加氢裂化装置生产原理

加氢裂化装置生产原理

原料进入装置与氢气混合，经加热到一定温度首先进入精制反应器，用床层冷氢控制合适的反应温度，在保护剂和精制催化剂的作用下，发生加氢脱金属（HDM）、加氢脱硫（HDS）、加氢脱氮（HSN）、加氢脱氧（HDO）及不饱和烃（烯烃类、芳烃）的加氢饱和等反应，生成杂质很低，且氮含量≯10ppm 的精制油，然后进入裂化反应器，用床层冷氢控制合适的反应温度，继续在裂化催化剂和后精制催化剂作用下，发生加氢异构化和裂化（包括开环）反应及部分精制反应，获得所需转化率下产品分布的裂化气，经初步降压降温分离后，大部分气相进入循环气系统，经循环机后在反应系统循环使用，维持反应系统压力和反应系统所需氢气，为保证循环气中的氢纯度，则由新氢机不断补充反应系统氢气的不足。小部分气相经本装置脱硫塔后，与重整氢一起做PSA原料；液相则先进入脱丁烷和脱乙烷塔，进一步气液相分离，分离出液化气、干气和反应生成油，液化气出装置去二催化碱洗，干气经本装置轻烃吸收塔后，出装置去干气脱硫装置；生成油先进入常压塔，分离出轻、重石脑油、航煤、柴油和尾油，轻、重石脑油、航煤、柴油分别出装置，而尾油则进入减压塔，经过减压蒸馏，生产出乙烯料、轻、中、重润滑油，分别出装置。其中部分的尾油循环到原料过滤器的入口再次加氢裂化。

1.1反应原理

加氢裂化工艺过程的反应概括为两类：

加氢精制：一般指杂原子烃中杂原子的脱除反应如加氢脱金属（HDM）、加氢脱硫（HDS）、加氢脱氮（HSN）、加氢脱氧（HDO）及不饱和烃（烯烃类、芳烃）的加氢饱和，这些反应主要发生在单段串联流程的第一反应器或两段流程的第一段

加氢裂化：烃类的加氢异构化和裂化（包括开环）反应。发生在单段串联流程的第二反应器或两段流程的第二段

1.1.1加氢精制反应

1.1.1.1 加氢脱金属

就是通过加氢工艺从重油中把含金属的有机杂质脱除。

金属组分主要浓集在540℃以上的馏分中，石油中的金属组分主要是钒和镍，就馏份油加氢裂化装置而言，进料中还含有在原油一次加工过程中产生的铁，一般与硫、氮、氧等杂原子以化合物或络合物状态存在，在加氢脱硫、氮、氧时，也脱除了金属，相对而言，加氢脱金属反应进行比较容易；

这些金属组分无论以任何形式在催化剂上沉积都可能造成催化剂微孔堵塞或催化剂活性位的破坏而导致催化剂失活，为降低床层催化剂失活速率和保证装置长周期运行，

在精制反应前部床层一般装填大孔径、活性相对不高的保护剂，用于脱除进料中的金属组分，被脱除的金属组分在催化剂微孔、表面或间隙间沉积，所以对保护剂床层来讲，必须具备较强的容金属性，否则将造成床层压降在短时间内升高，严重时装置必须停工进行撇顶处理，因此，对装置长周期运行而言要严格控制进料中重金属含量。

1.1.1.2加氢脱硫

石油馏分中的硫分布规律：石油馏分中典型的含硫化物主要硫醇类RSH、二硫化物RSSR/、硫醚类与杂环化合物（噻吩硫、苯并苯酚、二苯并苯酚和萘苯并苯酚及其烷基衍生物等）；直馏馏分中，硫的浓度一般随着沸点的升高而增加，但硫醇含量较高的石油，低沸点馏分的含硫量更高些；杂环硫化物在直馏馏分中占硫化物的三分之二，在裂化馏分中硫化物基本上是杂环硫化物。

石油馏分中的各类含硫化合物的c-s键是比较容易断裂的，c-s键断裂后生成相应烃类和硫化氢，最难脱除的是4，6位烷基二苯并噻吩。

如：硫醇：

硫醚：

二硫化物：

R R

+ H H2

H

S S

H2

+

R H2

H2

H2S

S＇

R

+R+

H H2

H2S

＇

R

R

S

R S＇

R+H2R S

H

R S

++2 2

H

＇

R++

噻吩：

+ H C4H10SH C4H10+H2S

有机化合物的加氢脱硫是放热反应，基本上是不可逆的，不存在热力学限制，随温度升高，平衡常数越小，从热力学分析较高的压力和较低的温度有利于加氢脱硫反应。

在加氢脱硫反应过程中，不仅有机硫化物有自阻作用，

同时碱性氮化物是加氢脱硫反应最强的阻滞剂之一。

1.1.1.3 加氢脱氮

石油馏分中的氮化物随着沸点的升高而增加，在较轻的

馏分中，单环、双环杂环氮化物占支配地位，而稠环含氮化

合物则浓集在较重的馏分中；氮化物可分为非碱性氮化物和

碱性氮化物，氮化物是加氢反应尤其是裂化、异构化和氢解

反应的强阻滞剂，而且研究表明，油品的使用性能尤其是安

定性与HDN深度和氮含量有关；石油馏分中含氮化合物主要

是吡咯类和吡啶类含氮杂环化合物，也有少量胺类和腈类

加氢脱氮反应涉及三类反应：杂环加氢饱和、芳烃加氢饱和、C-N 键的氢解；最终生成烃类和氨

如胺类：

吡

啶：

喹啉：

脱氮比脱硫难，是强放热反应，在含稠环杂环氮化屋较多的HDN

工业实践中，为了得到令人满意的脱氮率，往往采+ H

2CH 3(CH 4)2NH

2C 5H 12 NH

3

+

+ H

2+ H

2NH 2

C 3H 7

+ H

2C

3H 7+NH

3

R R +H 2H +NH 2NH 3

取较高的反应温度和压力，前者是为了提高氢解反应速率，后者是为了提高杂环氮化物加氢产物浓度；

氮化物具有其强吸附性而对其他加氢反应具有及强的阻滞作用，而其他加氢反应只能轻度阻滞加氢脱氮反应，在某些环境中，加氢脱硫和加氢脱氧反应实际还促进了加氢脱氮反应的进行，同时，由于氮化物的强吸附性，其自阻滞效应和彼此阻滞效应都较明显

1.1.1.4 加氢脱氧

石油馏分中的氧含量远远低于硫氮化合物，通常在0.1%以下，有机氧化物主要以羟酸和酚类为主；

加氢脱氧反应机理上一种先加氢后脱氧（与加氢脱氮相似）；一种直接脱氧（与加氢脱硫相似）；酚类脱氧比羟酸困难

环烷酸：

酚：呋喃：O H

+H2

=+H2O

COOH

+3H2=CH3+2H2

O +H2=C4H10+H2O