1、2023-9-22石油化工过程系统概论1第七章第七章 加氢裂化装置加氢裂化装置Hydrogen Cracking Unit2023-9-22石油化工过程系统概论2 重油轻质化基本原理是改变重油轻质化基本原理是改变油品的相对分子质量油品的相对分子质量和和氢碳比氢碳比，而改变相对分子质量和氢碳比往往是，而改变相对分子质量和氢碳比往往是同时进行的。同时进行的。改变油品的氢碳比有两条途径，一是脱碳，二是改变油品的氢碳比有两条途径，一是脱碳，二是加氢。加氢。脱碳过程脱碳过程:焦化、催化裂化。焦化、催化裂化。缺点：产生一部分气体烃和氢碳比较小的缩合产缺点：产生一部分气体烃和氢碳比较小的缩合产物物焦炭和渣油
2、，从而使脱碳过程的轻质油收焦炭和渣油，从而使脱碳过程的轻质油收率不会太高。率不会太高。2023-9-22石油化工过程系统概论3n 加氢裂化属于石油加工过程的加氢路线，是在催加氢裂化属于石油加工过程的加氢路线，是在催化剂存在下从外界补入氢气以提高油品的氢碳比。化剂存在下从外界补入氢气以提高油品的氢碳比。n加氢裂化实质上是加氢和催化裂化过程的有机结加氢裂化实质上是加氢和催化裂化过程的有机结合，一方面能使合，一方面能使重质油品重质油品通过裂化反应通过裂化反应转化为转化为汽汽油、煤油和柴油等油、煤油和柴油等轻质油品轻质油品，另一方面又，另一方面又可防止可防止像催化裂化那样像催化裂化那样生成大量焦炭生成
3、大量焦炭，而且还可将原料而且还可将原料中的硫、氯、氧化合物杂质通过加氢除去，使烯中的硫、氯、氧化合物杂质通过加氢除去，使烯烃饱和烃饱和。2023-9-22石油化工过程系统概论4第一节 工作原理、工艺流程及特点2023-9-22石油化工过程系统概论5一、加氢裂化装置的特点一、加氢裂化装置的特点1.对原料油的适应性强对原料油的适应性强，可加工直馏重柴油、催化，可加工直馏重柴油、催化裂化循环油，焦化馏出油，甚至可用脱沥青重残裂化循环油，焦化馏出油，甚至可用脱沥青重残油生产汽油、航空煤油和低凝固点柴油油生产汽油、航空煤油和低凝固点柴油;2.生产方案灵活生产方案灵活，可根据不同季节要求来改变生产，可根据
4、不同季节要求来改变生产方案方案;3.产品质量好，轻质油收率高产品质量好，轻质油收率高。2023-9-22石油化工过程系统概论6二、加氢裂化工艺装置的类别二、加氢裂化工艺装置的类别 加氢裂化是一个集加氢裂化是一个集催化反应技术、炼油技术催化反应技术、炼油技术和和高压技术高压技术于一体的工艺装置。其工艺流程的选于一体的工艺装置。其工艺流程的选择与催化剂性能、原料油性质、产品品种、产品择与催化剂性能、原料油性质、产品品种、产品质量、装置规模、设备供应条件及装置生产灵活质量、装置规模、设备供应条件及装置生产灵活性等因素有关。性等因素有关。加氢裂化的工业装置按不同分类方法可分为多加氢裂化的工业装置按不同
5、分类方法可分为多种类型：种类型：2023-9-22石油化工过程系统概论7n1.按反应器中按反应器中催化剂所处的状态催化剂所处的状态不同，可分为不同，可分为固固定床、沸腾床和悬浮床定床、沸腾床和悬浮床等几种型式。等几种型式。n2.根据根据原料和产品目的不同原料和产品目的不同，还可细分出很多种，还可细分出很多种型式，如：馏分油加氢裂化、渣油加氢裂化以及型式，如：馏分油加氢裂化、渣油加氢裂化以及单段流程、一段串联流程和两段流程加氢裂化等单段流程、一段串联流程和两段流程加氢裂化等等。等。n3.按按尾油循环方式尾油循环方式不同可分为不同可分为一次通过法、部分一次通过法、部分循环法和全循环法。循环法和全循
6、环法。2023-9-22石油化工过程系统概论8n（一）固定床加氢裂化（一）固定床加氢裂化n 固定床是指固定床是指将颗粒状的催化剂放置在反应器内，将颗粒状的催化剂放置在反应器内，形成静态催化剂床层形成静态催化剂床层。原料油和氢气经升温、升。原料油和氢气经升温、升压达到反应条件后进入反应系统，先进行压达到反应条件后进入反应系统，先进行加氢精加氢精制制以除去硫、氮、氧杂质和二烯烃，再进行以除去硫、氮、氧杂质和二烯烃，再进行加氢加氢裂化裂化反应。反应产物经降温、分离、降压和分馏反应。反应产物经降温、分离、降压和分馏后，目的产品送出装置，分离出含氢较高后，目的产品送出装置，分离出含氢较高(80、90)的
7、气体，作为循环氢使用。的气体，作为循环氢使用。n 未转化油未转化油(称尾油称尾油)可以部分循环、全部循环或可以部分循环、全部循环或不循环一次通过。不循环一次通过。2023-9-22石油化工过程系统概论9 根据原料及目的产品的不同，固定床加氢裂根据原料及目的产品的不同，固定床加氢裂化大致分为下列几种流程。化大致分为下列几种流程。1.单段加氢裂化流程单段加氢裂化流程 单段加氢裂化流程中只有单段加氢裂化流程中只有一个反应器一个反应器，原料油，原料油加氢精制和加氢裂化在同一反应器内进行加氢精制和加氢裂化在同一反应器内进行。反应。反应器上部为精制段，下部为裂化段。器上部为精制段，下部为裂化段。单段加氢裂
8、化尾油可用三种方案操作：尾油一单段加氢裂化尾油可用三种方案操作：尾油一次通过、尾油部分循环和尾油全部循环。次通过、尾油部分循环和尾油全部循环。2023-9-22石油化工过程系统概论102023-9-22石油化工过程系统概论11n尾油循环方案：可尾油循环方案：可增产喷气燃料和柴油增产喷气燃料和柴油；n尾油一次通过流程：除生产一定数量的发动机燃尾油一次通过流程：除生产一定数量的发动机燃料外，还可生产相当数量的未转化油料外，还可生产相当数量的未转化油(尾油尾油)。n这些尾油可用作获得更高价值产品的原料，如可这些尾油可用作获得更高价值产品的原料，如可用尾油生产高粘度指数用尾油生产高粘度指数润滑油的基础
9、油润滑油的基础油，或作为，或作为催化裂化和裂解制乙烯的原料催化裂化和裂解制乙烯的原料。2023-9-22石油化工过程系统概论12 2.两段加氢裂化流程两段加氢裂化流程 两段加氢裂化流程中有两段加氢裂化流程中有两个反应器两个反应器，分别装，分别装有不同性能的催化剂。有不同性能的催化剂。第一个反应器中主要进行原料油的精制；第一个反应器中主要进行原料油的精制；第二个反应器中主要进行加氢裂化反应，形成第二个反应器中主要进行加氢裂化反应，形成独立的两段流程体系。独立的两段流程体系。2023-9-22石油化工过程系统概论13n汽提塔的作用：脱去NH3和H2S以及残留在油中的气体。2023-9-22石油化工
10、过程系统概论143.串联加氢裂化工艺流程n串联流程是两段流程的发展，其主要特点在于：使用了抗硫化氢抗氨的催化剂，因而取消了两段流程中的汽提塔(即脱氨塔)，使加氢精制和加氢裂化两个反应器直接串联起来，省掉了一整套换热、加热、加压、冷却、减压和分离设备。2023-9-22石油化工过程系统概论15图图1-7-1 加氢裂化装置流程示意图加氢裂化装置流程示意图此流程属于什么加氢裂化工艺流程？简述其工艺流程2023-9-22石油化工过程系统概论16图图1-7-2 加氢裂化装置流程简图加氢裂化装置流程简图2023-9-22石油化工过程系统概论17加氢裂化装置的工艺流程加氢裂化装置的工艺流程n原料油经过滤、脱
11、水后进入缓冲罐，由高压泵升压后与氢气原料油经过滤、脱水后进入缓冲罐，由高压泵升压后与氢气(包括包括循环氢与新氢气循环氢与新氢气)混合后一起进入换热器与反应生成物换热至混合后一起进入换热器与反应生成物换热至300左右，然后进加热炉预热左右，然后进加热炉预热(另一种流程是原料油不进加热炉另一种流程是原料油不进加热炉而只有循环氢进加热炉预热，在炉出口与换热后的原料油混合，而只有循环氢进加热炉预热，在炉出口与换热后的原料油混合，这种流程可以减少炉管结焦这种流程可以减少炉管结焦)，预热后从反应器顶部进入，在反应，预热后从反应器顶部进入，在反应器内反应后由底部排出，经与新鲜原料、循环氢换热后再进入空器内反
12、应后由底部排出，经与新鲜原料、循环氢换热后再进入空冷器冷却，冷凝下来的油和不冷凝的油气和氢气进入高压分离器，冷器冷却，冷凝下来的油和不冷凝的油气和氢气进入高压分离器，油气分离，氢气从高压分离器顶部排出，大部分进循环氢压缩机，油气分离，氢气从高压分离器顶部排出，大部分进循环氢压缩机，反应生成油由底部排出，降压后送至低压分离器，油、气再次分反应生成油由底部排出，降压后送至低压分离器，油、气再次分离，气体送燃料气管网，生成油送至分馏系统经分馏塔、汽提塔、离，气体送燃料气管网，生成油送至分馏系统经分馏塔、汽提塔、脱丁烷塔等分馏后得到汽油、航空煤油、柴油等产品。第三种流脱丁烷塔等分馏后得到汽油、航空煤油
13、、柴油等产品。第三种流程中分馏塔底的尾油再全部循环回到加氢裂化反应器进行裂化反程中分馏塔底的尾油再全部循环回到加氢裂化反应器进行裂化反应。应。2023-9-22石油化工过程系统概论18（二）沸腾床加氢裂化 沸腾床(又称膨胀床)工艺是借助于流体流速带动具有一定颗粒度的催化剂运动，形成气、液、固三相床层，从而使氢气、原料油和催化剂充分接触而完成加氢反应过程。沸腾床工艺可以处理金属含量和残炭值较高的原料(如减压渣油)，并可使重油深度转化；但反应温度较高，一般在400450范围内。2023-9-22石油化工过程系统概论19（三）悬浮床（三）悬浮床(浆液床浆液床)加氢工艺加氢工艺 其原理与沸腾床相类似，
14、其基本流程是其原理与沸腾床相类似，其基本流程是以细粉状以细粉状催化剂与原料催化剂与原料预先混合，预先混合，再与氢气再与氢气一一起进入反应器自下而上流动，催化剂悬浮于液起进入反应器自下而上流动，催化剂悬浮于液相中，进行加氢裂化反应，催化剂随着反应产相中，进行加氢裂化反应，催化剂随着反应产物一起从反应器顶部流出。物一起从反应器顶部流出。该装置能加工各种重质原油和普通原油渣该装置能加工各种重质原油和普通原油渣油，但装置投资大。油，但装置投资大。2023-9-22石油化工过程系统概论20第三节 加氢设备 加氢工艺生产装置的主要设备是在加氢工艺生产装置的主要设备是在高温、高高温、高压压及有及有氢气和硫化
15、氢氢气和硫化氢存在的条件下运行的，故存在的条件下运行的，故其设计、制造和材料的选用等要求都很高，对其设计、制造和材料的选用等要求都很高，对生产操作的控制也极严格。生产操作的控制也极严格。2023-9-22石油化工过程系统概论21n 一、高压加氢反应器一、高压加氢反应器n 高压加氢反应器是装置中的关键设备，工作高压加氢反应器是装置中的关键设备，工作条件苛刻，制造困难，价格昂贵。条件苛刻，制造困难，价格昂贵。n根据介质是否直接接触金属器壁，分为根据介质是否直接接触金属器壁，分为冷壁反冷壁反应器应器和和热壁反应器热壁反应器两种结构。两种结构。n反应器由反应器由筒体筒体和和内部结构内部结构两部分组成。
16、两部分组成。2023-9-22石油化工过程系统概论22(一)反应器筒体n 反应器筒体分为冷壁筒和热壁筒两种。2023-9-22石油化工过程系统概论23（二）加氢反应器内件（二）加氢反应器内件 加氢反应是在高温高压及有腐蚀介质（加氢反应是在高温高压及有腐蚀介质（H2、H2S）的条件下操作，除了在材质上要注意防止氢腐蚀及其的条件下操作，除了在材质上要注意防止氢腐蚀及其他介质的腐蚀以外，加氢反应器还应保证：他介质的腐蚀以外，加氢反应器还应保证：1.反应物反应物(油气和氢油气和氢)在反应器中在反应器中分布均匀分布均匀，保证反应，保证反应物与催化剂有良好的接触；物与催化剂有良好的接触；2.及时排除反应热
17、及时排除反应热，避免反应温度过高和催化剂过热，避免反应温度过高和催化剂过热，以以保证最佳反应条件和延长催化剂寿命；保证最佳反应条件和延长催化剂寿命；3.在反应物均匀分布的前提下，在反应物均匀分布的前提下，反应器内部的压力降反应器内部的压力降不致过大不致过大，以减少循环压缩机的负荷，节省能源。，以减少循环压缩机的负荷，节省能源。2023-9-22石油化工过程系统概论24 为此，反应器内部需设置必为此，反应器内部需设置必要的内部构件，以达到气液均要的内部构件，以达到气液均匀分布为主要目标。匀分布为主要目标。典型的反应器内构件包括：入典型的反应器内构件包括：入口扩散器、气液分配盘、去垢口扩散器、气液
18、分配盘、去垢篮筐、催化剂支持盘、急冷氢篮筐、催化剂支持盘、急冷氢箱及再分配盘、出口集合器等，箱及再分配盘、出口集合器等，如图所示。如图所示。2023-9-22石油化工过程系统概论251、入口扩散器、入口扩散器入口扩散器是介质进入反应器入口扩散器是介质进入反应器遇到的第一个部件。遇到的第一个部件。n作用：作用：（1）起）起预分配作用预分配作用，将进来的，将进来的介质扩散到反应器的整个截面介质扩散到反应器的整个截面上；上；（2）消除气、液介质对分配盘）消除气、液介质对分配盘的垂直冲击的垂直冲击，为分配盘的稳定，为分配盘的稳定工作创造条件；工作创造条件；2023-9-22石油化工过程系统概论26n2
19、.分配盘分配盘采用分配盘是采用分配盘是为了均布反为了均布反应介质应介质，改善其流动状况，改善其流动状况，实现与催化剂的良好接触实现与催化剂的良好接触，进而达到径向和轴向的均进而达到径向和轴向的均匀分布。匀分布。2023-9-22石油化工过程系统概论27n3.去垢篮筐去垢篮筐 在加氢反应器的顶部在加氢反应器的顶部催催化剂床层上有时设有去垢化剂床层上有时设有去垢篮筐，与床层上的磁球一篮筐，与床层上的磁球一起起对进入反应器的介质进对进入反应器的介质进行过滤行过滤。2023-9-22石油化工过程系统概论28n4.催化剂支撑盘催化剂支撑盘n对催化剂及瓷球起支撑作用对催化剂及瓷球起支撑作用2023-9-2
20、2石油化工过程系统概论29n 5冷氢箱与再分配盘冷氢箱与再分配盘 n在冷氢箱中打入急冷用的冷氢，在冷氢箱中打入急冷用的冷氢，是为了导走加氢反应所放出的反是为了导走加氢反应所放出的反应热，控制反应物温度不超过规应热，控制反应物温度不超过规定值。定值。n冷氢管喷出的氢气流与上床层来冷氢管喷出的氢气流与上床层来的反应物初步混合后进入冷氢箱，的反应物初步混合后进入冷氢箱，在此进行在此进行均匀混合均匀混合。n冷氢箱底部是均布开孔的喷液塔冷氢箱底部是均布开孔的喷液塔盘，气液两相均匀喷射到下层的盘，气液两相均匀喷射到下层的再分配盘上，再分配盘与顶分配再分配盘上，再分配盘与顶分配盘结构一样，起到盘结构一样，起
21、到对下床层截面对下床层截面均匀分配均匀分配的作用。的作用。2023-9-22石油化工过程系统概论30n有些设计自催化剂支持盘到有些设计自催化剂支持盘到再分配盘之间设置几个再分配盘之间设置几个连通连通管管，卸催化剂只要打开底封，卸催化剂只要打开底封头上的卸料口，就可以卸出头上的卸料口，就可以卸出全部催化剂。全部催化剂。2023-9-22石油化工过程系统概论31本章重点n1.加氢裂化的作用是什么？n2.加氢裂化有哪些特点？n3.加氢裂化如何分类？n4.根据介质是否直接接触金属器壁，高压加氢反应器分为冷壁反应器和热壁反应器两种结构n5.高压加氢反应器的内构件包括哪些？各有什么作用？n6.加氢裂化工艺流程图n7.加氢裂化装置hydrogen cracking unit
