加氢精制设计工艺计算

1加氢精制装置工艺计算2008年9月20日2目录第一章加氢精制原料油选择及产品性质…………………1页1.加氢精制原料油的选择…………………………1页2.加氢精制产品性质………………………………1页第二章装置加工能力的确定及物料平衡…………………1页1.加氢精制装置加工能力的确定…………………1页2.加氢精制装置相关物料平衡计算………………1页3加氢催化剂的选择………………………………1页第三章装置新氢耗量计算………………………………页1.氢气来源…………………………………………2.新氢耗量计算……………………………………第四章装置气体平衡及物料平衡计算………………1页1装置气体平衡计算……………………………2装置物料平衡计算……………………………第五章反应器工艺计算……………………………………1.反应器内反应热计算…………………………2.反应器床层温升的计算………………………3.反应器直径的计算……………………………第六章系统换热方案…………………………………1页第七章反应系统压力降计算…………………………1页第八章加热炉热负荷计算………………………………1页3第九章塔及冷换设备计算………………………………1页第十章安全阀计算………………………………………1页第十一章泵及压缩机核算…………………………………1页第十二章加氢园筒炉工艺计算……………………………1页4第一章原料油选择要求及生成油、产品性质加氢精制装置主要选择二次加工装置的中间馏分油为原料，这部分含硫、氮、氧、烯烃的馏分油稳定性较差，不能作为产品直接进入市场，需经过加氢精制装置处理，饱和烯烃、脱去硫、氮、氧非烃化合物及重金属。如焦化装置的汽油、柴油及催化裂化装置的柴油，这些馏分油含有大量硫、氮、氧化合物及烯烃，稳定性较差，必须进入加氢精制装置进行加氢处理后方可车用。1.加氢精制装置对原料油选择要求：①为防止原料油中灰分及固体颗粒被吸附在催化剂表面使催化剂中毒，或堵塞催化剂间的空隙引起床层压降增大，要求原料油中灰分及固体含量不大于0.005%.②原料油含水，会造成催化剂粉碎及裂解活性物质流失，要求原料油含水量控制不大于0.5%。③装置加工两种以上原料油时，由于原料组分不同、比重不同、反应热也不同，会影响催化剂反应及反应器床层温度的稳定。原料进装置前必须混合均匀。④原料油含硫量一般控制范围为0.3～2%。较低的含硫量，会影响催化剂的正常运行，需补硫维持催化剂硫化态运行。较高的含硫量，会造成循环氢中硫化氢含量超标，产生硫化氢腐蚀，需采取循环氢脱硫措施。⑤原料油中胶质、沥青质对加氢催化剂运行不利，胶质、沥青质不能进行反应转换为烃类，只能缩合形成焦碳吸附或覆盖在催化剂表面，使催化剂5失活，导至加氢装置不能正常运行。目前加氢精制原料一般选择焦化汽油、焦化柴油、催化柴油为原料。也有的参炼其它二次油来补充加氢装置原料。原料油性质焦化汽油焦化柴油催化柴油混合油混合比例%12%43%45%100%密度d2040.72900.85690.91200.8663馏程℃HK6820220018510%101226.5221208.920%107.5236230217.830%116.5246240227.740%126.5256245235.550%136265254244.560%146.5274.5265254.870%156.5284.5270262.680%167298.5300283.490%179.5337320317.4KK202.5351343330凝点℃溴价87.7483547胶质硫PPm1323013205700010415氮PPm碱性氮PPm240327310001886苯胺点5348十六烷值464646辛烷值65族组成%正构烷烃异构烷烃单烯烃双烯烃环烷烃单环芳烃多环芳烃62加氢精制生成油、产品性质原料油经加氢精制，发生了性质变化，非烃化合物转化为烃类和硫化氢、氨盐及水。不稳定的烯烃转化为烷烃。加氢反应过程体积减小，液体收率增加。加氢精制过程，汽油辛烷值降低，柴油十六烷提高，密度降低。加氢精制过程也进行加氢裂解反应，伴有裂解气体产生。加氢生成油、产品性质生成油石脑油柴油气体＋损失收率%100%15%82%3%密度d2040.82060.71880.8429馏程℃HK1564818010%189.57821420%30%217.510624240%50%24412227160%70%271.513830180%90%308.5166340KK329188360凝点℃闪点55溴价胶质mg/100ml60硫mg/g200500氮mg/g碱性氮PPm500氧化安定性2.0十六烷值—45辛烷值65族组成%直链烷烃侧链烷烃环烷烃单烯烃7双烯烃芳烃（单环）（双环）第二章装置加工能力的确定及物料平衡计算㈠加氢精制装置处理量、循环氢量的计算处理量：40万吨/年；年开工小时：8000h原料油密度：0.86631装置小时进料量计算：①质量进料量(G)=400000.000Kg/8000h=50000Kg/h②体积进料量（V）=50000Kg/h÷0.8663=58m3/h2.装置各种氢气量的计算：ρ①新氢量的计算：设计耗氢：1.26%（w）新氢量=50000Kg/h×1.26%÷2×22.4÷95%=7427NM3/h②循环氢量的计算：设计氢油比为550：1；氢纯度：95%；新氢补入量：7500Nm3/h循环氢量=550/0.95×58=33579Nm3/h③循环氢机排量的计算：循环氢机排量=33579Nm3/h－7500Nm3/h=26078Nm3/h8㈡装置几种氢气组成及有关计算1.工业氢组成及流量、平均分子量及气体重度计算组成体积(V)%NM3/hKg/hH299.97492.5668.9CH40.17.50.67CO＋CO2＜20PPm合计1007500669.64M平=669.64÷7500×22.4=2ρ=669.64÷7500=0.0892.高压分离器分离氢组成、流量、平均分子量及气体重度计算组成循环氢量NM3/hH2SH2CH4C2H6C3H8C4H10H2O∑1.393.54.40.40.20.10.1100NM3/h26078339243831147.4104.352.226.0826.0826078Kg/h395851.453701174.115.837.923.963.963958M平=3958÷26078×22.4=3.4ρ=3958÷26078=0.153.混氢组成、流量、平均分子量及气体重度计算组成NM3/hH2SH2CH4C2H6C3H8C4H10H2O∑循环氢Nm3/h339243831147.4104.352.226.0826.0826078Kg/h51.453701174.115.837.923.963.963958新氢Nm3/h—7492.57.5————7500Kg/h668.90.67合计Nm3/h33931875.51154.9104.352.226.0826.0833578组成%1.094.93.40.310.150.0770.077100合计Kg/h51.454370174.7715.837.923.963.964627.9组成%1.1194.43.780.340.170.0860.086100M平=4627.9÷33578×22.4=3.09ρ=4627.9÷33578=0.1494.反应器床层急冷氢量的计算①急冷氢量计算:（由表量计算）Q急=新氢量＋循氢机排量－混氢量新氢量循氢机排量混氢量急冷氢量流量NM3/h750026078315782000②急冷氢量计算:（由油气热焓值计算）10第三章加氢精制装置新氢耗量计算一氢气来源:①加氢精制装置氢气可来源于重整装置，但是重整氢纯度较低，一般在85%，影响加氢氢纯度。②加氢精制装置氢气主要来源于制氢装置，而制氢装置工艺大部分采用水蒸汽—轻烃转化法制氢。一般制氢原料为焦化干气、催化干气、天然气。③另外加氢精制装置氢气也可来源于水煤气制氢、甲醇制氢。二.加氢精制装置新氢耗量计算:加氢精制装置总耗氢:包括化学耗氢、溶解损失、设备泄漏和放空损失。化学反应耗氢是指原料油烯烃饱和需耗氢，硫、氮、氧非烃化合物脱出硫、氮氧需耗氢。溶解损失耗氢是指溶解在高压分离器中油中的氢气随高分油带入低压系统释放进入瓦斯系统造成一部分氢气损失。设备泄漏损失耗氢是指氢气由临氢系统设备泄漏至空间造成的外漏损失。放空损失耗氢是指为保持循环氢纯度，降低硫化氢含量而进行的定期排放废氢所造成的氢气损失。㈠估算法计算耗氢：⑴计算基础数据①化学耗氢：11a饱和单烯烃耗氢：每降低一个单位溴价需要氢气，原料比重0.7～1.0，氢气耗量为0.89nm3/h～1.36nm3/h。双烯烃耗氢为单烯烃的2倍。100%不饱和原料油的耗氢量原料组分比重平均耗氢量Nm3/m3原料油平均耗氢量Nm3/t原料油焦化汽油0.7587159210焦化汽油0.7769140179裂化原料油0.8017124155焦化原料油0.8251109132焦化原料油0.849897114催化原料油0.87628294催化原料油0.90427078催化原料油0.93405761b脱硫、氮、氧耗氢：还原1%的硫、氮、氧为H2S、NH3和水，并饱和除去硫、氮、氧的化合物需氢量名称耗氢量含硫化合物（硫醇、硫醚）12.5Nm3/m3原料油含氮化合物（吡啶、吡咯）53.7Nm3/m3原料油含氧化合物（环烷酸）44.6Nm3/m3原料油②溶解损失耗氢：名称油中溶解氢量汽油6.4～10.0（平均8.2）Nm3/m3原料油馏分油4.1～7.70（平均5.9）Nm3/m3原料油减压瓦斯油3.4～6.80（平均5.1）Nm3/m3原料油③放空损失耗氢：125～10Nm3/m3原料油。⑵耗氢计算公式①转换公式：VH2=（1000×22.4）÷M平VH2—重量耗氢量M平—平均分子量②化学耗氢量计算公式：VH2=（12.5S＋20.9N＋12.1O）＋2.82(141.5/d－131.5)(CnH2n＋2CnH2n-2)式中VH2—化学耗氢，nm3/tS—加氢脱除的硫含量，重%N—加氢脱除的氮含量，重%O—加氢脱除的氧含量，重%d—原料油比重CnH2n—加氢脱除的单烯烃含量，%CnH2n-2—加氢脱除的双烯烃含量，%③硫、氮、氧及单烯烃脱除量计算公式：S=SF－YSPCnH2n=（CnH2n）F－Y(CnH2n)P式中SF，（CnH2n）F—原料油硫和单烯烃含量，%SP，（CnH2n）P—生成油硫和单烯烃含量，%Y—生成油收率。13⑶估算法计算耗氢量14㈡常用的计算方法1计算基础数据①化学耗氢和硫化氢、氨、甲烷、乙烷等生成气体的物料平衡。②新氢组成。③气体的溶解系数（Nm3/t.气压）即H2、CH4、CO、CO2、H2S、NH3等气体溶解在生成油的数量。④氢分压、循环氢纯度。⑤设备泄漏损失气量15反应器高分低分16