乙烯裂解汽油加氢装置设计

乙烯裂解汽油加氢装置设计难点浅析

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摘要：简要介绍了镇海炼化乙烯工程中70×104t/a裂解汽油加氢装置的工艺特点，重点分析了装置中脱碳五塔、脱碳九塔、二段进料换热器、塔九加氢反应器的设计难点，通过分析比较，寻找适合镇海裂解汽油加氢装置的设计方案。

关键词：裂解汽油加氢脱碳五塔脱碳九塔二段进料换热器塔九加氢反应器设计难点

1 镇海裂解汽油加氢装置简介

1.1 概述

镇海炼化裂解汽油加氢装置是镇海炼化100×104 t/a乙烯工程中的配套装置之一。本装置采用中国石化工程建设公司（SEI）的裂解汽油加氢工艺技术，加工乙烯装置副产的粗裂解汽油，生产C6～C8加氢汽油，为芳烃抽提装置提供原料，处理能力为70×104 t/a。

在国内乙烯裂解汽油加氢工艺技术中，技术专利商有很多家，但是工艺流程大同小异，分为全馏分加氢和中心馏分加氢两种工艺。本装置按中心馏分加氢设计，采用三塔三反流程，即脱碳五塔系统、脱碳九塔系统、碳九加氢系统、一段加氢系统、二段加氢系统和稳定塔系统。经过两段加氢后得到加氢汽油（C6～C8中心馏分）作下游乙烯芳烃抽提装置原料，副产品C5不加氢直接出装置，C9可经过一段加氢或不加氢作为产品出装置。

1.2 裂解汽油的主要组成

镇海炼化100×104 t/a乙烯的原料方案，共有三种，分别为CASE1、CASE1A、CASE2。ABB Lmmus公司模拟的裂解组成中，粗裂解汽油的组成分布见表1。

表1 粗裂解汽油组成%

一般而言，在C5馏分中双烯烃（双环戊二烯、异戊二烯、间戊二烯）约占63.5％，在C8馏分中苯乙烯占33.2％，在C9+馏分中甲基苯乙烯、双环戊二烯占25.6％。这些组分都是极易自聚的物质。

1.3 裂解汽油加氢装置的主要流程

从乙烯裂解装置来的粗裂解汽油先后进入脱碳五塔、脱碳九塔，分别脱去C5-轻组分、C9+重组分，中心馏分（C6～C8）进入一、二段加氢反应系统进行加氢，最终得到合格的加氢汽油产品。脱碳九塔塔釜的C9+重组分，进入碳九加氢系统，得到加氢的碳九副产品，见图1。

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图1 裂解汽油加氢装置流程

2 镇海裂解汽油加氢装置的主要设计难点

2.1 脱碳五塔和脱碳九塔的设计

在裂解汽油组分中，含有大量双烯烃（双环戊二烯、异戊二烯、间戊二烯）、苯乙烯、甲基苯乙烯、双环戊二烯等极易自聚的物质，这就给脱碳五塔和脱碳九塔的设计和实际生产

操作带来很大的挑战。裂解汽油加氢装置中的脱C5塔和脱C9塔的设计难度主要在塔盘的设计和选型上。塔盘的好坏直接影响到装置的运行周期和经济效益，下面根据国内其它装置生产实际来浅析设计难点。

在国内的不少乙烯装置中，裂解汽油加氢是乙烯装置中的一个工段，乙烯装置和裂解汽油加氢装置都是引进的。引进的脱C5塔和脱C9塔一般都是浮阀塔。浮阀种类略有不同，有V-1型（国内称F1型）和T型（国内称十字架）浮阀。V-1型用在脱C5塔和脱C9塔中，如金山、扬子、齐鲁石化公司的裂解汽油加氢装置，而T型浮阀阻力降较小，但造价稍贵，只用在负压操作的脱C9塔中，如燕山石化的裂解汽油加氢装置。

在20世纪90年代初期，随着乙烯装置普遍扩能改造，裂解汽油加氢装置也随之扩能。在1992年前后，上海石化公司的脱C5塔，为了扩能的需要，曾用规整填料来改造原有的浮阀板。改造初期，确实达到了扩能的目的，且塔的压力降减少，塔釜温度还下降了。但好景不长，仅仅3个月左右的时间整个塔的规整填料全部堵死，无法生产，被迫停车，只好废弃全部填料，恢复成板式塔。

此后，国内裂解汽油加氢装置的扩能改造中，脱C5塔和脱C9塔普遍用板式，但是有二种选择。其一是仍用浮阀塔，但浮阀不仅是F1型，而且采用导向条型浮阀，即在条型浮阀上开孔，开孔方向朝着降液管。这种浮阀液面梯度及塔板压降较F1型阀小，通量大。如齐鲁、金山、扬子石化的扩能改造采用了此方案。其二是选用斜孔塔板。斜孔塔板是清华大学开发的，它的特点是板上液层低而均匀，塔板压降较浮阀板小1/3，通量大。斜孔塔板经过一年操作后，塔板上无自聚物堆积，当连续操作三年，塔釜的泵入口过滤器进行多次清理，但塔的操作仍如开车时一样，塔板不受自聚物的影响。斜孔塔板在燕山石化裂解汽油加氢装置中得到了良好的应用。

茂名石化的裂解汽油加氢装置可以说和燕山石化是殊途同归。茂名石化的脱C5塔最初的流程是在一段加氢反应器的后面，即裂解汽油中的双烯烃已被加氢成单烯烃，其自聚的倾向已大为减少，故脱C5塔的设计压力为0.3 MPa，塔釜温度为140～150 ℃，经扩能改造后，操作压力为0.1 MPa，塔釜温度为130 ℃左右。由于既要扩能又要利用原塔，因此压力不能降低（否则气相负荷大为增加，原塔能力不够），未经一段加氢的C5馏分在0.3 MPa和釜温140～150 ℃的条件下，该塔操作的最长时间不超过6个月，最短时仅2～3个月，就是由于C5和苯乙烯等的自聚而堵塞塔板，无法继续生产。在这种情况下，把原来的浮阀塔板改为斜孔板，这样脱C5塔可连续生产一年以上。尽管塔板上流动缓慢的区域已经有许多自聚物，在降液管的边角上，事后发现有4 cm厚的自聚物，但生产仍可进行。

对于脱C9塔，由于分离的物料中含有大量的苯乙烯、甲基苯乙烯和双环戊二烯等物质，也存在自聚的问题，但该塔由于物料沸点较高，在图1的流程中普遍采用负压操作，保持塔釜温度在140 ℃左右。从实际生产情况看，此塔自聚倾向比脱C5塔轻。虽然这样，燕山石化还是把原来的T型浮阀改为斜孔板。但是目前兰州石化的小乙烯装置中脱C9塔因扩能需要，已把浮阀塔改为规整填料，操作已经一年有余。兰州石化扩建的大乙烯装置中，脱C9塔也采用规整填料，已于2006年11月开车。规整填料的压降低、通量大，采用规整填料后，塔釜温度会有所下降。兰州石化的二座脱C9塔采用规整填料，在国内是一个新的尝试，若能长周期运转（即连续生产3～5年，不被堵塞），无需更换填料，这将会为裂解汽油加氢装置开出一片新的天地。上述现象使人们对问题的认识更加深刻，对有自聚倾向的物料应十分注意它在何种条件下发生自聚。如苯乙烯装置中的苯乙烯精馏塔在苯乙烯的浓度大于90％仍普遍使用规整填料，这说明苯乙烯在这种条件下不会发生自聚，造成塔的堵塞。