催化重整再接触方案对比

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催化重整再接触方案对比
田纪伟
(中石化洛阳工程有限公司ꎬ河南洛阳㊀471003)
摘要:催化重整装置设置再接触可以充分回收含氢气体中的轻烃(主要为液化石油气组分)ꎬ提高重整产氢纯度和液体收率ꎮ本文通过对三种再接触流程ꎬ即稳定塔顶燃料气无返回的单段再接触流程㊁稳定塔顶燃料气返回的单段再接触流程和逆流两段再接触流程的模拟计算ꎬ比较了不同再接触流程的产品收益㊁投资和能耗ꎬ得出了不同再接触流程的适用性ꎬ为再接触工艺流程的选择及优化提供依据ꎮ关键词:催化重整ꎻ单段再接触ꎻ逆流两段再接触ꎻ燃料气
中图分类号:TE624.42㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1008-021X(2020)10-0124-04
ProcessComparisonofCCRRecontactSection
TianJiwei
(SINOPECLuoyangPetrochemicalEngineeringCorporationꎬLuoyang㊀471003ꎬChina)
Abstract:TherecontactsectionofCCRplatreformingunitcaneffectivelyrecoverthelighthydrocarbon(mainlythecomponentofLPG)inhydrogengasꎬandimprovethehydrogenpurityandliquidyieldofreforming.Inthispaperꎬthroughthesimulationcalculationofthreekindsofrecontactprocessesꎬi.e.thesingle-stagerecontactprocesswithnoreturnofthetopfuelgasofthestabilizerꎬthesingle-stagerecontactprocesswithreturnofthetopfuelgasofthestabilizerandthetwo-stagecountercurrentrecontactprocessꎬtheproductincomeꎬinvestmentandenergyconsumptionofdifferentrecontactprocessesarecomparedꎬtheapplicabilityofdifferentrecontactprocessesisanalyzedtoprovidebasisfortheselectionandoptimizationofrecontactprocess.Keywords:CCRꎻsingle-stagerecontactꎻtwo-stagecountercurrentrecontactꎻfuelgas
㊀㊀催化重整装置除可生产高辛烷值汽油外ꎬ还可以副产大量廉价含氢气体[1]ꎮ随着环保要求的日益严格ꎬ催化重整装置作为提高汽油辛烷值和增产芳烃及氢气的主要加工手段ꎬ其重要性日益突出ꎮ
目前连续重整的反应压力较低ꎬ在低压平衡下ꎬ重整产氢的纯度相对较低ꎬ并夹带大量的轻烃ꎮ为了回收产氢夹带的轻烃ꎬ提高轻烃液收及氢气纯度ꎬ需增设再接触部分ꎬ即重整氢和重整生成油在较高的压力和较低的温度下再次接触ꎬ建立新的气液平衡ꎬ将含氢气体中的轻烃溶解于重整生成油中[2]ꎮ再接触条件即再接触温度和压力对烃类的吸收及氢气纯度影响十分明显ꎬ再接触流程也会对氢纯度及重整液体产品收率产生一定的影响[3]ꎮ
传统的再接触流程为顺流单段再接触流程ꎬ油气在再接触罐中进行一段再接触ꎬ产氢纯度高ꎬ但是部分氢气和液化石油气会进入稳定塔顶燃料气中ꎬ造成经济损失ꎬ因此考虑将燃料气返回再接触部分ꎬ充分回收燃料气中的氢气及液化石油气组分ꎬ从而提高重整产氢和重整液体产品的收率ꎮ有些重整装置采用逆流两段再接触流程ꎬ即重整产氢先与二段再接触罐来的重整油在一段再接触罐接触ꎬ分出的氢气与重整生成油再进入二段接触罐中进行第二次接触ꎬ该工艺流程可以充分回收氢气ꎬ提高产氢收率ꎮ
在安全节能㊁提质增效的要求下ꎬ优化工艺流程ꎬ增加产品收益ꎬ降低能耗等显得十分重要ꎬ本文对比三种不同的再接触流程ꎬ即:稳定塔顶燃料气无返回的单段再接触流程㊁稳定塔顶燃料气返回的单段再接触流程和逆流两段再接触流程ꎬ探讨不同再接触流程对氢气及液体产品收率的影响ꎬ并从产品收益㊁投资和能耗等方面进行综合比较ꎮ
1㊀基准条件
以某厂150万t/a连续重整装置富料工况下的原料㊁反应条件㊁反应产物为基准ꎬ该装置主要生产高辛烷值汽油调合组分(稳定汽油)ꎬ副产重整氢气和液化石油气等ꎮ
1.1㊀原料族组成
各方案的苛刻度按重整C+5产品辛烷值RON104设计ꎮ重整进料组成见表1ꎮ
表1㊀重整进料组成
Table1㊀Compositionofreformingfeed
族组成/%PNA
C50.540.21
C611.475.030.99
C715.629.933.44
C818.049.664.62
C911.103.860.16
C+101.853.48
合计58.6232.179.211.2㊀主要操作条件
表2㊀主要操作条件
Table2㊀Mainoperatingconditions
操作参数单位数值
反应空速(质量)/h-11.74
氢油物质的量比2.50
平均反应压力/MPa(G)0.35
苛刻度RON104
反应产物分离器压力/MPa(G)0.25
㊀㊀收稿日期:2020-03-14
作者简介:田纪伟(1987 )ꎬ山东临沂人ꎬ工程师ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事重整和芳烃装置工艺设计工作ꎮ
表2(续)
Table2㊀Mainoperatingconditions
操作参数单位数值
再接触压力/MPa(G)2.50
再接触温度/ħ4
稳定塔顶压力/MPa(G)1.10
稳定塔回流罐温度/ħ40
2㊀再接触流程对比
本文按稳定塔顶燃料气是否返回再接触设置三个对比方案ꎬ即方案A 稳定塔顶燃料气无返回的单段再接触工艺流程ꎬ方案B 稳定塔顶燃料气返回的单段再接触工艺流程和方案C 稳定塔顶燃料气返回的逆流两段再接触工艺流程ꎮ2.1㊀流程描述
2.1.1㊀方案A 稳定塔顶燃料气无返回的单段再接触工艺流程
㊀㊀该方案采用一段油气再接触流程ꎬ即:重整产氢经升压后与来自重整气液分离器底的重整生成油混合后冷却至4ħꎬ进入再接触罐进行气液分离ꎮ再接触罐顶气体作为氢气产品出装置ꎮ
再接触罐底油相进入稳定塔ꎬ塔顶气体作为燃料气产品出装置ꎮ回流罐底液体一部分回流ꎬ另一部分作为液化石油气产品送出装置ꎬ稳定塔底油作为重整汽油产品送出装置

图1㊀方案A 稳定塔顶燃料气无返回的单段再接触工艺流程
Fig.1㊀ProcessA-singlestagerecontactprocesswithoutreturnoffuelgasatthetopofstabilizer
2.1.2㊀方案B 稳定塔顶燃料气返回的单段再接触工艺流程
㊀㊀与方案A不同的是ꎬ稳定塔顶燃料气返回至再接触部分ꎬ此流程明显的特点是稳定塔顶不出燃料气ꎮ
图2㊀方案B 稳定塔顶燃料气返回的单段再接触工艺流程
Fig.2㊀ProcessB-singlestagerecontactprocesswithreturnoffuelgasatthetopofstabilizer
2.1.3㊀方案C 稳定塔顶燃料气返回的逆流两段再接触工艺
流程
㊀㊀该方案采用两段油气再接触ꎬ即:重整产氢经升压后先与
从二段接触罐分离出的重整油接触(在一段再接触罐中进行)ꎮ
分出的氢气与重整生成油混合冷却至4ħ后ꎬ进入二段接触罐
进行再次接触ꎬ二段再接触罐顶气体作为氢气产品出装置ꎮ一
段再接触罐底油进入稳定塔ꎬ塔顶燃料气返回至再接触ꎬ回流
罐底液体一部分回流ꎬ另一部分作为液化石油气产品送出装
置ꎬ稳定塔底油作为重整汽油产品送出装置

图3㊀方案C 稳定塔顶燃料气返回的逆流两段再接触工艺流程
Fig.3㊀ProcessC-two-stagecountercurrentrecontactprocesswithreturnoffuelgasatthetopofstabilizer
2.2㊀计算结果比较
根据«中国石油化工项目可行性研究技术经济参数与数据»(2018年)和«建设项目经济评价方法与参数»中的有关规定计算三种方案的产品收益及操作费用ꎬ产品价格(以布伦特原油60美元/桶的接轨价为基准)和燃料动力价格见表3ꎮ
表3㊀产品和燃料动力基准价格
Table3㊀Benchmarkpriceofproductsandfuelpower
产品价格不含税价(元/吨)燃料动力价格不含税价方案A重整氢63663.5MPa蒸汽160元/t方案B重整氢5765凝结水7.0元/t方案C重整氢5758电0.56元/KWh液化石油气3626循环水
0.30元/t
重整汽油6778燃料气
2047
2.2.1㊀主要产品收率及效益比较
采用PRO/II软件分别对三种方案进行模拟计算ꎬ其主要产品产量及产品收益见表4ꎮ
表4㊀主要产品分布及收益比较
Table4㊀Mainproductdistributionandrevenuecomparison
参数单位
方案A-燃料气无返回的单段再接触
方案B-燃料气返回的单段再接触
方案C-燃料气返回的逆流两段再接触
氢物质的量纯度/mol%93.3891.9391.86重整产氢/(kg/h)159871855218628氢气(纯氢)/(kg/h)779278197819燃料气/(kg/h)5784 液化石油气/(kg/h)250657445607重整汽油/(kg/h)155263155244155305产品收益ꎬ万元/年987065991218991406产品收益对比/ɢ
基准
+4.21
+4.40
㊀㊀注:年操作时间为8400hꎮ
从表4看出:(1)从氢气物质的量纯度来看ꎬ燃料气无返回的单段再接触流程(方案A)得到的产氢纯度最高ꎬ燃料气返回的单段再接触(方案B)略高于逆流两段再接触流程(方案C)ꎻ从重整产氢量来看ꎬ燃料气返回的逆流两段再接触流程(方案C)得到的产氢量最大ꎻ对于纯氢的量ꎬ燃料气返回的两方案(方案B和C)得到的纯氢量相同ꎬ高于燃料气无返回的方案(方案A)ꎮ(2)从液化石油气收率来看ꎬ采用燃料气返回的单段再接触流程(方案B)得到的液化石油气收率最高ꎬ燃料气返回的逆流两段再接触流程(方案C)次之ꎬ燃料气无返回的单段再接触流程(方案A)最低ꎮ(3)从重整汽油收率来看ꎬ三种方案获得的汽油收率相当ꎮ(4)从产品收益来看ꎬ在给定的产品价格下ꎬ燃料气无返回的单段再接触流程(方案A)产品收益略低ꎬ燃料气返回的单段
再接触(方案B)和逆流两段再接触流程(方案C)产品收益相
当ꎮ由产品收率可以看出ꎬ燃料气无返回的单段再接触流程(方案A)可以获得较高纯度的氢气ꎬ但是燃料气携带部分氢气和可液化轻组分出装置ꎬ因此其纯氢和液化石油气收率较低ꎬ产品收益略低ꎻ燃料气返回的再接触流程(方案B和C)ꎬ由于稳定塔顶不产出燃料气ꎬ燃料气中的氢气和可液化轻组分ꎬ经
过再接触流程ꎬ与氢气和重整生成油建立新的平衡ꎬ有利于气体中可液化组分的回收ꎬ提高氢气和液化石油气收率ꎬ提高产品收益ꎮ2.2.2㊀设备投资的比较
在相同的设备选型基准下ꎬ核算三种方案的主要差异设备投资ꎬ见表5ꎮ表5㊀主要差异设备投资比较
Table5㊀Comparisonofmajorequipmentsinvestment
投资ꎬ万元
方案A-燃料气无返回的单段再接触
方案B-燃料气返回的单段再接触
方案C-燃料气返回的逆流两段再接触
稳定汽油后冷器424248二段入口分液罐底泵
15.515.524.1稳定塔回流泵21.822.921.8差异设备总投资79.380.493.9投资比较/%
基准
+1.39
+18.41
㊀㊀从表5可以看出ꎬ单段再接触流程(方案A和B)比逆流两段再接触流程(方案C)设备投资要低ꎬ燃料气返回的单段再接触方案(方案B)较逆流两段再接触方案(方案C)减少13.5万元ꎬ另外由于逆流两段再接触流程(方案C)较为复杂ꎬ其管道㊁
土建等方面投资也将有一定程度的增加ꎮ2.2.3㊀能耗及操作费用比较
三种方案的能耗及操作费用比较结果见表6ꎮ
表6㊀能耗及操作费用比较
Table6㊀Comparisonofenergyconsumptionandoperationcost
燃料动力方案A-燃料气无返回的单段再接触方案B-燃料气返回的单段再接触方案C-燃料气返回的逆流两段再接触1电耗/kW
泵24.934.047.4
23.5MPa蒸汽/(t/h)
压缩机组31.7432.8832.33
稳定塔重沸器16.8918.0217.123凝结水/(t/h)
压缩机组-31.74-32.88-32.33
稳定塔重沸器-16.89-18.02-17.124循环水/(t/h)
压缩机组1903.951972.741939.89
稳定汽油后冷器623.18535.27706.025小计
单位能耗合计ꎬMJ/t100610501026
折合kg标油/t进料24.0425.0924.52
年费用合计ꎬ万元/a689871907044
操作费用对比/%基准+4.22+2.12
㊀㊀注:单位耗量和单位能耗均以178.57t/h重整进料为基准计算ꎮ㊀㊀从公用工程消耗可以看出ꎬ(1)燃料气无返回的单段再接触流程(方案A)电耗㊁蒸汽耗量均最低ꎬ循环水量与燃料气返回的单段再接触流程(方案B)相当ꎮ(2)燃料气返回的两方案(方案B和C)泵及压缩机组的消耗均增加ꎬ因为燃料气返回到再接触ꎬ增加了压缩机的负荷ꎮ其中逆流两段再接触流程(方案C)ꎬ因为稳定塔进料均来自于一段再接触罐底ꎬ其泵的流量较大ꎬ因此泵耗电量最高ꎮ燃料气返回的方案中ꎬ稳定塔进料中轻组分含量增加ꎬ因此塔底重沸器负荷增加ꎮ
从操作费用上看ꎬ燃料气无返回的单段再接触流程(方案A)操作费用最低ꎬ燃料气返回的单段再接触流程(方案B)操作费用比逆流两段再接触流程(方案C)略高ꎬ主要是因为其燃料气返回量较大ꎬ压缩机组和稳定塔底重沸器消耗蒸汽量增加较大ꎮ
2.3㊀小结
综合以上分析ꎬ三种方案的收益㊁设备投资㊁能耗及操作费用对比见表7ꎮ
表7㊀三种方案综合比较
Table7㊀Comprehensivecomparisonofthreeprocesses
综合比较方案A-燃料气无返回的单段再接触方案B-燃料气返回的单段再接触方案C-燃料气返回的逆流两段再接触产品收益/(万元/年)987065991218991406
差异设备投资/万元79.380.493.9
单位能耗/(MJ/t)100610501026
装置操作费用/(万元/年)689871907044
从表7可以看出ꎬ燃料气无返回的单段再接触流程(方案A)的产品收益略低ꎬ但是其流程简单ꎬ设备投资及操作费用等最低ꎻ燃料气返回的单段再接触流程(方案B)相较于逆流两段再接触流程(方案C)ꎬ产品收益相当ꎬ设备投资较少ꎬ操作费用和能耗略高ꎮ
3㊀结论
本文针对150万t/a连续重整装置ꎬ在给定的条件下ꎬ从产品收益㊁设备投资㊁操作费用和能耗等方面ꎬ综合比较了再接触流程的影响ꎬ得出以下结论:
(1)燃料气无返回的单段再接触流程(方案A)ꎬ获得的氢气纯度最高ꎬ设备投资最少ꎬ能耗及操作费用最低ꎬ但是部分氢气和液化石油气组分损失ꎬ产品收益略低ꎮ对于产氢纯度要求较高ꎬ全厂氢气富裕ꎬ且燃料动力价格较高的时候ꎬ可以优先考虑此方案ꎮ
(2)在给定的条件下ꎬ燃料气返回的单段再接触流程(方案B)与逆流两段再接触流程(方案C)获得的产品收益相当ꎬ其中燃料气返回的单段再接触流程(方案B)的设备投资较低ꎬ能耗及操作费用略高ꎮ
(3)燃料气返回的再接触流程(方案B和C)ꎬ获得的纯氢量㊁产氢量和液化石油气收率均提高ꎬ提高了产品收益ꎮ这是因为该流程可以充分回收燃料气中的氢气和可液化组分ꎬ有利于提高经济性ꎮ对于加氢装置较多ꎬ氢气需求量较大的企业ꎬ可以优先考虑这两种方案ꎮ
(4)由于各装置原料不同ꎬ产品要求也不同ꎬ并且随着原料㊁产品及燃料动力价格的波动ꎬ需要调整不同的生产方案ꎬ因此ꎬ各个装置应根据实际情况ꎬ确定适合该装置的再接触流程和操作条件ꎮ
参考文献
[1]严㊀钧.连续重整再接触工艺过程模拟[J].石化技术与应用ꎬ2007ꎬ25(6):531-534.
[2]刘永芳.再接触温度和压力对重整产氢纯度及轻烃回收的影响[J].石油炼制与化工ꎬ1999ꎬ30(6):30-32. [3]向明燕.重整含氢气体和生成油再接触流程对氢气纯度的影响[J].炼油技术与工程ꎬ2006ꎬ36(2):13-17.
(本文文献格式:田纪伟.催化重整再接触方案对比[J].山东化工ꎬ2020ꎬ49(10):124-127.)。

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