苯加氢说明

10万t苯加氢技术说明

中冶焦耐工程技术有限公司

2011-5-24

1原料、辅助原料及产品

1.1原料规格

1.1.1粗苯

装置设计能力为年处理粗苯100，000t，原料可处理粗苯或轻苯。原料的质量应符合YB/T5022-93国家标准，其标准如下：

1.1.2氢气

本装置年消耗氢气量约3680×103 Nm3，以焦炉煤气为制氢原料，由PSA变压吸附装置制得，氢气质量指标要求如下：

纯度≥99.9%（V/V）

含甲烷量≤0.1%（V/V）

含氮量＜10PPM

总硫≤2.0ppm（wt.）

CO+CO2≤10.0 ppm（wt.）

H2O ≤30.0 ppm（wt.）

含氧量≤10.0 ppm（wt.）

操作压力： 1.6 MPa (g)

操作温度：常温

焦炉煤气中约含58%的氢气，其质量大致如下：

温度：常温

提取氢气后，排放的的弛放气送煤气净化系统。

1.2原料、辅助原料及产品量表

辅助原材料是指苯加氢装置在开工和正常生产时所需要的各种催化剂和化学试剂等。

1.3产品质量指标

主要产品质量指标如下：

a) 纯苯

b）甲苯

c）二甲苯

d）非芳烃

2建设规模及装置组成

2.1确定原则

本工程依据下列原则确定：

a) 自产或外购的原料总量；

b) 满足国内外一致公认的最小经济规模；

c) 达到高起点、高水准、高附加值、深加工所必需的规模；

d) 综合利用、降低能耗、提高环保水平所需的规模装配水平。

2.2生产规模及单元组成

2.2.1生产规模

本项目苯精制装置的建设规模为年处理粗苯10万t。

年操作时间：8000小时。操作制度：四班三运转。装置的操作弹性为设计

处理能力的50～110 wt%。

2.2.2装置组成

本工程由以下装置组成：

a) 制氢装置：通过PSA变压吸附，由焦炉煤气制备氢气。

b) 加氢蒸馏装置：包括预分馏、蒸发汽化、加氢反应、加氢油稳定、萃取蒸馏及苯类产品蒸馏分离等生产装置。包含导热油循环供热系统。

c) 生产油库装置：包括原料粗苯贮槽和各种产品贮槽的槽区及汽车装卸台。

d) 原料贮存库：包括原料粗苯贮槽。

3工艺技术与设备

3.1工艺技术方案的选择

3.1.1概述

通过对各种加氢及萃取蒸馏工艺技术进行比较，从而选择水平高、技术新、适合本项目情况的工艺技术，作为本项目的工艺技术方案，以建设现代化、高效节能、环境优美的苯加工工厂，使整体技术和装配水平达到国内先进水平，与国际先进技术同等。

3.1.1加氢工艺方案的选择

本项目加工原料为煤气净化车间来的轻苯，主要含有一些烯烃类、二烯烃类、含硫类化合物及含氮类化合物等杂质。加氢净化的目的就是去除这些杂质。以前国内传统的方法是用酸洗法进行脱除净化，但由于其产生再生酸和酸焦油污染，目前还没有好的方法来治理；而且酸洗法的苯类产品质量只能达到溶剂级，其产品收率也很低，目前该法已处于淘汰边缘。而国外焦化苯加工均采用加氢净化工艺，因为它从根本上解决了再生酸和酸焦油污染问题，也减少了酸焦油中的苯损失，故收率高。而且脱硫、氮杂质比较彻底，使得苯类产品质量可以与石油苯相媲美。

目前随着国内要求工艺技术不断进步，及对产品质量的要求也不断提高，酸洗法精苯已不能满足需要，取而代之的就是加氢净化工艺。

粗苯加氢净化工艺主要有高温高压加氢法和低温加氢法两种。所谓温度压力的高低，其实是相对而言的，目前的高温高压法主要指Litol法工艺；而低温加氢法主要有两种工艺：一种是两段气相催化加氢净化工艺；另一种是液相与气相两段催化加氢净化工艺。以下将对几种加氢净化工艺进行比选。

a ）Litol 法高温高压加氢净化工艺，简称高温加氢

Litol 法是较典型的高温高压加氢技术，其主要工艺流程大致如下：

加H 2条件：t=610℃，P ＝6.0MPa 。

粗苯先经预分馏塔分出轻、重苯。重苯用作生产古马隆树脂的原料；轻苯经蒸发汽化后，进入反应器，进行高温高压两段气相加氢处理后，得到加氢油，高压分离器分出的循环氢气，经MEA 脱硫后，大部分返回加氢系统循环使用，少部分送至制氢单元，制得的氢气也返回加氢系统，当循环氢气的浓度不能满足加氢要求时，也有少部分排出，送至改质炉焚烧；加氢油经稳定塔排出尾气后，用作苯产品分离的原料。稳定塔排出的H2S 废气送煤气净化车间，随煤气系统一起处理。循环氢不足部分由外来氢气补充。

b ）BASF 两段气相催化加氢净化工艺，简称气相加氢

该工艺是较典型的低温低压加氢工艺，其主要工艺流程大致如下：

加氢条件：t=300~380℃，P ＝3.0~4.0MPa 。

粗苯经预分馏塔分出轻苯和重芳烃（C 9+），重芳烃（C 9+）可用于生产古马隆，轻苯经汽化蒸发成气相后，进入预反应器和主反应器，进行两段气相加氢后，得到加氢油，经高压分离器分出的循环气体循环使用，加氢油经稳定塔排出尾气后，送萃取蒸馏单元。加氢系统中连续排放部分循环气，以保证循环氢适当的氢气浓

粗苯

度，排出气体随稳定塔排出尾气一起送入煤气净化系统，随焦炉煤气一起处理，同时连续补入用PSA法制得的氢气。

a）LYONDELL液相与气相两段催化加氢净化工艺，简称液相加氢。

该工艺是另一种较典型的低温低压加氢工艺，其主要工艺流程大致如下：

加氢条件：t=300~380℃，P＝3.0~4.0MPa。

粗苯经预分馏塔分出轻苯和重芳烃（C9+），重芳烃（C9+）可用于生产古马隆，轻苯送去加氢。经加压的液相苯与氢气混合，经一段液相加氢反应后，进一步汽化，再进入二段反应器，进行气相加氢反应，得到加氢油，经高压分离器分出循环气体循环使用，加氢油经稳定塔排出尾气后，进入萃取系统。加氢系统中连续排放部分循环气，以保证循环氢适当的氢气浓度，排出气体随稳定塔排除尾气一起送入煤气净化系统，随煤气系统一起处理，同时连续补入用PSA法制得的氢气。

上述几种加氢净化工艺各有特点。下表对比可见一斑：

从上述比较可以看出，高温加氢工艺产品品种单一，应对市场能力相对较差，其110%的苯收率来自甲苯和二甲苯的脱烷基，实际的总芳烃收率不到90%。且反应条件苛刻，反应温度压力都高，造成设备选材、仪表选型要求都高，投资很高，但由于后续分离蒸馏较简单，后续工艺部分的建设成本较低，因此综合考虑投资虽高，还不至于相差悬殊，但操作、维修的难度还是不言而喻的。如果不是特殊指定需要单一苯产品，一般不推荐此工艺。

从上表也可以看出，低温加氢技术较高温加氢有明显优势，也比较适合中国国情。其反应条件、产品质量和收率及工程投资都比较接近。但各种低温加氢工艺流程也各有不同，见下表：

低温加氢工艺流程比较

从上表可以看出，两种工艺无论从产品质量，还是产品收率来讲，都非常接近；但也有一些不同之处，液相加氢由于一段加氢为液相反应，其液相对催化剂的冲刷作用，使催化剂减少表面结焦，从而延长使用寿命。但二段加氢又是气相反应，因此物料需重复加热，能耗相应高一些，同时其设备数量也比气相加氢设备数量多，因此设备投资费用相对高。综合比较，气相加氢工艺略优于

液相加氢，因此本项目推荐采用两段气相加氢净化工艺。

3.1.2萃取工艺选择

经加氢净化处理后的加氢油，是芳烃与非芳烃的混合物，由于芳烃与非芳烃的沸点相差很小，普通精馏很难分离。必须采用特殊的处理工艺，分离出非芳烃。按处理方式分为液相萃取法和萃取蒸馏法两大类工艺，按使用溶剂不同，又有环丁砜、N-甲酰吗啉和复合溶剂等选择。以下将对几种分离工艺进行比选。

1）液相萃取法

原料混合物在萃取塔中经溶剂萃取，萃余物进入水洗塔，水洗得到非芳烃，水洗下来的少量溶剂返回萃取塔；萃取富液经汽提塔汽提，塔顶轻质组分返回萃取塔，塔底富溶剂送入回收塔。回收塔顶采出BTX芳烃，塔底贫溶剂返回萃取塔循环使用。

2）萃取蒸馏法

原料混合物在萃取蒸馏塔中经溶剂萃取蒸馏，塔顶采出非芳烃，塔底富溶剂送入回收塔。回收塔顶采出BTX芳烃，塔底贫溶剂返回萃取塔循环使用。

上述两种工艺技术均能满足对产品的质量要求，而且工艺都很成熟，但适应的场合有所不同。液相萃取工艺适合变化范围较广的原料，尤其当非芳烃含量很高时，其在能耗方面有一定优势，但工艺流程较长，设备数量繁多，这就带来了建设投资大，操作、维修难，溶剂填充量大等一系列问题。萃取蒸馏工艺流程短，设备数量少，尽管首次开工初期达到平衡要复杂一些，但本项目所用原料为焦化粗苯，非芳烃含量很低，且原料组成相对稳定，萃取蒸馏工艺完全能满足要求。因此本项目推荐采用萃取蒸馏工艺技术。

除了萃取工艺的选择，萃取剂的选择也是一个很重要的环节。目前常用的萃取剂：环丁砜、N-甲酰吗啉和复合溶剂等也各有特点。从几种溶剂的理化性能可以看出一些特点，见下表：

环丁砜和N-甲酰吗啉是目前使用较多的两大类溶剂。从上表中可以看出，就其选择性而言，环丁砜的选择性要高于N-甲酰吗啉，因此萃取蒸馏效果更佳；环丁砜可以萃取C6～C8的芳烃，而N-甲酰吗啉仅能萃取C6～C7的芳烃，就是说采用N-甲酰吗啉溶剂，要求加氢油必须先经预蒸馏，脱除二甲苯，方能进行萃取蒸馏，这就要增加设备投资，增加操作费用；而且N-甲酰吗啉热稳定性不如环丁砜，其含氮的分解产物难以从产品中去除，因此造成产品碱性氮偏高。但由于N-甲酰吗啉的PH值为10，即为弱碱性，因此对设备没有什么腐蚀性，

碳钢设备即可满足要求，使得在这一块上的设备投资相对低一些。

相比较而言，环丁砜在水存在下显弱酸性，采用环丁砜作溶剂时，要想采用碳钢材质设备，就必须加一些碱性试剂，如MEA，增加操作复杂性；另外由于环丁砜萃取系统有少量水参与循环，因此操作也要麻烦一些。

综合上述情况，使用环丁砜溶剂，除操作复杂一些以外，其投资、能耗、产品质量都有一定优势。复合溶剂是环丁砜溶剂的改良溶剂，具有更优越的性能，由于其更加优良的选择性和相对挥发度，使溶剂循环比更小（3-7，一般是5），设备尺寸更小（萃取蒸馏塔、回收塔直径仅为其它溶剂萃取蒸馏塔、回收塔的85%），芳烃产品纯度更高（苯纯度可达99.99%），因此经济效益更佳。而且溶剂对芳烃的选择范围更宽，因此对原料的适应性更强。溶剂不需引进。

综上所述，本项目推荐选用改良的复合溶剂。

3.2工艺流程简述

以推荐的工艺技术路线，简述工艺流程如下：

3.2.1制氢

制氢装置采用变压吸附技术，从焦炉煤气中提纯氢气。该部分装置为独立成套设计，其工艺过程简述如下：

从回收车间来的焦炉煤气经气液分离器除去夹带的冷凝液后，一部分送至加氢蒸馏部分作为热源，另一部分经煤气压缩机加压后，送到煤气预处理装置。在此除去煤气中的焦油雾、高碳烷烃、苯、萘、硫化物、氮氧化物等杂质，然后送到变压吸附（PSA）工序，经变压吸附分离，使焦炉煤气中的大部分杂质如CO、CO2、O2、N2、CH4、及C2~C4烃类等被除去，从而氢气得到浓缩和提纯，氢气纯度可达99.9%以上。该氢气再通过除氧干燥后，送到加氢装置，作为加氢精制的原料气。

3.2.2 加氢蒸馏

a) 粗苯预分馏

油库送来的粗苯，在预分馏塔中，负压蒸馏，塔顶采出轻苯油气，经冷凝冷却后，进入回流槽，一部分作为回流，由回流泵送回塔顶，另一部作为轻苯送油库轻苯大槽，作为加氢原料。塔底由导热油加热的再沸器供热。塔底采出的重苯残油送油库重芳烃槽。

b) 加氢净化

预分馏（或油库）送来的轻苯经原料缓冲槽，由高速泵加压后与循环氢混合，进入预蒸发器，通过与主反应流出物换热，部分蒸发后，进入蒸发器，同时蒸发器底由重沸器循环供热。蒸发器顶逸出的混合气经进一步换热后，进入预反应器底部，通过催化剂床层，进行烯烃加氢饱和反应。预反应之后的流出物经加热炉加热进入主反应器，通过主反应器的催化剂床层，进行脱硫、脱氮等饱和反应。

主反应器的流出物通过一系列换热器，被冷却后进入高压分离器进行气液分离，高压分离器顶部排出的循环氢气，少量气体排出，与稳定塔排除酸气一起送煤气净化，其余部分经循环氢气压缩机K.O槽扑雾后，进入循环氢气压缩机，升压后返回加氢系统。为保持循环氢气中的氢气平衡，由补充氢压缩机将新氢气补入加氢系统。液相加氢油和废水再进行油水分离，加氢油利用压差流入稳定塔。加氢油在稳定塔中蒸馏，从塔顶馏出加氢油中的轻碳化合物和溶解在加氢油中的H2、N2、NH3、H2S等气体，经冷凝冷却后进入回流槽，冷凝液回流，分离出的气体送煤气净化车间。塔底的加氢油进入萃取蒸馏单元。

c）萃取蒸馏

加氢净化来的加氢油，经预热器加热后进入萃取蒸馏塔的中部，贫溶剂从萃取塔顶部加入，以洗去蒸汽中的芳烃。塔顶蒸气在冷凝器中冷凝后，进入回流槽，一部分回流，剩余部分作为副产品非芳烃外销。塔底含BTX芳烃馏分的富溶剂送至溶剂回收塔，在真空条件下，BTX与溶剂分离。塔顶BTX气体经冷凝器冷凝后进入回流槽，一部分回流，另一部分送到BTX分离蒸馏部分。溶剂回收塔底的热贫溶剂，经多次换热和冷却之后，再送回萃取塔顶部循环使用。

d）BTX分离蒸馏

从溶剂回收塔回流槽来的BTX馏分，经白土塔处理后，进入苯塔，塔顶蒸汽冷凝冷却后，进入回流槽，塔顶全回流，顶部侧线切取纯苯产品，冷却后送往油库。塔底苯残油，一部分循环经重沸器给塔供热，另一部送甲苯塔蒸馏。甲苯塔顶蒸汽冷凝冷却后，进入回流槽，一部分送回流，其余作为甲苯产品送至油库。塔底甲苯残油，一部分循环经重沸器给甲塔供热，另一部送二甲苯塔蒸馏。二甲苯塔顶蒸汽冷凝冷却后，进入回流槽，塔顶全回流，在塔中上部侧

线抽出二甲苯产品，冷却后送至油库。塔底二甲苯残油，一部分循环经重沸器给二甲塔供热，另一部经冷却后，送至油库。

3.2.3 生产油库

粗苯、轻苯、中间产品和苯类产品通过管道进入各相应贮槽。粗苯和中间产品用泵送往加氢及有关装置处理，苯类产品装车外销。

产品外运全部采用汽车槽车运输方式。

油库设置油放空槽和水放空槽。放空油用泵送回粗苯槽，分离水用泵送至油水分离器，分离出的废水送机械化氨水澄清槽，油入油放空槽。

3.2.4导热油系统

本设计采用导热油炉系统加热，导热油炉规格约为1420万kcal/h，采用T55规格的导热油，首次填充约90吨。导热油炉系统主要设备包括：导热油加热炉1台

导热油循环泵3台

导热油膨胀槽1台

导热油放空槽1台

导热油系统补充泵1台

导热油过滤器1台

相应控制系统1套

3.3主要设备选择

按推荐的工艺技术路线，主要设备选型如下：

3.4 工艺特点

推荐的工艺技术路线，具有如下特点：

a）技术先进成熟、可靠，产品质量高，纯苯纯度可达到99.95%以上；甲苯纯度可达到99.8%以上。

b）采用高活性的Ni-Mo、Co-Mo催化剂和高选择性的复合溶剂进行粗苯精制，可以有效地清除粗苯中的非芳烃、硫化物、氮化物等杂质；

c) 溶剂热稳定性好，在220℃下连续操作不聚合；

d) 产品收率高：纯苯、纯甲苯的收率均为97.5％以上；

e) 因加氢装置操作温度、压力低，所需绝大多数设备、管道、仪表及备品备件均可立足国内解决；

f) 装置有很大的灵活性，原料量和原料组成可在较大的范围内变化。装置能力最小可为设计能力的50％，最大为110%。

g) 设计中充分利用工艺生产过程中的余热换热，以降低能耗，提高企业的经济效益；

h) 溶剂无毒性，整个工艺过程几乎不产生废渣废液，基本上消除了三废，环保效果好。装置内各排放点放出的废气，集中后排入吸煤气管道，不直接外排。废水量少，仅5 m3/h左右，送至煤气净化系统蒸氨后，统一排入集中的污水处理系统。

3.5 主要环保和节能措施

推荐的工艺技术路线，主要采用如下环保节能措施：

a稳定塔排放的含硫化氢排气，H2S含量约30%（W/W），送煤气净化车间脱硫装置。

b 真空泵排出的真空排气，约含50%芳烃，送加热炉焚烧。

c 安全阀排气，主要含芳烃或氢气，送吸煤气管道；

d 高压分离槽排水送至煤气净化车间处理；

f 各原料泵，回流泵、抽出泵、循环泵、产品输送泵及真空泵等均采用小型泵，选用低噪声泵，噪音小于85dB；

g 对于噪音较大的氢气压缩机等设备设单独基础，且设有减振设施，使噪音达到85分贝以下。

h 采用高效催化剂，降低能耗。

i 设计中充分采用换热，以利用加氢反应产生的热量及其他高温介质热量。

j 尽量采用低能耗、高效率泵，以节约电能。

K油库贮槽采用浮顶槽或呼吸阀等措施，减少苯类气体挥发及有害气体外排。

3.6设备分交

按推荐的工艺技术路线，除以下设备引进外，其余均立足国内：

加氢原料泵2台

补充氢压机2台

循环氢压机2台

预反应器催化剂5m3

主反应器催化剂14m3

4 装置占地

约5万m2

5 投资估算见附表