一、裝置簡介
重油輕質(zhì)化基本原理是改變油品的相對分子質(zhì)量和氫碳比，而改變相對分子質(zhì)量和氫碳比往往是同時進行的。改變油品的氫碳比有兩條途徑，一是脫碳，二是加氫。
加氫裂化屬于石油加工過程的加氫路線，是在催化劑存在下從外界補入氫氣以提高油品的氫碳比。加氫裂化實質(zhì)上是加氫和催化裂化過程的有機結(jié)合，一方面能使重質(zhì)油品通過裂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為汽油、煤油和柴油等輕質(zhì)油品，另一方面又可防止像催化裂化那樣生成大量焦炭，而且還可將原料中的硫、氯、氧化合物雜質(zhì)通過加氫除去，使烯烴飽和。
加氫處理裝置不僅能夠提高原油的收率，而且可獲得高質(zhì)量的輕質(zhì)燃料油?，F(xiàn)代化的煉油廠無不把加氫處理裝置列為必上項目。根據(jù)原料油的不同，預(yù)期獲得的產(chǎn)品類型不同。加氫處理裝置分為加氫精制裝置、加氫脫硫裝置、加氫裂化裝置、潤滑油加氫裝置等類型。這里介紹加氫裂化裝置。
加氫裂化裝置的原料油主要是上游裝置如常減壓、催化、焦化的重質(zhì)餾分油、渣油或其混合物。這些重質(zhì)油在一定的壓力、溫度條件下，并在催化劑的作用下與氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達到使重質(zhì)油變?yōu)閮?yōu)質(zhì)輕質(zhì)燃料油的目的。加氫裂化裝置的產(chǎn)品主要有高級汽油、航空煤油、低凝固點柴油、石腦油等。
原料：重質(zhì)油等。產(chǎn)品：輕質(zhì)油（汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烴的原料）。
二、典型加氫裂化裝置的工藝及特點
加氫裂化裝置生產(chǎn)流程，按反應(yīng)器中催化劑所處的狀態(tài)不同，可分為固定床、沸騰床和懸浮床等幾種。
1. 固定床加氫裂化
固定床是指將顆粒狀的催化劑放置在反應(yīng)器內(nèi)，形成靜態(tài)催化劑床層。原料油和氫氣經(jīng)升溫、升壓達到反應(yīng)條件后進入反應(yīng)系統(tǒng)，先進行加氫精制以除去硫、氮、氧雜質(zhì)和二烯烴，再進行加氫裂化反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)降溫、分離、降壓和分餾后，目的產(chǎn)品送出裝置，分離出含氫較高（80％，90％）的氣體，作為循環(huán)氫使用。未轉(zhuǎn)化油（稱尾油）可以部分循環(huán)、全部循環(huán)或不循環(huán)一次通過。
2. 沸騰床加氫裂化
沸騰床（又稱膨脹床）工藝是借助于流體流速帶動具有一定顆粒度的催化劑運動，形成氣、液、固三相床層，從而使氫氣、原料油和催化劑充分接觸而完成加氫反應(yīng)過程。沸騰床工藝可以處理金屬含量和殘?zhí)恐递^高的原料（如減壓渣油），并可使重油深度轉(zhuǎn)化；但反應(yīng)溫度較高，一般在400～450℃范圍內(nèi)。此種工藝比較復(fù)雜，國內(nèi)尚未工業(yè)化。
3. 懸浮床（漿液床）
加氫工藝 懸浮床工藝是為了適應(yīng)非常劣質(zhì)的原料而重新得到重視的一種加氫工藝。其原理與沸騰床相類似，其基本流程是以細粉狀催化劑與原料預(yù)先混合，再與氫氣一起進入反應(yīng)器自下而上流動，催化劑懸浮于液相中，進行加氫裂化反應(yīng)，催化劑隨著反應(yīng)產(chǎn)物一起從反應(yīng)器頂部流出。該裝置能加工各種重質(zhì)原油和普通原油渣油，但裝置投資大。該工藝目前在國內(nèi)尚屬研究開發(fā)階段。
典型加氫裂化裝置的工藝流程如圖2.9所示。
原料油以常溫、低壓條件進入裝置，經(jīng)過過濾、脫水等，進入換熱器逐次換熱，然后通過高壓原料油泵加壓。氫氣以常溫、低壓條件進入裝置，然后通過新氫壓縮機，逐級進行加壓。新氫壓縮機一般為大型往復(fù)式壓縮機。新氫氣幾乎不含硫化氫等腐蝕介質(zhì)。高壓新氫氣與循環(huán)氫混合在一起與反應(yīng)流出物進行換熱。從加熱爐出來的高壓氫氣與高壓原料油混合，一起進入加氫反應(yīng)器進行加氫反應(yīng)。此流程稱為爐后混氫。有些生產(chǎn)裝置則是采用原料油與氫氣先混合然后一起進加熱爐加熱的流程，稱為爐前混氫。
在反應(yīng)器內(nèi)進行的加氫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故反應(yīng)器需要在不同的位置通入高壓冷氫，以控制反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度。加氫反應(yīng)采用的催化劑需要硫維持其活性，因此即使原料油中不含硫化氫等硫化物，要通過催化劑的硫化而維持反應(yīng)器里面有一定的硫含量。反應(yīng)器中的硫在加氫反應(yīng)條件下與氫氣結(jié)合生產(chǎn)硫化氫。當原料油中含有氮的情況下，氮會與氫氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氨。因此，從反應(yīng)器底部流出的混合物（稱為反應(yīng)流出物）富含氫氣和硫化氫，有時候也含一定量的氨。反應(yīng)流出物通過換熱器逐次進行換熱降溫，然后再通過高壓空冷器進一步降溫至露點以下，進入高壓分離器，進行富余氫氣和反應(yīng)生成物的分離。分離器頂部排除的循環(huán)氫進入循環(huán)氫壓縮機加壓后循環(huán)使用，分離器底部排除的反應(yīng)生成物經(jīng)降壓后進入后續(xù)的分餾部分進行不同燃料油的分割。從分離器出來的循環(huán)氫富含硫化氫，有時候會對其先脫硫然后再循環(huán)使用。分離器底部還會排出富含硫化氫的酸性水等，酸性水經(jīng)降壓后進入全廠的酸性水汽提裝置進行處理。
三、介質(zhì)特點
加氫裂化裝置中包含的特殊的介質(zhì)有氫氣、硫化氫、連多硫酸、二硫化碳等。
氫與氟的混合物在低溫和黑暗環(huán)境下就能發(fā)生自發(fā)性爆炸，與氯的混合比為1：1時，在光照下也可爆炸，氫氣被列為甲類易燃氣體，屬于易燃、易爆介質(zhì)。氫原子能夠被金屬吸附并滲入金屬內(nèi)部，給金屬帶來一系列的影響，如氫脆、氫鼓包。在一定的溫度和壓力條件下，氫氣可與金屬中的碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)甲烷，并引起金屬開裂或鼓包。氫氣極易從設(shè)備、管道元件的連接處逸散出去，給設(shè)備、管道元件的密封增加難度。
硫化氫正常情況下是一種易燃的酸性氣體，濃度低時帶惡臭，氣味如臭雞蛋，濃度高時反而沒有氣味，因為高濃度的硫化氫可以麻痹嗅覺神經(jīng)。
連多硫酸在石油化工裝置中并不常見，但如果一旦形成，其危害性是非常大的。連多硫酸多產(chǎn)生在高溫硫腐蝕的環(huán)境下，即硫化氫在高溫條件下能引起金屬材料的化學(xué)腐蝕，在裝置停工的時候，其腐蝕產(chǎn)物遇水、氧可能生成連多硫酸。連多硫酸是強酸，對奧氏體不銹鋼具有強烈的應(yīng)力腐蝕開裂誘發(fā)傾向，嚴重時可在數(shù)分鐘之內(nèi)導(dǎo)致奧氏體不銹鋼材料的開裂。
二硫化碳是一種無色或淡黃色透明液體，有刺激性氣味，易揮發(fā)，不溶于水，溶于乙醇、乙醚等多數(shù)有機溶劑。二硫化碳具有較高的毒性，為高度危害介質(zhì)。極度易燃，具刺激性，并且在高溫下爆炸殺傷性加倍，高度危險。
四、加氫裂化裝置的配管設(shè)計
主要是對加熱爐、塔、換熱器、罐、泵等設(shè)備的配管設(shè)計。加氫工藝生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備是在高溫、高壓及有氫氣和硫化氫存在的條件下運行的，故其設(shè)計、制造和材料的選用等要求都很高，對生產(chǎn)操作的控制也極嚴格。
高壓加氫反應(yīng)器是裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，工作條件苛刻，制造困難，價格昂貴。根據(jù)介質(zhì)是否直接接觸金屬器壁，分為冷壁反應(yīng)器和熱壁反應(yīng)器兩種結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器由筒體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩部分組成。
