艾 明

(安徽華東化工醫(yī)藥工程有限責(zé)任公司上海分公司，上海 201315)

我國煉油能力在新中國成立初期只有17萬噸/年，1983年突破1億噸/年[1]。改革開放之后，煉油行業(yè)發(fā)展步伐加快，截至2017年底，煉油能力已經(jīng)達(dá)到7.72億噸/年，居世界第二位[2]。2012-2017年，地方煉油企業(yè)產(chǎn)能從1.67億噸/年增至2.6億噸/年，年均增長9%，從占比全國煉油能力的23.2%增至31.7%[3]。目前，中國石化、中國石油等央企仍是我國煉油行業(yè)的主要力量[4]。但近年地方煉廠快速發(fā)展，市場份額明顯提高，實(shí)力和影響力正逐漸增強(qiáng)，已是國內(nèi)煉油工業(yè)重要的組成部分，煉油行業(yè)顯現(xiàn)出多元化發(fā)展的趨勢[4]。

地方煉油企業(yè)也存在多而不強(qiáng)、布局分散、單體規(guī)模小、一體化程度低、產(chǎn)業(yè)鏈短、產(chǎn)品雷同等問題[3]，清潔柴油燃料升級(jí)步伐加快，企業(yè)面臨的市場競爭日益激烈[5]，地方煉油企業(yè)生存壓力相對(duì)較大；裝置怎樣在已有的加工規(guī)模下，以最小的代價(jià)，挖掘其加工潛能，是很多民營煉油廠都在思考的問題。本文分析總結(jié)了1.0 Mt/a汽柴油加氫精制裝置擴(kuò)能改造的基本情況，對(duì)原裝置工藝參數(shù)及主要設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)分析總結(jié)，供擁有類似裝置的煉油廠參考借鑒，以提高其市場競爭力。

文中出現(xiàn)的SOR表示裝置運(yùn)行初期數(shù)據(jù)，EOR表示裝置運(yùn)行末期數(shù)據(jù)。

裝置工藝原則流程示意圖，詳見圖1。

1 擴(kuò)能改造設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)情況

1.1 裝置工藝流程

圖1 汽柴油加氫精制裝置工藝流程示意圖Fig.1 Process flow diagram of gasoline and diesel hydrofining unit

1.2 改造設(shè)計(jì)前后原料油情況

裝置的加工原料油分別為焦化汽油、焦化柴油、催化柴油和常壓柴油組成，改造前后均為這四種油品，詳細(xì)性質(zhì)見表1，僅加工處理總量和加工比例發(fā)生變化，改造前后四種原料油的加工比例見表2。

表1 原料油性質(zhì)Table 1 Feed properties

表2 進(jìn)料比例Table 2 Feed ratio

從表2中可以看出，改造后的焦化石腦油加工比例減小，三種柴油加工總比例增加，其中催化柴油比例降低；原料油的總加工量增加20萬噸/年。

1.3 改造設(shè)計(jì)前后的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

在滿足設(shè)計(jì)操作條件下生產(chǎn)時(shí)，所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量滿足：加氫后石腦油硫含量小于5 mg/kg；加氫精制柴油符合硫含量小于10 mg/kg，其中加氫精制柴油主要的S、十六烷值、多環(huán)芳烴指標(biāo)滿足GB-19147-2016，車用柴油(V)中的要求[6]，改造設(shè)計(jì)前后的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)無明顯變化。

2 擴(kuò)能改造設(shè)計(jì)工藝核算數(shù)據(jù)

2.1 改造設(shè)計(jì)前后主要工藝參數(shù)

表3 主要工藝參數(shù)Table 3 Main process parameters

2.2 工藝模擬核算物料平衡及熱量平衡結(jié)果

采用PRO/Ⅱ流程模擬軟件，對(duì)裝置的全流程進(jìn)行模擬，核算物料平衡和熱量平衡；改造前后的物料平衡數(shù)據(jù)見表4，熱量平衡數(shù)據(jù)見表5、表6。

表4 物料平衡數(shù)據(jù)Table 4 Material balance date

表5 加熱爐工藝參數(shù)Table 5 Process parameters of furnace

續(xù)表5

注：反應(yīng)進(jìn)料加熱爐的熱負(fù)荷受加氫反應(yīng)器出口與入口的溫差影響很大，根據(jù)表3中的工藝數(shù)據(jù)，改造前，SOR工況下加氫反應(yīng)器出口與入口的溫差為：370-310=60 ℃，EOR工況下加氫反應(yīng)器出口與入口的溫差為：390-340=50 ℃；改造后，SOR工況下加氫反應(yīng)器出口與入口的溫差為：377-294=83 ℃，EOR工況下加氫反應(yīng)器出口與入口的溫差為：404-357=47 ℃；通過熱量平衡核算，反應(yīng)加熱爐在改造后初期，出口與入口的溫差為：293-285=9 ℃，熱負(fù)荷僅為172 kW。

表6 主要空冷器負(fù)荷數(shù)據(jù)Table 6 Load data of main air cooler

注：根據(jù)表4中石腦油的流量指標(biāo)，擴(kuò)能改造后石腦油流量減小，故分餾塔頂空冷器熱負(fù)荷減小，其余熱負(fù)荷數(shù)據(jù)基本按擴(kuò)能比例增加。

3 擴(kuò)能改造的具體分析及改造措施

3.1 主要設(shè)備核算分析

加氫進(jìn)料泵：根據(jù)表3中的工藝參數(shù)，加氫進(jìn)料泵流量在改造后由151.3 m3/h提高到181.1 m3/h，經(jīng)核實(shí)原加氫進(jìn)料泵采用的是嘉利特荏原泵業(yè)有限公司的TDF200-125×10型號(hào)的機(jī)泵，該泵的額定流量為181.6 m3/h，滿足擴(kuò)能改造后的工藝要求。

加氫反應(yīng)器：原裝置設(shè)置1臺(tái)加氫反應(yīng)器，依據(jù)加氫催化劑專利商提供的催化劑數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，加氫反應(yīng)器催化劑裝填量在改造后由96.3 m3提高到101.22 m3，主催化劑增加了101.22-96.3=4.92 m3；因加氫反應(yīng)器的制造周期長，且主加氫催化劑增量不大，經(jīng)與催化劑專利商、業(yè)主單位共同協(xié)商，將原加氫反應(yīng)器底部封頭部分瓷球減少，以滿足主催化劑的裝填空間，故加氫反應(yīng)無需改造。

壓縮機(jī)：循環(huán)氣壓縮機(jī)采用的是沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司制造的離心式壓縮機(jī)，型號(hào)為BCL409/A，額定流量為80000 Nm3/h，滿足擴(kuò)能改造設(shè)計(jì)要求；

新氫壓縮機(jī)采用的是無錫壓縮機(jī)股份有限公司的往復(fù)式兩級(jí)壓縮機(jī)機(jī)，機(jī)型為DW-15.65/23-97-X，額定流量為19400 Nm3/h，不能滿足改造后21516 Nm3/h的要求，需要改造。

加熱爐：根據(jù)表5中的工藝核算數(shù)據(jù)，兩臺(tái)加熱爐滿足擴(kuò)能改造設(shè)計(jì)要求；

空冷器：根據(jù)表6中的工藝核算數(shù)據(jù)，經(jīng)HTRI軟件模擬計(jì)算得出，反應(yīng)流出物空冷器、汽提塔頂空冷器、精制柴油空冷器冷卻面積不夠，均不能滿足擴(kuò)能改造工藝要求；

產(chǎn)品柴油泵：根據(jù)表3中的工藝核算數(shù)據(jù)，產(chǎn)品柴油泵體積流量由184.2 m3/h增加至218.1 m3/h，不能滿足擴(kuò)能改造設(shè)計(jì)要求。

3.2 設(shè)備的改造措施

壓縮機(jī)：新氫壓縮機(jī)擴(kuò)能改造后，氫氣量增加：21516-19400=2116 Nm3/h，在原額定量的基礎(chǔ)上增加了10.91%，通過與壓縮機(jī)專利商協(xié)商，將新氫機(jī)一級(jí)入口壓力從2.3 MPa(G)提高至2.48 MPa(G)，且需要將一級(jí)與二級(jí)之間的水冷器換熱面積相應(yīng)增加可以滿足擴(kuò)能改造后工藝要求。

空冷器：反應(yīng)流出物空冷器原冷后設(shè)計(jì)操作溫度為45 ℃，擴(kuò)能后如不增加空冷冷卻面積，則空冷冷后溫度為58 ℃；改造措施是在其后增一臺(tái)BEU1000-8.6/1.0-353-6/19-2I水冷器，可滿足設(shè)計(jì)要求；

汽提塔頂空冷器原設(shè)備規(guī)格為4片GP9×3-4-128-1.6S-23.4/DR-II的管束，改造措施是將4片管束更換為GP9×3-6-193-1.6S-23.4/DR-II，增加管排數(shù)提高空冷器面積，可滿足設(shè)計(jì)要求；

產(chǎn)品柴油空冷器原冷后設(shè)計(jì)操作溫度為45 ℃，擴(kuò)能后如不增加空冷冷卻面積，則空冷冷后溫度為55 ℃；改造措施是在其后增一臺(tái)BEU800-2.5/2.5-260-6/19-2I水冷器，可滿足設(shè)計(jì)要求；

產(chǎn)品柴油泵：更換泵的葉輪及配套電機(jī)，可滿足設(shè)計(jì)要求；

4 擴(kuò)能改造設(shè)計(jì)的延伸探索

將1.0 Mt/a汽柴油加氫精制裝置擴(kuò)能改造至1.5 Mt/a作了探索核算，得出初步改造思路：

(1)加氫進(jìn)料泵增加1臺(tái)，做到2開1備，滿足進(jìn)料流量；

(2)增加1臺(tái)加氫反應(yīng)器滿足加氫催化劑最大空速要求；

(3)2臺(tái)加熱爐可以不作改造滿足擴(kuò)能要求；

(4)循環(huán)氫壓縮機(jī)氣量，采用高效加氫精制催化劑，滿足催化劑的最小氫油比，可以不作改造；新氫壓縮機(jī)需要增加1臺(tái)小型壓縮機(jī)滿足氫耗要求；

圖2 反應(yīng)系統(tǒng)壓降與加工規(guī)模的曲線圖Fig.2 Curve diagram of pressure drop of reaction system and processing scale

(5)汽提塔、產(chǎn)品分餾塔塔體可以不用更換，塔盤內(nèi)件需要更換，增加塔盤開孔率及降液管面積，以提高塔盤汽液負(fù)荷處理能力；

(6)相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備科考慮更換葉輪及配套電機(jī)，部分相關(guān)儀表調(diào)節(jié)閥需要更換；

(7)反應(yīng)系統(tǒng)壓降探索：在保持加氫反應(yīng)器入口氫油比不變的前提下，分別核算從0.8 Mt/a、1.0 Mt/a、1.2 Mt/a、1.5 Mt/a三種加工規(guī)模數(shù)據(jù)，并結(jié)合0.8 Mt/a、1.0 Mt/a、1.2 Mt/a規(guī)模的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，得出圖2的趨勢。

從圖2中可知，裝置加工能力從0.8 Mt/a→1.0 Mt/a→1.2 Mt/a→1.5 Mt/a，反應(yīng)系統(tǒng)壓降增幅在增加，在1.5 Mt/a加工量時(shí)，系統(tǒng)壓降為1.75 MPa，比原裝置反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓降1.7 MPa略高，可通過降低進(jìn)入反應(yīng)器入口混合氫量，氫油比參數(shù)卡邊操作，可滿足設(shè)計(jì)壓降要求。

根據(jù)(1)～(7)的探索性核算分析，1.0 Mt/a汽柴油加氫精制裝置擴(kuò)能改造至1.5 Mt/a，需要增加和改造的設(shè)備較多，但從工程設(shè)計(jì)角度上是可行性的。

5 結(jié) 語

1.0 Mt/a汽柴油加氫精制裝置擴(kuò)能改造至1.2 Mt/a，通過裝置原料性質(zhì)及加工比例分析對(duì)比、裝置物料平衡和熱量平衡核算、主要工藝參數(shù)對(duì)比和主要設(shè)備的核算，得出如下結(jié)論：

(1)增加和改造的設(shè)備較少，且產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到GB-19147-2016，車用柴油(V)中的要求[6]；

(2)改造或更換機(jī)泵來解決物料平衡問題；

(3)增加換熱器和空冷器解決熱量平衡問題；

(4)探索性分析了裝置擴(kuò)能改造至1.5 Mt/a在工程設(shè)計(jì)上是可行的。