )/(m·h)

319740 362 422 241

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 。

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 ， 以节约循环氢压缩机的中压蒸 汽消耗及新氢机的电耗 。

中 外 能 源

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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.

[3] 周 应 谦 . 蜡 油 加 氢 和 催 化 裂 化 组 合 工 艺 的 应 用 [J]. 广 州 化 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 meet- ing 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