第十六章连续催化重整装置.docx
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第十六章连续催化重整装置
第十六章连续催化重整装置
第一节装置概况及特点
一、装置概况
我厂70万吨/年连续催化重整装置，催化剂再生部分为引进法国IFP的专利技术，该装置位于经七路以东、纬六路以北的厂区平面内上，占地约16000米2。
2004年10月，经过技术改造，催化剂再生部分采用中国石化洛阳石油化工工程公司LPEC专利技术，重整反应部分在原来的基础上增加了第三重整反应器和第三重整加热炉（原第三重整反应器改为第四重整反应器）。
该装置共有设备206台，其中反应器5台，脱氯罐4台，塔类4台，冷换设备46台，压缩机14台，加热炉8台，各类容器50台，泵39台，其他小型设备36台。
装置主要以石脑油（初馏－175℃）为原料，原设计生产研究法辛烷值100的汽油产品及其调合组分。
现主要生产化纤厂所需的抽提原料，副产的大量氢气供直柴、催柴加氢装置及化纤装置用氢，生产正丁烷溶剂供溶剂脱沥青装置，同时生产车用液化气调合组分及石油液化气产品。
2004年2月15日，采用中国科学院大连化学物理研究所天邦膜技术国家工程研究中心提供的膜分离氢提纯系统在重整装置开车成功，该套膜分离氢提纯系统利用重整装置再接触部分产生的氢气（约90％V）为原料气，经过膜分离系统的提纯后，产生纯度大于98％V的氢气，用来还原重整再生催化剂，使催化剂活性在还原过程中不受损失，提高重整催化剂的活性。
该套连续催化重整装置使用的重整催化剂为PS-VI铂锡多金属催化剂，它是由北京石科院研制，湖南长岭生产的新型连续催化重整催化剂。
预处理部分使用的预加氢催化剂为国产481-3钴钼型催化剂。
在自动控制方面，全装置采用了较为先进的集散控制系统。
采用横河公司的CENTUM-CS3000控制系统，实现了全装置的自动控制、报警、联锁、打印报表。
二、装置规模及组成
本装置主要由100单元、200单元、300单元及400单元四部分组成。
100单元为原料预处理部分，包括预分馏、预加氢、液化气回收和汽提四个部分。
以预分馏进料为基准的处理能力为84×104吨/年。
200单元为重整部分，包括重整反应、氢提纯、脱戊烷和碳四/碳五分离四个部分。
以重整进料为基准的处理能力为70×104吨/年。
300单元为催化剂连续再生部分，包括催化剂循环回路，再生回路及辅助设施。
它的催化剂再生能力为500公斤/小时。
400单元为公用工程部分，包括水、电、汽、风等装置的辅助系统。
三、装置工艺流程特点：
1、为了回收预分馏塔顶物流的冷凝热，进装置的石脑油先与预分馏塔顶物流换热，采取本措施可回收塔顶冷凝热的50％。
2、预加氢设有循环氢压缩机，氢气自身循环，不足部分由重整高纯氢补充，为使反应压力平稳，采取了氢气少量排放的措施。
3、为提高预加氢催化剂的活性，采取开工前先注入二甲基二硫的措施，达到预硫化的目的。
4、由于采取了催化剂连续再生技术，因此反应可以在较为苛刻的条件下进行，即低压（0.46MPa）、低氢油比（分子比3.5）、高温（509℃～540℃）。
5、为了提高重整产氢的纯度，采用了重整氢与重整生成油在3.9MPa（表）再接触流程，重整氢气纯度可达88％以上，供加氢及化纤装置使用。
6、催化剂再生部分为IFP专利技术的核心，包括了催化剂循环和再生回路及相应的辅助系统，这些系统均采用计算机自动控制，其目的是在重整单元正常操作期间，催化剂能够自动进行再生。
7、重整加热炉采用“三合一”箱式炉，对流段为蒸汽发生系统，用来产生3.5MPa（表）的蒸汽，供重整循环氢压缩机透平使用，炉子总热效率为90％。
8、预加氢反应器为热壁式，设计空速（体）为4.0时-1。
9、重整进料换热器采用单管程纯逆流立式换热器，采用了二台并联操作，冷端温差为22℃，热流出口温度120℃，提高了热回收效率。
第二节工艺原理及流程说明
一、重整反应机理
重整的主要化学反应如下：
1、环烷脱氢反应
（强吸热反应）
2、五元环烷的异构化脱氢反应
（吸热反应）
3、烷烃环化脱氢反应
（吸热反应）
4、加氢裂解反应
（放热反应）
5、烷烃异构化反应
（微吸热反应）
6、环戊烷的开环氢解反应
（放热反应并消耗氢气）
二、预加氢反应机理
预加氢的主要化学反应如下：
1、脱硫反应
2、脱氮反应
3、烯烃加氢饱和反应
4、脱氧反应
（苯酚）
5、脱卤素反应
二、工艺流程说明
1、原料预处理部分
预处理的目的是进行原料的分馏和精制，即将原料（初馏～175℃馏分）通过预分馏塔切取60～175℃馏分油，并通过预加氢及汽提的办法脱除其中的硫、氮、砷、铅、铜等有害杂质，使之成为满足重整催化剂要求的精制石脑油。
石脑油原料经预分馏塔进料泵升压，与预分馏塔顶物流及预分馏塔底物流换热后进入预分馏塔。
预分馏塔顶馏出物经预分馏塔进料/塔顶换热器及预分馏塔空冷器冷凝冷却后进入预分馏塔回流罐。
预分馏塔回流罐的不凝气经压控排入装置燃料气系统，液相物流（轻石脑油）一部分经预分馏塔回流泵送回预分馏塔顶作回流，另一部分经轻石脑油泵送出装置。
预分馏塔由塔底重沸炉供热，塔底物流（60～175℃馏分）与进料换热后经预加氢进料泵升压后与预加氢循环氢压缩机增压后的氢气混合，经预加氢进料换热器与预加氢产物换热，再经预加氢炉加热升温至反应温度后进入预加氢反应器。
反应产物经预加氢进料换热器、汽提塔进料换热器换热，再经预加氢产物空冷器、预加氢产物后冷器冷凝冷却后进入预加氢气液分离罐。
从预加氢气液分离罐分出的氢气大部分由预加氢循环氢压缩机增压循环，少部分压控排入燃料气管网。
预加氢气液分离罐底部的液相物流经汽提塔进料换热器和汽提塔进料/塔底换热器换热后进入汽提塔。
汽提塔顶馏出物经汽提塔空冷器、汽提塔后冷器冷凝冷却后进入汽提塔回流罐。
汽提塔回流罐顶的不凝气压控排入装置燃料气管网，底部的液相物流大部分经汽提塔回流泵升压后送回汽提塔顶作为回流，少部分送出装置。
汽提塔底物流（精制石脑油）经汽提塔进料/塔底换热器、汽提塔进料换热器换热后进入重整反应部分，汽提塔由塔底重沸炉供热。
2、重整反应和后分馏部分
重整部分的目的是将精制石脑油中的环烷烃和大部分烷烃经过反应转化为高辛烷值的芳烃。
从预处理部分来的精制石脑油与自重整循环氢压缩机升压后的循环氢气混合，依次通过重整进料换热器管程、第一重整炉、第一重整反应器、第二重整炉、第二重整反应器、第三重整炉、第三重整反应器、第四重整炉、第四重整反应器。
第四重整反应器的反应产物经重整进料换热器壳程与重整进料换热，再经重整产物空冷器、重整产物水冷器冷凝冷却后进入重整气液分离罐。
从重整气液分离罐顶分出的氢气一部分经重整循环氢压缩机增压后进行循环；另一部分经重整氢增压机增压后与重整气液分离罐底部的重整生成油混合后送入高压吸收罐（提高重整产氢的纯度）。
高压吸收罐顶分出的氢气除小部分送至预分馏单元作为预加氢的补充氢外，大部分送出装置；罐底的重整生成油经增压泵升压后经脱戊烷塔进料换热器换热后送至脱戊烷塔。
脱戊烷塔顶馏出物经脱戊烷塔空冷器、脱戊烷塔水冷器冷凝冷却后进入脱戊烷塔回流罐。
脱戊烷塔回流罐的不凝气经压控排入装置燃料气系统，液相物流一部分经脱戊烷塔回流泵送回脱戊烷塔顶作回流，另一部分送至C4/C5分馏塔。
脱戊烷塔底物流与进料换热后作为抽提进料送至芳烃抽提装置，脱戊烷塔由塔底重沸炉供热。
C4/C5分馏塔顶馏出物经塔顶空冷器、后冷器冷凝冷却后进入回流罐，回流罐的不凝气经压控排入装置燃料气系统，液相物流一部分经回流泵送回塔顶作回流，另一部分作为液态烃送出装置，塔底戊烷油冷却后送出装置，也可生产正丁烷组分，供溶剂脱沥青装置及车用液化气调合组分。
C4/C5分馏塔由塔底重沸器供热。
3、催化剂再生部分
催化剂再生部分的目的是将待生重整催化剂进行再生，恢复其活性，然后再送回反应器，从而使重整反应始终能在高苛刻度下进行。
来自重整反应部分的待生催化剂，在第四反应器底部的催化剂收集器内，先经氮气置换出所携带的烃类，然后进入四反提升器，用提升气风机送来的氮气作为一、二次提升气提升至再生器上部的分离料斗，在此用淘析气吹去催化剂上的粉尘后，进入氮气环境的闭锁料斗，由逻辑控制系统通过压力平衡进行闭锁料斗的等待、加压、卸料、减压和装料五个步骤，以控制催化剂的循环量后进入再生器。
待生催化剂在再生器中自上而下经烧焦、再加热、氯化、干燥后出再生器，经过氮封罐用氮气置换后，进入再生提升器。
再生提升器是氢气环境，由重整增压氢提供的一、二次提升气提升至第一反应器顶部的还原区，再接触后的重整氢经换热和加热后作为还原氢，将催化剂由氧化态还原。
至此催化剂完成了一个循环过程，恢复活性的再生重整催化剂又循环回重整反应器，进行重整反应。
四个重整反应器中，第一、第二、第三、第四反应器成并列布置，从一反底部出来的催化剂由一反提升器用氢气提升至二反上部料斗进而进入二反，从二反底部出来的催化剂由二反提升器用氢气提升至三反上部料斗进而进入三反，从三反底部出来的催化剂由三反提升器用氢气提升至四反上部料斗进而进入四反。
再生烧焦后的放空气含有氯化物，这部分含氯气体在碱洗塔中与碱充分接触，生成易溶于水的盐类，经水洗脱除氯化物后放空，废碱液排出装置由全厂统一处理。
含有催化剂粉尘的淘析气进入粉尘收集器，通过滤网回收催化剂粉尘，再定期将粉尘装桶后送往催化剂厂回收贵金属。
除去粉尘的淘析气经除尘风机升压后又循环至分离料斗，至此完成催化剂粉尘回收的循环。
第三节 原料及产品主要技术指标
一、原料
1、原料油性质
装置原料为直馏石脑油（初馏－175℃），通过预分馏塔分离出轻石脑油后，经预加氢精制，作为重整进料。
原料油性质如表3－1。
族组成 表3－1
组成wt%
P
N
A
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
1.04
8.80
10.47
11.04
10.54
8.91
8.64
2.79
1.20
4.06
9.24
4.57
4.41
1.23
1.61
3.27
4.42
2.89
0.87
小计
62.23
24.71
13.06
馏程表3－2
项目
精制石脑油
比重指数API
59.2
相对密度d154
0.7200
恩氏蒸馏（ASTM D86）℃
HK
55
10%
75
50%
115
90%
152
KK
173
重整原料油杂质含量指标表3－3
项目
指标
含硫量PPm（重）
160
含氮量PPm（重）
1
含砷量PPm（重）1
1
含氯量PPm（重）
9.7
含铅量PPb（重）
1
重金属
8
溴 gBr/100g
0.8
2、重整进料（精制石脑油）性质
族组成表3－4
组成（WT%）
P
N
A
C6
C7
C8
C9
C10
C11
8.59
13.27
12.70
10.25
9.93
3.21
4.67
10.62
5.26
5.07
1.41
1.85
3.76
5.08
3.33
1.00
小计
57.95
27.03
15.02
杂质含量指标表3－6
项目
指标
硫PPm
＜0.5
氮PPm
＜0.5
氟化物PPm
＜0.5
氯化物PPm
＜0.5
总氧含量PPm
＜2
铜PPb
＜6
砷PPb
＜1
铅PPb
＜10
硅PPm
＜0.1
馏程 表3－5
项目
精制石脑油
相对密度d204
0.7436
恩氏蒸馏℃
IBP
68
10%
85
30%
99
50%
116
70%
142
90%
172
EP
180
二、产品性质
1、重整汽油：
C4含量小于1％（重）
重整汽油性质表3－7
名 称
初 期
末 期
净RON
100
100
净MON
88.5
88.5
流率kg／h
80460
79187
比重d154
0.814
0.813
雷德蒸汽压kg／cm2
0.26
0.29
恩氏蒸馏（ASTMD86）
HK：
57℃70％：
137℃
10％：
84℃90％：
162℃
30％：
105℃KK：
193℃
50％：
122℃
重整反应流出物组成及收率见表3－8。
重整反应流出物组成表3－8
名 称
初 期
末 期
H2
2.70
2.43
C1
0.60
0.78
C2
1.00
1.46
C3
1.60
2.15
iC4
0.80
1.24
nC4
1.10
1.58
iC5
1.89
1.85
nC5
0.98
0.96
C5N
0.78
0.76
C6P
5.81
5.70
C6N
0.20
0.20
C6A
9.56
9.37
C7P
7.82
7.66
C7N
0.22
0.22
C7A
14.22
14.13
C8P
4.31
4.22
C8N
1.02
0.12
C8A
16.63
16.30
C9P
2.03
1.99
C9N
0.09
0.09
C9A
18.83
18.45
C+10P
0.40
0.39
C+10N
0.03
0.03
C+10A
8.08
7.92
C+5收率
92.92
90.36
合计
100.00
100.00
2、氢气（经氢提纯后的富氢气体）
氢气组成表3－9
项 目 名 称
初 期
末 期
H2％（V％）
93.7
91.3
分子量M
4.1
4.8
流率Kg／h
4900
5248
3、液化石油气（LPG）：
C5含量小于1％（体）
液化石油气（LPG）性质表3－10
名 称
初 期
末 期
比 重d154
0.55
0.546
流 率Kg／h
3881
47746
4、轻石脑油
比重 d154：
0.627
流率Kg／h：
17542
三、催化剂及化学药品性质
1、预加氢催化剂：
型 号：
481－3
成 分：
高纯度氧化铝浸渍钼、钴、镍氧化物
形 状：
球型
粒 度：
φ1.5～2.5
堆 比：
≥0.78g／cm3
数 量：
19m3（15.2吨）
制造厂：
温州华华集团公司
2、惰性氧化铝小球：
（用于预加氢反应器内）
孔隙率：
0.3GLQ型
数 量：
φ6 毫米 1.525吨
φ10毫米 1.425吨
φ20毫米 2.375吨
3、重整催化剂：
化学组成：
Pt 0.28％Sn 0.30％Cl 1.1％～1.3％
颗粒直径：
1.4～2.0mm
堆 比：
0.56±0.02g／cm3
比表面 ：
195±15m2／g
孔 容：
压碎强度：
＞39N／粒
磨损率 ：
＜4％
催化剂装填情况：
一 反 6.51吨 10.58米3
二 反 13.03吨 21.72米3
三 反 20.00吨 33.33米3
四 反 23.88吨 39.80米3
反应器外 8.43吨 14.05米3
合计 71.85吨 119.75米3
4、二甲基二硫（DMDS）：
用于预加氢催化剂预硫化，开工用量3600公斤。
其规格性质如下：
分子式：
（CH3）2S2分子量：
94
比重d204：
1.062含水％：
≤0.1
沸点：
109.7℃熔点：
－85℃
折光率n20D:
1纯度：
＞99％
5、四氯化碳：
用于重整催化剂的水氯平稳及氯化更新。
其规格性质如下：
分子式：
CCl4 分子量：
154
含 氯：
92％ 20℃比重：
1.595
20℃粘度1.0厘泊凝固点：
－22.6℃
沸 点：
76.8℃ 气体比重：
5.32
蒸汽压：
20℃ 90.9mmHg
38℃ 200mmHg
年耗量：
重整反应部分：
700Kg
再生部分 ：
11700Kg（35Kg／天）
合 计 ：
12400Kg
6、缓蚀剂：
用于预处理部分汽提塔塔顶的防腐，用时将药液用重整汽油稀释成10％（重）的溶液，由计量泵适量注入。
牌号：
KONTOL K407
比重d204：
0.917
凝固点：
－10℃
用 量：
预加氢汽提塔顶10PPm（重）3770公斤／年（估计）
合 计：
3770公斤／年
7、苛性纳：
用于再生部分再生气洗涤，主要洗去再生气体中的HCl等有害杂质。
浓 度：
40％碱液（重）
消耗量：
21.6公斤／小时240吨／年
第四节装置物料平衡及主要操作条件
一、物料平衡
预分馏部分物料平衡表4－1
序
号
物料名称
收率
wt%
数量
kg/h
×104t/a
一
进料
1
HK～175℃馏分
100
102940
82.35
合计
100
102940
82.35
二
出料
1
燃料气
1.0
1030
0.82
2
轻石脑油
14.0
14410
11.53
3
重整进料
85.0
87500
70.00
合计
100
102940
82.35
预加氢和重整部分物料平衡表4－2
序
号
物料名称
收率wt%
数量
kg/h
×104t/a
一
进料
1
重整进料
100
87500
70.00
合计
100
87500
70.00
二
出料
1
燃料气
2.63
2300
1.84
2
重整氢
8.52
7450
5.96
其中纯氢
3.28
2870
2.30
3
液化石油气
1.14
1000
0.80
4
戊烷油
1.71
1500
1.20
5
脱戊烷油
86.0
75250
60.20
合计
二、主要工艺操作条件
1、预加氢
催化剂型号481-3
反应器入口温度℃300～340
反应压力（表）MPa2.33
反应空速（体）h-14
氢油体积比80：
1
2、重整
催化剂型号:
PS-Ⅵ
反应器入口温度℃ 528
反应压力（表）MPa0.62
分离器压力（表）MPa0.46
反应空速（体）h-11.15
氢油分子比2.5：
1
催化剂装填比10.5:
21:
29.9:
38.6
3、催化剂再生
表4－3
温 度℃
压 力MPa（g）
烧 焦 区
440～520
0.79
氯 化 区
530
0.79
焙 烧 区
565
0.79
第五节主要工艺参数操作分析
一、名词解释
1、空速：
在单位时间内单位数量催化剂所能处理的原料油量，叫做该条件下的空速。
所允许的空速越高，表明装置的处理量越大。
空速分重量空速和体积空速。
单位以重量计叫重量空速，单位以体积计叫体积空速。
2、氢油比：
是指反应系统内氢气流率与原料油流率的比值。
通常情况下，氢油比的表示方法有两种，一种是以循环氢在标准状况下的体积流率与重整进料在15℃时的流率的体积比，称为氢油体积比。
另一种是以循环氢气中氢的摩尔数与原料油的摩尔数之比，称为氢油摩尔比。
3、重整转化率：
是指实际生产中所得到的重整生成油中的芳烃含量与重整原料（指预加氢精制油）中芳烃潜含量之百分比。
4、芳烃潜含量
芳烃潜含量是指重整原料油中六个碳原子以上的环烷烃与原料中原有芳烃量之和占原料油的百分数。
二、预加氢操作因素分析
影响预加氢反应的主要因素有六种，即反应温度、压力、空速、氢油比、原料性质、预加氢催化剂活性。
1、反应温度：
预加氢反应温度是调节产品质量的主要手段。
由于加氢反应是放热反应，提高温度不利于加氢反应，但是可以缩短反应的时间，也就是增加反应速度。
因此，提高反应温度，可促进加氢脱硫、脱氮、烯烃饱和等反应的进行，可保证精制油质量的提高。
然而，对提高反应温度不是无止境的。
就钼酸钴型催化剂而言，通常的脱硫反应在260℃开始进行，温度超过370℃，脱硫反应速度提高很小；对于脱金属，温度超过316℃，金属几乎能全部脱除；双烯烃于115℃开始进行加氢反应，单烯烃于260℃开始进行加氢反应；反应温度低于315℃，脱氮效果变差。
鉴于上述原因，钼酸钴型催化剂的反应温度不应低于315℃，一般控制在320～380℃左右。
当温度高于400℃时，由于钼酸钴型催化剂趋于脱氢作用，裂解反应将加剧。
当裂解反应速度超过加氢反应速度时，产品的烯烃含量不但不下降，反而还会上升，而且很容易造成催化剂积炭。
当然，不同种类的催化剂有不同的起始反应温度和末期反应温度，我们可以根据催化剂的性能，在实际操作中灵活掌握。
一般在催化剂活性初期，反应温度可低一些，在催化剂使用后期，温度可酌情提高。
如遇到下面情况之一者，可提高反应温度：
1、精制油中砷含量增加；
2、汽提塔操作无异常，精制油中硫、氮含量上升；
3、精制油溴价上升。
2、压力：
提高反应压力，可促进加氢反应，增加精制深度，使生成油杂质含量减少，同时还可以降低催化剂积炭速度，延长催化剂使用寿命。
但压力并不能无限制的提高，操作压力是受设备设计压力限制的，因此一般预加氢装置的操作压力均在1.8～2.5Mpa左右，这一压力下生产的精制石脑油均能达到重整进料的规格要求。
本装置预加氢系统的反应压力为2.33Mpa，其系统压力调节阀设在预加氢气液分离罐容102的顶部，当系统压力升高时，将多余气体排入高压瓦斯管网。
3、空速
空速是一个操作强度指标。
空速的大小主要取决于催化剂的活性水平及原料油的性质，空速越小，反应物与催化剂接触时间越长，反应深度就越深，就越有利于提高产品质量。
但过低的空速又可促进加氢裂化反应的发生，从而降低产品的液收。
反之，空速越大，接触时间越短，加氢反应深度就不够，产品质量就会变差。
然而，与重整反应部分相配套的预加氢部分，其进料量必须与重整进料相适应。
因此，预加氢反应的空速不是自由选择的操作参数，一般在开工之前可根据所需空速的大小装入一定量的催化剂。
4、氢油比
氢气是加氢精制的必须原料，其流量大小可根据原料耗氢指标和进料结焦倾向来决定。
大庆直馏汽油的氢油体积比约为80～90：
1，而中原直馏汽油的氢油比为70：
1。
高的氢油比可以降低催化剂的积炭率，延长催化剂使用寿命，同时，氢气还起到热载体的作用，将加氢反应产生的多余热量带出反应器外，防止反应器床层的超温。
但由于预加氢系统的氢耗量较小，而且催化剂的性能也越来越好，从经济上和操作上考虑，氢油比的选择均向偏小的方向发展。
氢油体积比的计算公式如下：
氢／油＝（标米3纯氢／时）／（米3原料油／时）
5、原料性质
如果原料中杂质或烯烃含
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