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100万吨年两段加氢裂化开题报告

时间:2012-05-06


本 科 毕 业 设 计 开 题 报 告

化学与环境工程

系(院)2012 届



目 (中文)

100 万吨/年两段加氢裂化工艺设计

(英文) The Process Design Of Two Period Hydrocracking of
1000Kt/a

课题类型

毕业设计

课题来源

自拟课题

学生姓名

张光辉

专业班级 化学工程与工艺(2)班

指导教师

张艳维

职称

讲师

填写日期:







一、本课题研究的主要内容、目的和意义
石油产品需求的不断增加以及优质原油资源的日益匮乏,迫切需要开发劣质原油轻质 化和深度加工工艺。其中重油加氢是一种重要的加工手段目前开发的重油加氢工艺有固定 床、移动床、沸腾床和悬浮床(又称浆液床)工艺。加氢裂化是在较高压力下,烃分子与氢 气在催化剂表面进行裂解和加氢反应生成较小分子的转化过程。加氢裂化按加工原料的不 同可分为馏分油加氢裂化和渣油加氢裂化。 最大限度的渣油加氢与重油催化裂化(简称催化裂化)组合工艺是渣油深加工的重要技 术路线,具有石油资源利用率高、轻质油收率高、产品质量升级潜力大的优势,越来越受 到企业的重视,发展越来越快 固定床较为成熟,使用负载型催化剂。一般说来,当原料油中金属质量分数小于 200ug/g,转化率小于 50%,且残炭值较低时,常选用固定床重油加氢工艺。然而。采用固 定床重油加氢工艺时,由于重质油中存在着易于生焦的胶质、沥青质以及相对含量较高的 金属,使得所用的负载型催化剂易因结焦和金属沉积而出现失活快、寿命短等问题。因此, 使用负载型催化剂的重油加氢工艺不能处理胶质、沥青质和重金属含量较高的劣质重油。 移动床和沸腾床工艺技术的催化剂利用率高,装置运转周期长,原料油的应用范围可 以放宽。但是由于装置投资高、工艺复杂、催化剂成本高昂、操作难度大等因素限制了它 们的进一步发展。 悬浮床加氢工艺将分散得很细的催化剂或添加物与原料油及氢气一起通过反应器,具 有流程简单、转化率及脱金属率高、空速大、无床层堵塞等优点,适应性强,可以加工各 种劣质渣油。 通过查阅文献选取工艺,由辽河渣油的数据性质,按照渣油悬浮床两段加氢裂化工艺, 根据物料衡算和热量衡算计算该工艺中精馏塔的尺寸。

二、文献综述(国内外相关研究现况和发展趋向)
1、国外相关研究现况和发展趋向 50 年代中期,美国对汽油的需求量逐年增长,对柴油和燃料油的需求量逐年下降,产 品结构不能适应需求结构的变化。虽然,当时通过热裂化、催化裂化、延迟焦化等二次加 工技术可以增加汽油产量,但汽油质量不能满足车用汽油提高辛烷值的要求。随着汽车发 动机压缩比提高,需要异构烷烃和芳烃含量高的汽油,以避免汽车出现爆震现象。因此, 需要一种新的加工技术,把重质油品转化为轻质油品。许多石油公司根据催化裂化催化剂 的开发经验和德国煤与煤焦油高压催化加氢生产汽油、柴油的经验,通过试验研究,发现 了一些特殊的不可逆反应过程,并研究出能使单体烃按需要进行反应并支配整个混合物转 化的固定床加氢裂化工艺和催化剂。1959 年美国 Chevron 公司首先宣布开发了 Iscracking 加氢裂化技术。1960 年 UOP 公司宣布开发了 Lomax 加氢裂化技术,Union 公司宣布开发 了 Unicracking 加氢裂化技术。后来,相继有海湾研究开发公司的 H-G,壳牌国际石油集团 的 Shell,法国石油研究院的 IFP,德国巴斯夫公司的 DHC,英国石油公司的 BP 等加氢裂 化技术开发成功。1961 年 11 月 UOP 公司的 Lomax 加氢裂化技术与 Chevron 公司的 Isocracking 加氢裂化技术合并,称为 Isomax 加氢裂化(加氢裂化催化剂仍由两公司分别供 应)。各大公司开发的加氢裂化技术,催化剂有所不同,工艺流程都类似。40 年来加氢裂化 技术的发展历程,可以归结如下: 60 年代初期,加氢裂化技术主要用于把 CGO、LCO 和 AGO 转化为汽油。因为当时催 化裂化的转化率低,有些原料转化不了,所以加氢裂化主要用于转化在催化裂化装置中难 以裂化的油料,以增产汽油。这时的加氢裂化装置都采用两段工艺,首先在第一段用加氢 处理催化剂对原料油进行精制,脱除硫氮等杂质,然后进入第二段,用选择性裂化催化剂 进行裂化生产汽油,得到的加氢裂化轻汽油辛烷值高,直接用作汽油调合组分;含环烷烃 的重汽油进行催化重整,可以得到高收率的高辛烷值汽油和氢气。这种两段加氢裂化工艺 目前仍在应用,一方面用在催化循环油多、汽油需求量大(如美国)和以 VGO 为原料生产汽 油和重整料的炼油厂,另一方面也用在以 VGO 为原料主要生产中馏分油、加氢裂化装置能 力大的炼油厂。 随着催化裂化技术(提升管技术和分子筛催化剂)的进展, 催化裂化能够生产最大量高辛 烷值汽油,同时由于油品市场喷气燃料和柴油需求量迅速增加。特别是进入 70 年代以后, 活性高、选择性强、稳定性好、能转化较重原料油的新催化剂趋于成熟,在加氢裂化工艺 方面出现了以生产中馏分油为主的单段流程和既能生产中馏分油又能生产石脑油灵活性较 大的单段串联流程。 炼油厂新建的加氢裂化装置多数都转向以加工 VGO 生产喷气燃料和柴

油为主要目的。 1975 年, 到 新建的加氢裂化装置 60%的加工能力用于生产喷气燃料和柴油, 而且逐年增加。80 年代以来,加氢裂化技术发展的趋势,除了多生产中馏分油以外,就是 把加氢裂化未转化富含烷烃的尾油用作催化裂化料或生产乙烯的裂解料或生产高粘度指数 润滑油的基础油料。90 年代以来,新建的加氢裂化装置 90%的加工能力用于主要生产中馏 分油,有采用单段流程和单段串联流程的装置,也有采用两段流程的大型装置。 加氢裂化是馏分油转化的重要手段。到 2003 年末,世界加氢裂化能力达到 2.36×108 t /a,占世界原油蒸馏总能力的 5.71%,其中美国加氢裂化能力 7.198×107 t/a,占美国原 油蒸馏能力 8.38×108 t/a 的 8.58%。近年来我国加氢过程的发展加快,其中加氢裂化占原 油蒸馏能力的份额从 1990 年的 2.67%,提高到 2003 年的 4.94%,达到 1.502×107 t/a,但 仍低于世界炼油的平均水平,与美国比,份额更显偏低。 二、国内相关研究现况和发展趋向 结合我国炼油实际,加氢裂化作为二次加工的主体技术将加快发展。加氢裂化过程的 优点在于:灵活性大,便于调整产品结构,可生产优质中间馏分油;可最大量地生产富含 芳香烃的重石脑油,作为催化重整的进料以生产高辛烷值汽油组分,或提供BTX芳烃作为 化工原料;可最大量地生产低BMCI值的尾油,作为蒸汽裂解制乙烯的优质原料;以及可以 生产符合APIⅡ、III类润滑油基础油等。 21世纪初,石油化工的增长将超过石油成品油的增长。预测到2020年,中国炼油工业 为石油化工提供的化工原料油将占到原油总加工能力的20%左右。石脑油是目前炼油厂提 供的主要化工原料,但是炼油厂石脑油的总量与需求相比,差距太大。炼油厂增加化工原 料有多条途径:可以进口轻质原油,或直接进口轻烃、石脑油等,发展DCC、MIP等多产 丙稀的技术,以及用重油生产乙烯等方法。但就当前来看,发展加氢裂化是多产化工原料 油最重要的炼油一化工一体化技术。 FRIPP推出的FC-12加氢裂化新催化剂具有很大的灵活性。与FF-16精制催化剂匹配,既 可以按轻油型或中油型加氢裂化方案操作,也可以采取循环或一次通过操作,较灵活地调 节尾油和重石脑油产品的收率,在中国石化上海石化公司轻油型加氢裂化中应用,通过调 节反应温度,重石脑油的收率控制22.4%~32.4%,尾油收率则在42.1%~24.6%范围内变 化;可结合产品需求多产目的产品。在中国石油辽化公司中油型加氢裂化中应用,当中油 收率达到54%时,还可生产24.8%的重石脑油和11.9%的尾油,共得36.7%的化工原料油。 从发展看,今后炼油厂生产成品油和化工原料油是两项并重的任务。因此,灵活型加氢裂 化在油一化工一体化企业中将有较好的发展前景。 我国现有的加氢裂化装置以单段串联形式为主,既可以循环操作也可以一次通过操作,

可较灵活的应用于轻油型或中油型生产工艺;但根据需要也可以发展多种型式的加氢裂化。 2.1单段加氢裂化工艺 单段加氢裂化工艺具有空速高、设备简单、中间馏分油收率高、氢耗低等特点,可采 取一次通过操作也可以循环操作。国外石油公司均持有一定比例的单段加氢裂化工艺。在 我国, 随着FRIPP改进催化剂制备工艺, 用FC-14裂化催化剂, 中间馏分油收率可达到78.8%, 1套1.5×106 t/a的工业装置正在建设中。 2.2 两段加氢裂化工艺 两段加氢裂化工艺也是国际上常用的一种型式。其特点是既保持了单段加氢裂化的优 点,又具有单段串联加氢裂化对原料适应性强、催化剂运转周期长的特点。两段加氢裂化 的反应压力可比单段的降低2.0 MPa,体积空速提高25%左右,适用于大型化装置,可以减 少建设投资。 固定床较为成熟,使用负载型催化剂。一般说来,当原料油中金属质量分数小于 200ug /g,转化率小于 50%,且残炭值较低时,常选用固定床重油加氢工艺。然而,采用固定床 重油加氢工艺时,由于重质油中存在着易于生焦的胶质、沥青质以及相对含量较高的金属, 使得所用的负载型催化剂易因结焦和金属沉积而出现失活快寿命短等问题。因此,使用负 载型催化剂的重油加氢工艺不能处理胶质、沥青质和重金属含量较高的劣质重油。移动床 和沸腾床工艺技术的催化剂利用率高,装置运转周期长,原料油的应用范围可以放宽。但 是由于装置投资高、工艺复杂、催化剂成本高昂、操作难度大等因素限制了它们的进一步 发展。悬浮床加氢工艺将分散得很细的催化剂或添加物与原料油及氢气一起通过反应器, 具有流程简单、转化率及脱金属率高、空速大、无床层堵塞等优点,适应性强,可以加工 各种劣质渣油。 悬浮床加氢反应的催化剂为分散型(非负载型) 催化剂,经历了非均相催化剂和均相催 化剂 2 个阶段,非均相固体粉末催化剂因其性能优越,是一种较为理想的催化剂。抚顺研 究院与中国石油大学也对悬浮床工艺开展了研究,并于 2004 年在抚顺石油三厂建立了 5 万 t/a 处理量的悬浮床工业试验装置。在 2005~2007 年期间,以克炼常压渣油和辽河常压渣 油为原料完成了 3 个阶段的开工试验,并且达到了预期的、目标。该工艺可以对高硫、高 残炭、高黏度、高金属、高沥青质等各种劣质重油进行加工处理,因此引起了全球多个石 油公司的重视,并对悬浮床加氢催化剂做了大量研究潮。

三、拟采取的研究方法(方案、技术路线等)和实现的可行性论证

本设计将以辽河渣油为原料,钼催化剂,用量为10ug/g。采用渣油悬浮床两段加氢裂化 工艺,由辽河渣油的数据性质,根据物料衡算和热量衡算计算该工艺中精馏塔的尺寸。

四、预期结果(或预计成果)

通过对主要设备的物料衡算和热量衡算及对主要设备工艺尺寸的计算,基本能够满足 年产 100 万吨渣油加氢裂化的加工能力。

五、研究进度安排

1.2011 年 2 月——3 月: 查找资料,了解国内外相关工艺,对设计中所涉及到的重要设 备进行初步的熟悉;对整个加氢裂化工艺进行学习,对化工设备进行实地的学习,对 整个设计做到心中有数; 2.2011 年 3 月——3 月中旬: 根据查阅的相关资料,设计自己的设计方案,准备开题; 3.2011 年 3 月中旬——4 月中旬: 查找并计算设计中所需的工艺参数; 4.2011 年 4 月下旬: 画工艺流程图及主要设备图; 5.2011 年 5 月初: 对整个设计进行初步的检查,并最终定稿;

六、主要参考文献
参考文献 1. 刘东,韩斌,崔文龙.重油加氢分散性催化剂的研究现状与进展[J].石油学报,2010,12(4):124~130 2. 尚猛, 李传, 邓文安, 等.渣油悬浮床加氢裂化油溶性催化剂的性能[J].石油学报, 2011,21 (3) 361~366 : 3. 王继乾, 李明, 万道正, 等.渣油悬浮床加氢裂化尾油化学结构及其裂化性能评价[J].石油学报, 2006,22 (5):63~69 4.管翠诗,王宗贤,郭爱军,等.渣油悬浮床加氢裂化水溶性催化剂的硫化[J].石油学报,2004,20(2): 75~80 5.张树义,邓文安,罗辉,等.渣油悬浮床加氢裂化反应机理[J].石油学报,2009,25(2):145~149 6.周家顺,邓文安,阙国和.渣油两段床加氢裂化[J].石油学报,2000,16 (6): 1~5 7.侯芙生.优化炼油工艺过程发展中国炼油工业[J],石油学报,2005,21(3)7~16 8.李立权.提高我国加氢裂化工程技术的对策思考[J], 石油学报,2010,51~58 9.管翠诗,王宗贤,阙国和.两段悬浮床加氢裂化反应研究[J].石油学报,2002,18(4):38~42

2、外文参考文献翻译(译文大于 5000 汉字) 见附件“毕业设计(论文)外文参考文献翻译” 七、审核意见

指导教师对开题的意见:

指导教师签字: 系(院)审核意见:







审核人签字:







说明:1、该表每生一份,系(院)妥善存档; 2、课题来源填: “自选”或“教师指定”或“其它” ,课题类型填: “理论研究”或“应用研究”或 “技术开发”或“实验设计”或“其它” 。 附件:

毕业设计外文参考文献翻译 毕业设计外文参考文献翻译

化学与环境工程学院

系(院)2012 届



目(中文) 渣油两段悬浮床加氢裂化

Slag oil for two for the bed of hydrogen and crack (英文) 英文)

学生姓名 张光辉

专业班 化学工程与工艺(2)班

完成日期: 2012 年 5 月 25 日


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