半再生催化重整装置贫料和富料工艺流程的选择

刘传强， 李小娜

（中国石油华东设计院，山东 青岛 266071）

半再生催化重整装置贫料和富料工艺流程的选择

刘传强， 李小娜

（中国石油华东设计院，山东 青岛 266071）

以2套100 kt/a半再生催化重整装置为例，从预分馏、氢气流程以及重整产氢提纯方案工艺流程进行讨论分析，发现对贫料装置宜采用预加氢氢气循环和重整产氢再接触流程，对富料宜采用先分馏后加氢和重整产氢一次通过式流程。

催化重整； 半再生； 预处理； 再接触

催化重整是以石脑油为原料生产高辛烷值汽油组分和芳烃的主要过程之一，就其工艺而言可分为半再生重整、循环再生重整和连续再生重整三大类。半再生式重整具有装置投资小、操作费用低、适于不同的生产规模等特点，在重整工艺中仍占有重要地位[1]。由于受生产周期限制，半再生重整一般操作苛刻度相对较低，操作条件受原料的芳潜影响较大。本文以规模均为100 kt/a加工贫富不同原料油的两套半再生重整装置为例，就原料预分馏、氢气流程和重整产氢提纯方案进行分析，以选取最合理的设计方案。

1 原料及操作条件

装置的原料为直馏石脑油和部分加氢汽油，主要生产高辛烷值汽油组分，原料性质见表1。A装置为贫料，芳潜仅有29.42%，其中环烷烃和芳烃含量较低，烷烃含量高，原料组成不利于提高汽油收率和氢气产率，是一种较差的重整原料。B装置为富料，芳潜较高，是极好的重整原料。重整反应条件如表2。

2 工艺流程选择

2.1 预分馏流程

石脑油在进重整反应之前需进行拔头处理，主要有两种典型流程：一种是先分馏后加氢流程，另一种是先加氢后分馏流程[2]。

表1 原料性质Table 1 Feedstock properties

先分馏后加氢流程是在预加氢之前设置预分馏塔进行拔头，预加氢之后设置蒸发塔用于脱除重整进料中的H2O、H2S、NH3等杂质和轻烃。此种流程适用于加工低硫直馏石脑油，其拔头油没有特殊的要求，仅作为汽油的调合组分，优点是预加氢的规模较小，操作负荷较低，流程示意图如图1所示。

表2 重整反应条件Table 2 The reactive conditions of reforming section

随着加工原油硫含量的不断增加，拔头油的硫含量也相应增加，一般不能直接作为汽油调和组分，因此，还需要对拔头油进行加氢处理，这就需要采用先加氢后分馏流程，即全馏分都要进行加氢处理之后再进行汽提和拔头。此种流程有2种，一种是先汽提后分馏的工艺流程，即在汽提塔中脱除H2O、H2S、NH3和轻烃，然后再经石脑油分馏塔脱出其中的轻石脑油，分馏塔底油作为重整进料，其示意流程见图 2。另一种是“二塔合一”的工艺流程，即预分馏塔和蒸发塔二塔合一，在蒸发塔中完成脱除H2O、H2S、NH3和轻烃，同时又需要将轻石脑油切除，蒸发塔底油作为重整进料。由于蒸发塔顶的轻石脑油中含有硫化物等杂质，一般需设拔头油汽提塔，塔底分离出不含有硫的轻石脑油，流程见图3。这两种流程都可以得到馏程范围和杂质含量合格的重整进料，能耗大致相当，先汽提后分馏流程操作稳定、灵活，“二塔合一”流程投资略低一些[3]。

2.2 预加氢氢气流程

预加氢是将原料油与氢气反应除去其中的杂质，满足重整进料的要求，使用的氢气通常为重整产氢。加氢流程有2种，即一次通过式和循环氢。

图1 先分馏后加氢预处理流程示意图Fig. 1 The process flow diagram of fractionation before hydrotreating

图2 先加氢后分馏预处理流程示意图Fig. 2 The process flow diagram of hydrotreating before fractionation

图3 “二塔合一”预处理流程示意图Fig. 3 The process flow diagram of combined stripping-fractionation

一次通过式就是重整产氢通过增压后全部一次通过预加氢系统，从预加氢气液分离罐排出，其流程见图4。

图4 重整产氢一次通过式预加氢流程示意图Fig. 4 The flow diagram of reformer hydrogen one pass process

此种流程比较简单，重整产氢纯度可提高2～4单位。但是由于重整产氢通过预加氢系统后含有H2S、NH3等杂质，不能满足对氢气杂质含量有要求的下游用氢装置。一次通过式流程适用于原料中硫、氮含量比较低，预加氢压力不太高的情况。

循环氢流程就是含氢气体经预加氢循环氢压缩机压缩后循环使用，消耗的氢气由重整产氢补充，典型的流程见图 5。此种流程氢油比小，但流程相对复杂。

图5 氢气循环式预加氢流程示意图Fig. 5 The process flow diagram of hydrogen gas recycle

2.3 重整产氢提纯

重整装置副产的氢气除了少量用于预加氢外，其余大部分送出作为加氢装置用氢。由于半再生催化重整装置的高分压力仅为1.0～1.2 MPa(g)，如果重整产氢直接从重整高分外送将携带较多的轻烃，氢气纯度较低，同时也降低了重整装置的液收。通常，半再生重整装置的重整产氢或是通过预加氢系统提纯，或是在重整部分设置再接触系统提纯[4]。

2.3.1 提纯方案

产氢提纯通常有以下4种方案。

方案1：重整产氢一次通过预处理系统提纯，预处理部分采用先分馏后加氢流程，预加氢气液分离罐压力为2.0 MPa(g)，温度为40 ℃。流程见图4。

方案2：重整产氢一次通过预处理系统提纯，预处理部分采用先加氢后分馏流程，预加氢气液分离罐压力为2.0 MPa(g)，温度为40 ℃。

方案3：重整产氢采用再接触系统提纯，再接触压力为2.0 MPa(g)，温度为40 ℃，预处理部分采用先分馏后加氢和氢气循环流程。流程见图6。

图6 重整产氢再接触流程示意图Fig. 6 The process flow diagram of reformer hydrogen recontacting system

方案4：重整产氢采用再接触系统提纯，并设置冷冻系统，再接触压力为2.0 MPa(g)，再接触温度为4 ℃，预处理部分采用先分馏后加氢和氢气循环流程。流程见图7。

图7 带冷冻设施的重整产氢再接触流程示意图Fig. 7 The process flow diagram of reformer hydrogen recontacting system including chilling system

2.3.2 提纯方案分析

为了获得最优提纯方案，本文利用模拟软件对上面4种方案进行了模拟分析计算，结果见表3。

表3 氢气提纯计算结果Table 3 The calculation results of hydrogen purification

从表3可以看出，如果不采取提纯措施，外送氢中将携带大量轻烃，氢气纯度较低，尤其对于A装置，产氢纯度仅有69.18%，不仅影响重整液收，而且还会对下游装置操作带来严重的影响。经过提纯后，不论采取哪种方案，氢气纯度都有不同程度的提高，对A装置，效果更加明显，最高增加9个单位。B装置由于重整产氢纯度比较高，经过提纯后，氢气纯度最大仅增加4个单位。4种方案中方案2与方案3的提纯效果不好，方案1与方案4的提纯效果基本相当。

方案3采用氢气再接触流程，再接触吸收油为重整生成油，由于重整反应过程中裂化反应生成大量小分子烃类，C5-组分含量高，使得吸收效果不佳，提纯效果较差，但外送氢气中不含 H2S、NH3等杂质。方案4提纯效果最好，尤其A装置，与提纯前相比每年可多回收6 584 t轻烃，效益可观。但采用此种流程，需要增设一套冷冻系统及相关设备，投资要增加约300万元，而且流程复杂，能耗及操作费用较高。

2.4 流程选择

2.4.1 A装置

此装置混合石脑油硫含量较高，若采用先分馏流程，拔头油中H2S含量高，不利用于汽油调合，故采用先加氢后分馏流程。分馏部分采用先汽提后分馏流程，以提高操作的稳定性和灵活性，增强对原料波动的适应性。由于重整产氢纯度仅有69.18%，无论采用氢气一次通过式还是循环氢流程，预加氢反应氢气分压都无法达到脱硫脱氮的深度，因此本设计采用氢气循环流程，PSA氢气作为氢源，缺点是循环氢压缩机规格比较小，制造有一定难度。同时在重整产氢部分设置了一套再接触系统对氢气进行提纯，考虑到装置规模较小，若增加一套冷冻系统，设备投资相对增加较高，并且氢气纯度提高幅度不大，经济上不太合适，因此采用提纯方案3进行设计。

2.4.2 B装置

此装置原料性质极好，硫含量比较低，在苛刻度较高的反应条件下，液收和重整产氢纯度都比较高。由于炼厂无法提供重整开工用氢源，因此，在装置内采用了石科院粗汽油制氢技术，以提供重整开工用氢。此技术以适当馏分的粗汽油为原料，采用高铂小球作为催化剂进行反应制取氢气和精制油[5]，仅在预加氢反应器旁并联一制氢反应器，流程简单，投资少，操作安全、简便。此技术所用粗汽油中轻馏分越少产氢纯度越高，因此，预加氢部分采用先分馏后加氢流程，这样也由于加氢反应进料量的减少使设备尺寸相应减小，降低了设备投资。本装置重整氢纯度比较高，氢气流程既可采用一次通过式，也可采用氢气循环式，若采用氢气循环式，方案3或方案4均可采用，但方案4比方案3氢气纯度仅提高 0.5个单位，还要增加一套冷冻系统，经济上不合算。若采用一次通过式，即方案1，仅需增加 1台增压机将重整产氢全部压缩后，一部分进入预加氢反应系统，以满足氢油比，其余部分直接与换热后的预加氢产物混合，经冷凝冷却后进入预加氢产物分离罐分离。此方案外送氢纯度比方案3提高约1.5个单位，但氢气含H2S、NH3。由于下游用氢装置为柴油加氢精制，对氢气中H2S、NH3等杂质含量要求不太严格。结合以上情况，最终采用方案1进行设计。

3 结 论

（1）原料的性质对半再生重整装置预加氢氢气流程和重整产氢提纯方案会产生一定的影响，设计中要综合各方面因素以选择最优流程。

（2）对于设有粗汽油制氢工艺要求的半再生重整装置，预处理部分宜采用先分馏后加氢流程。

（3）对于处理较贫原料的装置，重整产氢宜采用再接触流程进行提纯氢气回收轻烃。当下游用氢装置对氢气杂质没有严格要求时，对加工富料的装置宜采用氢气一次通过式流程，节省投资，增加效益。

[1] 张大庆，张玉红，藏高山. 半再生重整技术的现状及发展[J]. 石油炼制与化工，2007，38（12）：11-15.

[2] 杨建成. 重整装置预处理部分工艺技术方案对比[J]. 炼油技术与工程，2006，36（2）：8-12.

[3] 王纯海，邵文. 重整装置原料预处理部分的优化设计[J]. 山东化工，2006，35（3）：23-25.

[4] 刘永芳. 催化重整装置的几点设计改进[J]. 石油炼制与化工，2002，33（4）：12-16.

[5] 付锦晖，刘贞华，金欣，等. 催化重整装置粗汽油开工技术工业应用的若干问题[J]. 石油炼制与化工，1998，29（5）：4-7.

Selection of Process Flows for Semi-regeneration Catalytic Reforming Unit With Lean Feedstock or Rich Feedstock

LIU Chuan-qiang，LI Xiao-na
(CNPC EastChina Design Institute, Shandong Qingdao 266071, China)

Taking two 100 kt/a semi-regeneration catalytic reforming units as an example, process flows including prefractionation, hydrogenation and gas purification were analyzed. It is concluded that the hydrogen recycle process and reformer hydrogen recontacting process can be used to the unit with lean feedstock and for rich feedstock unit fractionation before hydrotreating and reformer hydrogen one pass process should be adopted.

Catalytic reforming；Semi- regeneration；Pretreatment；Recontacting

TE 624.4+2

A

1671-0460（2011） 02-0139-04

2010-11-29

刘传强（1979-），男，工程师，硕士，山东菏泽人，2005年毕业于天津大学化学工艺专业，研究方向：长期从事炼油设计工作。E-mail：liuchuanqiang@cnpccei.cn，电话：0532-80950726。