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      柴油加氫裝置處理催柴案例技術(shù)分析

      2021-09-17 13:05:12張生強(qiáng)
      石油化工應(yīng)用 2021年8期
      關(guān)鍵詞:床層催化裂化柴油

      張生強(qiáng)

      (寧夏寶塔能源化工有限公司,寧夏銀川 750002)

      80×104t/a 汽柴油混合加氫改質(zhì)裝置采用中國(guó)石化撫順石油化工研究院提供的加氫改質(zhì)技術(shù),原料為RFCC 柴油、焦化柴油、焦化汽油、DCC 柴油、直餾柴油混合原料,經(jīng)過(guò)加氫精制和改質(zhì)脫硫脫氮工藝。該技術(shù)通過(guò)選用選擇性開環(huán)能力強(qiáng)的加氫催化劑,在加氫改質(zhì)采用串聯(lián)一次性通過(guò)的工藝流程,在加工催化柴油、焦化柴油、直餾柴油混合油時(shí)可以生產(chǎn)十六烷值高、硫含量低、安定性好的優(yōu)質(zhì)清潔燃料油組分。裝置由反應(yīng)部分、分餾部分、穩(wěn)定部分及機(jī)組組成。其中反應(yīng)部分采用爐前混氫方案,以提高換熱器的換熱效率,減緩結(jié)焦程度,采用冷分流程以節(jié)約投資,提供循環(huán)氫濃度,分餾部分采用先分餾后穩(wěn)定流程,分餾塔采用重沸爐供熱,穩(wěn)定塔采用塔底重沸器供熱。裝置于2018 年7月一次性開車成功,生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn),工藝參數(shù)控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),加氫改質(zhì)工藝操作靈活。經(jīng)過(guò)加氫處理可有效地脫除混合柴油原料中的硫、氮、氧及重金屬,對(duì)烯烴和稠環(huán)芳烴選擇性加氫飽和,降低了柴油凝點(diǎn)和色度,改善了柴油的穩(wěn)定性[1-3]。

      1 催化裂化柴油作原料

      為了考察裝置對(duì)單一原料的適應(yīng)性,優(yōu)化裝置操作工況提高經(jīng)濟(jì)效益,為今后裝置節(jié)能降耗工作提供依據(jù);同時(shí)結(jié)合本公司常柴、催柴庫(kù)存情況,考慮公司銷售的實(shí)際需要,為柴油調(diào)合創(chuàng)造更大的空間,經(jīng)過(guò)對(duì)裝置技術(shù)的認(rèn)真分析,在確保裝置安全、設(shè)備運(yùn)行工況良好、催化劑活性不受影響的前提下,確定了理論可行,技術(shù)可靠穩(wěn)妥的生產(chǎn)方案,并組織生產(chǎn)人員學(xué)習(xí)掌握,于2018 年11 月15 日開始在加氫裝置單獨(dú)加工催化柴油。

      2 裝置投產(chǎn)運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作

      鑒于原始開工試生產(chǎn),考慮催化柴油的組成,保證反應(yīng)溫度的可控制性,將催化柴油原料中摻入15%石腦油,設(shè)定反應(yīng)器進(jìn)料量為60 t/h,循環(huán)量為25 t/h,實(shí)際加工量為35 t/h。試運(yùn)行后,根據(jù)生成實(shí)際情況做調(diào)整,生產(chǎn)初期控制柴油標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)Ⅳ要求,待生產(chǎn)狀況穩(wěn)定后逐步過(guò)渡到國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)。

      3 工藝參數(shù)的確定

      考慮反應(yīng)器和催化劑設(shè)計(jì)操作等要求,反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力控制在設(shè)計(jì)參數(shù)以內(nèi),實(shí)際操作過(guò)程中可根據(jù)原料性質(zhì)的變化,對(duì)進(jìn)料量、新氫補(bǔ)充量、氫油比、除鹽水注入量、反應(yīng)溫度等主要參數(shù)重新設(shè)定。

      (1)原料性質(zhì)變化后,加工量要適時(shí)調(diào)整。因?yàn)樵系淖兓绊懥思庸ち康淖兓瑸榇似洳荒馨凑赵O(shè)計(jì)量進(jìn)料,當(dāng)原料量過(guò)大,一旦達(dá)到反應(yīng)溫度,反應(yīng)放熱可能很劇烈,床層溫度升高快;當(dāng)原料量過(guò)小,反應(yīng)空速變小,停留時(shí)間增長(zhǎng),原料燒結(jié)幾率增加。在溫度和壓力不變的情況下,加劇裂解反應(yīng)、選擇性差,氣體收率增加,所以確定了35 t/h 的加工量,并增加了25 t/h循環(huán)量。原料摻入石腦油是考慮裝置在升溫末期,反應(yīng)初期床層溫升的可控性。

      (2)出于對(duì)生產(chǎn)工況的慎重考慮,將反應(yīng)壓力由13 MPa 降低為9.5 MPa,后期繼續(xù)根據(jù)反應(yīng)深度和產(chǎn)品質(zhì)量再做調(diào)整。

      (3)根據(jù)以往操作經(jīng)驗(yàn),將反應(yīng)溫度暫定為297~301 ℃。

      (4)維持較高的氫分壓和增大氫油比,有利于抑制因原料變重而加劇的縮合生焦反應(yīng),保護(hù)催化劑活性。

      (5)為了減少設(shè)備結(jié)垢和腐蝕的風(fēng)險(xiǎn),考慮原料含氮量和含硫量的增加,注水量在原比例的基礎(chǔ)上稍有增加。設(shè)定生產(chǎn)條件(見(jiàn)表1)。

      表1 生產(chǎn)條件對(duì)比

      4 生產(chǎn)工況分析

      4.1 原料性質(zhì)

      混合柴油原料的性質(zhì)(見(jiàn)表2)。

      表2 原料油性質(zhì)

      4.2 生產(chǎn)控制

      通過(guò)調(diào)度協(xié)調(diào)油品車間,按照85%催化裂化柴油+15%石腦油的比例混合原料后進(jìn)入加氫改質(zhì)裝置原料罐,原料過(guò)濾器沖洗較為頻繁,嚴(yán)重時(shí)5 min 反沖洗一次,精制反應(yīng)器壓降從0.04 MPa 上升到0.06 MPa,說(shuō)明本公司催柴膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高。

      純煉催化裂化柴油后,床層溫度分布產(chǎn)生明顯變化。在R3001 入口溫度不變的情況下,純煉催化裂化柴油后精制段溫升明顯升高,精制反應(yīng)器R3001 一床層溫升最為明顯,與摻煉直餾柴油相比,一床溫升由35 ℃上升到53 ℃。催化裂化柴油中的硫含量大于直餾柴油中的硫含量0.4%以上,氮含量大于819 m3,催化裂化柴油密度明顯高于直餾柴油的密度。單純的催化裂化柴油做原料和混合原料的性質(zhì)變化較大,原料各項(xiàng)指標(biāo)均比上一周期要高,原料的餾程相對(duì)變窄,密度增大,硫、氮雜質(zhì)含量相應(yīng)升高,不飽和烴含量上升,烯烴、芳烴和膠質(zhì)含量高,硫的形態(tài)也發(fā)生了變化,雜環(huán)硫化物含量上升,反應(yīng)放熱量變大,導(dǎo)致反應(yīng)器溫升大,這一點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)中表現(xiàn)非常明顯,應(yīng)該通過(guò)各種手段確保反應(yīng)器下部溫度不超過(guò)催化劑的使用溫度,或者盡量低,以確保裝置的平穩(wěn)運(yùn)行和延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。同時(shí)密切注意床層的壓降,本次生產(chǎn)中床層壓降未見(jiàn)明顯上升,另外,當(dāng)原料升溫接近反應(yīng)溫度點(diǎn)時(shí),一定要緩慢,注意觀察溫波穿透床層,再慎重調(diào)整反應(yīng)器入口原料溫度(見(jiàn)表3)。

      表3 催化柴油進(jìn)料主要操作參數(shù)

      原料中的堿性含氮化合物對(duì)催化劑的活性有著明顯的影響。尤其當(dāng)堿性含氮化合物被吸附在催化劑活性中心上,會(huì)中和催化劑的酸性位,而降低催化劑的活性。摻煉催化裂化柴油需要提高精制反應(yīng)溫度,以保證加氫精制的脫硫、脫氮效果,本次生產(chǎn)過(guò)程中,觀察溫升在接受范圍之內(nèi),也是逐步提高反應(yīng)溫度使產(chǎn)品的含硫和色度達(dá)到要求,同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品化驗(yàn)數(shù)據(jù),保證合格的前提下,調(diào)整反應(yīng)器入口溫度和床層溫升,經(jīng)過(guò)實(shí)踐探索,以上數(shù)據(jù)基本上是低限值了。

      耗氫量方面,由于催化裂化柴油中不飽和烴含量較高,硫氮含量高和膠質(zhì)含量高,組分重,導(dǎo)致耗氫量升高(見(jiàn)表4)。自裝置進(jìn)料改為純催柴后,耗氫明顯增加,由以前的9 000 m3/h 上升到12 000 m3/h 以上。為了使床層溫升緩和,循環(huán)氫量也由原來(lái)的80 000 m3/h增加到89 000 m3/h,裝置能耗和成本上升,能耗、物耗計(jì)算分析和統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表5、表6)。

      表4 產(chǎn)品性質(zhì)

      表5 混合原料能耗、物耗計(jì)算

      表6 催化柴油能耗、物耗計(jì)算

      從加工催化柴油與混合原料對(duì)比來(lái)看,催化柴油單煉各項(xiàng)耗能指標(biāo)均有所增加,其中新氫、燃料氣、電費(fèi)成本上升最高。

      5 總結(jié)

      此次汽柴油混合加氫裝置單獨(dú)加工催化柴油方案的順利實(shí)施:(1)方案詳細(xì)準(zhǔn)備工作到位;(2)根據(jù)原料性質(zhì)的變化,預(yù)見(jiàn)性調(diào)整操作參數(shù);(3)對(duì)可能發(fā)生的情況要有應(yīng)對(duì)措施和手段。本次試生產(chǎn)經(jīng)過(guò)對(duì)原料加入石腦油,優(yōu)化了原料組成,降低了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),提高了可行性,對(duì)生產(chǎn)參數(shù)的慎重設(shè)定,保證了產(chǎn)品質(zhì)量,最終實(shí)現(xiàn)了催化柴油的脫硫脫氮和改質(zhì),產(chǎn)出合格柴油,為油品調(diào)合提供了高密度、低硫的優(yōu)質(zhì)柴油組分,拓寬了柴油調(diào)合渠道,達(dá)到方案的預(yù)期目的;(4)此方案的實(shí)施從技術(shù)層面論證了其可行性,但操作條件苛刻,各項(xiàng)操作參數(shù)調(diào)整彈性小,不利于裝置長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行;裝置能耗和成本上升明顯,生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益需要綜合考慮。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,要兼顧技術(shù)的可行性和裝置實(shí)際運(yùn)行的必要性;同時(shí),裝置原料發(fā)生重大變化的情況下,最好聯(lián)系原設(shè)計(jì)單位做針對(duì)性的核算,畢竟原料的組成是裝置設(shè)計(jì)的重要依據(jù),必要時(shí)要做相應(yīng)的技術(shù)改造,以確保設(shè)備和裝置的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

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