专利名称：防止NH<sub>4</sub>HS冲蚀的加氢反应流出物空冷器系统优化方法
技术领域：
本发明涉及石油化工领域，具体的说是涉及防止NH4HS冲蚀的加氢反应流 出物空冷器系统优化方法。
背景技术：
加氢裂化是重质油轻质化的核心技术，是炼油厂中重要的二次加工手段。 近年来，成品油清洁化、高柴汽比的产品结构需求进一步促进了加氢裂化技术 的迅速发展。加氢裂化装置的显著特点是在高温、高压、临氢工况下操作，且 输送的腐蚀性介质易燃、易爆，具有很高的安全风险。自从加氢技术使用以来， 加氢反应流出物空冷器(REAC)系统及其相连管道的腐蚀失效一直是石化企业 难以解决的问题。
已有研究表明NH4HS在加氢反应流出物冷却过程中的结晶和沉积是REAC 系统堵塞与冲蚀的重要因素。在温度降低的过程中，NH4HS会直接由气相冷凝 成固态的晶体，沉积在REAC管束的壁面，在缺少液态水的情况下会迅速堵塞 REAC管束。通常解决NH4HS堵塞的措施是在REAC系统的上游注入冲洗水。 虽然注水能有效地溶解铵盐，防止堵塞，但随之形成的高腐蚀性的NH4HS水溶 液在流速较高的条件下会导致REAC管束的冲蚀失效。
为了有效解决REAC系统普遍性的腐蚀失效问题，近三十年来，NACET-8 委员会、UOP公司和API协会先后进行了大量的失效调研，分析了REAC系统 冲蚀失效的相关影响因素，提出了将流速、腐蚀因子KP值(空冷器入口干烃物 流中H2S和NH3摩尔百分数的乘积)和含硫污水中的NH4HS浓度作为控制REAC 冲蚀的主要参数，为REAC系统的设计、制造、运行、检验提供了指导意见。 通常认为将KP值控制在0.2以下，含硫污水中的NH4HS浓度不高于8M，流速 控制在4.6 m/s 6.1 m/s的范围内可防止REAC系统的冲蚀失效。由于上述控制 指标主要来源于腐蚀现象的统计分析，且缺少对各影响因素关联性的分析，因 此REAC系统的腐蚀泄漏等造成的非计划停工事故依然较多。
为扭转加氢REAC系统存在的泄漏、爆管失效引发的频繁非计划停工的被 动局面，亟需形成加氢反应流出物空冷器系统的优化方法，有效防止NH4HS的 冲蚀，确保REAC系统的安全、稳定、长周期运行。
发明内容
本发明的目的在于提供防止NH4HS冲蚀的加氢反应流出物空冷器系统优化方法，根据DCS控制系统数据库读取加氢反应流出物空冷器系统的运行参数，结合系统的化验分析数据，针对NH4HS水溶液的冲蚀特性，对REAC系统的注水量、H2S分压、空冷器平均流速和空冷器出口温度进行优化，可有效防止NH4HS水溶液的冲蚀，避免REAC管束及相连管道因腐蚀泄漏引发的非计划停工事故，确保REAC系统的安全、稳定、长周期运行。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是本发明包括注水量的优化、H2S分压的优化、空冷器平均流速的优化和空冷器出口温度的优化共四个部分；其中
1) 注水量的优化，包括以下步骤
a) 通过DCS控制系统数据库，读取加氢反应流出物空冷器系统原料进料量，结合原料油原始化验分析数据获取的原料油平均N含量，确定NH4HS质量流量；根据DCS控制系统数据库读取注水量，结合NH4HS质量流量，确定含硫污水
中NH4HS浓度；
b) 若含硫污水中NH4HS浓度低于4%，则注水量保持不变；若含硫污水中NH4HS浓度高于4n/。，则提高注水量，直至含硫污水中NH4HS浓度低于4。/。。
2) H2S分压的优化，包括以下步骤
a) 通过DCS控制系统数据库，读取加氢反应流出物空冷器系统原料进料量和循环氢摩尔流量，结合原料油原始化验分析数据获取原料油平均S含量和循环氢中H2S含量，确定加氢反应流出物中H2S摩尔流量；
b) 通过DCS控制系统数据库读取低分干气摩尔流量和空冷器操作压力C ,，结合本步骤a)中循环氢摩尔流量和加氢反应流出物中H2S摩尔流量，确定H2S分压i^;
c)^^^,T^;咖，贝Uf盾5ffi月兑^^罙^^寺^^; ^尸^,丄i;翻，贝U^高
循环氢脱硫深度，直至/^<^^ ;
3)空冷器平均流速的优化，包括以下步骤
a)通过DCS控制系统数据库，读取原料进料量、注水量、循环氢摩尔流量和低分干气摩尔流量，结合原料油原始化验分析数据获取循环氢和低分干气的平均分子量、空冷器入口混合物密度，分析确定空冷器平均流速r;b)若3m/s〈r〈6m/s，则空冷器平均流速保持不变；若「<3 m/s，则提高原料进料量，增加空冷器平均流速r，直至7>3 m/s;若r〉6m/s，则降低原料油进料量，减少空冷器平均流速r,直至r〈6m/s;
4)空冷器出口温度的优化，包括以下步骤
a) 通过DCS控制系统数据库分别读取各台空冷器的出口温度Ti (i=l~8)，分析确定空冷器最高出口温度T^ 、最低出口温度L和平均出口温度7;
b) 若(乙-^S^7且(f-7^)2^^，则空冷器后排风机转速保持不变；若
7)〉^^或(f-4 )>^7，则调整空冷器后排风机转速，对空冷器出口温度进行调整，直至(7_-力^^7且(7-r，)s^f 。
本发明具有的有益效果是
本发明可提供防止NH4HS冲蚀的加氢反应流出物空冷器系统的优化设计方法，包括注水量、HsS分压、空冷器平均流速和空冷器出口温度的优化设计，可为REAC系统的设计、操作和运行提供指导，减少REAC系统非计划停工事故的发生，最大限度提高企业的经济效益。
图1是加氢反应流出物空冷器系统优化的工艺流程图。图2是注水量优化的流程图。图3是H^分压优化的流程图。图4是空冷器平均流速优化的流程图。图5是空冷器出口温度优化的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，原料油进入反应器进行加氢裂化和加氢精制反应，加氢反应流出物从反应器底部流出，经5台换热器和8台空冷器(编号A H)进行冷却，在8台空冷器的出口均设有温度计(编号a h)，实时监测各台空冷器的出口温度。并且，各台空冷器的后排风机设有变频调速装置，可以通过调整空冷器后排风机转速，并空冷器出口温度进行调整。加氢反应流出物经空冷器冷却后，在高压分离器中进行三相分离。其中，循环氢从顶部分离，进入循环氢脱硫装置，可脱去循环氢中过量的H2S;含硫污水由底部排出，进入酸水汽提装置进行 处理；冷高分油直接进入低压分离器，二次分离后产生低分干气和进入分馏装 置的烃类。
由于加氢反应流出物中含有NH3和H2S等杂质，在冷却过程中易生成腐蚀 性的NH4HS盐。NH4HS盐的沉积不仅会堵塞空冷器管束，吸湿后还会导致严重 的垢下腐蚀和局部冲蚀。由于NH4HS盐易溶于水，因此工艺上通常采用在空冷 器的上游注入冲洗水，溶解并洗去沉积的NH4HS盐。
在空冷器上游注入适量的冲洗水溶解铵盐，可避免铵盐沉积带来的腐蚀问 题；通过循环氢脱硫装置脱去循环氢中过量的H2S，可对H2S分压进行调整； 通过空冷器后排风机的变频调速装置，可对各台空冷器的出口温度进行调节； 通过控制原料油进料量可对空冷器平均流速进行控制。上述四个部分是防止 NH4HS冲蚀的加氢反应流出物空冷器系统的重要优化方法。 如图2所示，注水量的优化包括以下步骤
l)注水量的优化，包括以下步骤-
a) 通过DCS控制系统数据库1，读取加氢反应流出物空冷器系统原料进料 量2，结合原料油原始化验分析数据3获取的原料油平均N含量，确定NH4HS 质量流量(4);根据DCS控制系统数据库1读取注水量5，结合NH4HS质量流 量4，确定含硫污水中NH4HS浓度6;
b) 若含硫污水中NHtHS浓度低于4%，则注水量保持不变；若含硫污水中 NH4HS浓度高于4M，则提高注水量，直至含硫污水中NH4HS浓度低于4。/。。
如图3所示，H2S分压的优化，包括以下步骤
a) 通过DCS控制系统数据库1，读取加氢反应流出物空冷器系统原料进料 量2和循环氢摩尔流量7，结合原料油原始化验分析数据3获取原料油平均S含 量和循环氢中H2S含量，确定加氢反应流出物中H2S摩尔流量8;
b) 通过DCS控制系统数据库1读取低分干气摩尔流量9和空冷器操作压力 10，结合本步骤a)中循环氢摩尔流量7和加氢反应流出物中H2S摩尔流量
8，确定H2S分压i^lh
c诺l〈I^一，则循环氢脱硫深度保持不变；若&一丄；,，贝帳高 循环氢脱硫深度，直至~<^^",;
如图4所示，空冷器平均流速的优化，包括以下步骤a) 通过DCS控制系统数据库l，读取原料进料量2、注水量5、循环氢摩尔 流量7和低分干气摩尔流量9，结合原料油原始化验分析数据3获取循环氢和低 分干气的平均分子量、空冷器入口混合物密度，分析确定空冷器平均流速ri2;
b) 若3 m/s<r<6m/s,则空冷器平均流速保持不变；若「<3 m/s，则提高原
料进料量，增加空冷器平均流速r，直至r〉3m/s;若r^m/s，则降低原料油
进料量，减少空冷器平均流速K，直到F〈6m/s;
如图5所示，空冷器出口温度的优化，包括以下步骤
a) 通过DCS控制系统数据库1分别读取各台空冷器的出口温度Ti (i=l~8)，
分析确定空冷器最高出口温度T^ 12、最低出口温度7^ 13和平均出口温度f 14;
b) 若(匸- ^* 且(7-7;,,;^^ ，则空冷器后排风机转速保持不变；若 (4ax-7)>^7或(^-rmin)>^7，则调整空冷器后排风机转速，对空冷器出口温度 进行调整，直至C-n《^F且(f-7^)^+7。
所述的DCS控制系统数据库包括原料进料量2、注水量5、循环氢摩尔 流量7、低分干气摩尔流量9、空冷器操作压力IO和各台空冷器的出口温度。
所述的原料油原始化验分析数据包括原料油平均S含量、原料油平均N 含量、循环氢中H2S含量、循环氢和低分干气的平均分子量和空冷器入口混合
物密度。
本发明的具体实施例
已知某石化企业加氢裂化装置的DCS控制系统数据库包括加氢反应流出 物系统原料进料量^120 t/h，注水量f^;l0 t/h，循环氢的摩尔流量w义,7151.4
kmol/h，低分干气的摩尔流量m^ 66.96 kmol/h，空冷器操作压力《,m 11.2 Mpa，
各台空冷器的出口温度(7; ，/ = 1~8) 7;38.02r:， r234.37°C， r339.92°C， r436.54。C，
r535.44°C， T635.52°C， T741.51， T843.13°C，空冷器的数量/8台，；
原料油原始化验分析数据包括原料油平均S含量《1.60%，原料油平均N
含量F"800 ppm，循环氢中H2S的含量《3000 ppm，循环氢的平均分子量
;mvJ^5.54，低分千气的平均分子量mwJ^3.54，空冷器入口混合物密度p58 kg/m3;一、注水量的优化，包括以下步骤
a)通过DCS控制系统数据库，读取加氢反应流出物空冷器系统原料油进料 量^，结合原料油原始化验分析数据获取原料油平均N含量F"，确定NH4HS
的质量流量『^m。
『柳朋=^~^-1~^ = 349.7 & / &
，s (證iV) 6
通过DCS控制系统数据库读取注水量fF^10 t/h，结合NH4HS的质量流量
坏W^，确定含硫污水中的NH4HS浓度C^^。
『
C柳附=-~~x lOOo/o = 3'38%
柳4 『冊4他+^;
b)含硫污水中的NH4HS浓度C柳-为3.380/。，低于4%，则注水量fF^保持不变。
二、 H2S分压的优化，包括以下步骤
a) 通过DCS控制系统数据库，读取加氢反应流出物空冷器系统原料油的进 料量^、循环氢的摩尔流量wX,，结合原料油原始化验分析数据获取原料油平均
S含量《和循环氢中H2S含量《，确定加氢反应流出物中H2S摩尔流量附//25。 附//, = ^~^十/nA^xF、' =81.45
b) 通过DCS控制系统数据库读取低分干气的摩尔流量m^和空冷器操作压 力C结合循环氢摩尔流量wl,和加氢反应流出物中H2S摩尔流量附//25，确 定H2S的分压P^。
=,2。
x尸 =12652
c) 尸^ = 126.52《尸">^^ = 112.0/:/^，所以，提高循环氢脱硫深度，降低
循环氢中的H2S含量《至1700ppm，使H2S的分压/^降低至112.0KPa。
三、 空冷器平均流速的优化，包括以下步骤a) 通过DCS控制系统数据库读取原料油的进料量『,、注水量r^、循环氢 摩尔流量mX,、低分干气摩尔流量m^，结合原料油原始化验分析数据，分析确 定空冷器的平均流速F。
『f +呵+ X (腳X,) + /WZ2 X (腳义2 )
7 = ~^-^-= 3.94 ot/>s
/ x/xwx;rx(d/2) x3600
此处，空冷器的个数/为8台，每台空冷器第一排管束的数量"为91根，管
束内径d为19mm。
b) 3m/s<K <6m/s，则空冷器的平均流速保持不变。 四、空冷器出口温度的优化，包括以下步骤
a) 通过DCS控制系统分别读取各台空冷器的出口温度 ； (i=l~8)，分析确
定空冷器的最高出口温度rmax 、最低出口温度rmin和平均出口温度f 。
rm' =34.37°C 8
b) 已失口(7^—7)-5.07。O^7-3.8rC且(7—r扁)-3.69。C <+7 = 3.8rC,贝lj调
整空冷器后排风机转速，对空冷器出口温度进行调整。调整后的各台空冷器出 口温度(7;'，/ =卜8 ) 38.02°C， 37.37。C， 39.92°C， 36.54。C， 37.44。C， 36.52°C，
38.51， 38.13°C。调整后空冷器的平均出口温度f为37.81°C。
U') = 2.irC<^'=3.79°C
f —r',) = 1.29°C<^'=3.79°C
上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本 发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落 入本发明的保护范围。
权利要求
1.防止NH4HS冲蚀的加氢反应流出物空冷器系统优化方法，其特征在于包括注水量的优化、H2S分压的优化、空冷器平均流速的优化和空冷器出口温度的优化共四个部分；其中1)注水量的优化，包括以下步骤a)通过DCS控制系统数据库(1)，读取加氢反应流出物空冷器系统原料进料量(2)，结合原料油原始化验分析数据(3)获取的原料油平均N含量，确定NH4HS质量流量(4)；根据DCS控制系统数据库(1)读取注水量(5)，结合NH4HS质量流量(4)，确定含硫污水中NH4HS浓度(6)；b)若含硫污水中NH4HS浓度低于4％，则注水量保持不变；若含硫污水中NH4HS浓度高于4％，则提高注水量，直至含硫污水中NH4HS浓度低于4％。2)H2S分压的优化，包括以下步骤a)通过DCS控制系统数据库(1)，读取加氢反应流出物空冷器系统原料进料量(2)和循环氢摩尔流量(7)，结合原料油原始化验分析数据(3)获取原料油平均S含量和循环氢中H2S含量，确定加氢反应流出物中H2S摩尔流量(8)；b)通过DCS控制系统数据库(1)读取低分干气摩尔流量(9)和空冷器操作压力Psystem(10)，结合本步骤a)中循环氢摩尔流量(7)和加氢反应流出物中H2S摩尔流量(8)，确定H2S分压 id="icf0001" file="A2009101021490002C1.tif" wi="6" he="4" top= "162" left = "93" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>(11)；c)若<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>S</mi> </mrow></msub><mo><</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>100</mn></mfrac><msub> <mi>P</mi> <mi>system</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009101021490002C2.tif" wi="29" he="9" top= "171" left = "37" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>则循环氢脱硫深度保持不变；若<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>S</mi> </mrow></msub><mo>></mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>100</mn></mfrac><msub> <mi>P</mi> <mi>system</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2009101021490002C3.tif" wi="29" he="9" top= "170" left = "141" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>则提高循环氢脱硫深度，直至<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>S</mi> </mrow></msub><mo><</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>100</mn></mfrac><msub> <mi>P</mi> <mi>system</mi></msub><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2009101021490002C4.tif" wi="28" he="9" top= "182" left = "68" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>3)空冷器平均流速的优化，包括以下步骤a)通过DCS控制系统数据库(1)，读取原料进料量(2)、注水量(5)、循环氢摩尔流量(7)和低分干气摩尔流量(9)，结合原料油原始化验分析数据(3)获取循环氢和低分干气的平均分子量、空冷器入口混合物密度，分析确定空冷器平均流速V(12)；b)若3m/s＜V＜6m/s，则空冷器平均流速保持不变；若V＜3m/s，则提高原料进料量，增加空冷器平均流速V，直至V＞3m/s；若V＞6m/s，则降低原料油进料量，减少空冷器平均流速V，直至V＜6m/s；4)空冷器出口温度的优化，包括以下步骤a)通过DCS控制系统数据库(1)分别读取各台空冷器的出口温度Ti，i＝1～8，分析确定空冷器最高出口温度Tmax(12)、最低出口温度Tmin(13)和平均出口温度<overscore>T</overscore>(14)；b)若<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>T</mi><mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <mover><mi>T</mi><mo>‾</mo> </mover> <mo>)</mo></mrow><mo>≤</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>10</mn></mfrac><mover> <mi>T</mi> <mo>‾</mo></mover> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2009101021490003C1.tif" wi="28" he="9" top= "81" left = "38" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>且<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mover><mi>T</mi><mo>‾</mo> </mover> <mo>-</mo> <msub><mi>T</mi><mi>min</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>≤</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>10</mn></mfrac><mover> <mi>T</mi> <mo>‾</mo></mover><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0006" file="A2009101021490003C2.tif" wi="29" he="9" top= "81" left = "73" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>则空冷器后排风机转速保持不变；若<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>T</mi><mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <mover><mi>T</mi><mo>‾</mo> </mover> <mo>)</mo></mrow><mo>></mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>10</mn></mfrac><mover> <mi>T</mi> <mo>‾</mo></mover> </mrow>]]></math> id="icf0007" file="A2009101021490003C3.tif" wi="27" he="9" top= "92" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>或<maths id="math0007" num="0007" ><math><![CDATA[ <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mover><mi>T</mi><mo>‾</mo> </mover> <mo>-</mo> <msub><mi>T</mi><mi>min</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>></mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>10</mn></mfrac><mover> <mi>T</mi> <mo>‾</mo></mover><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0008" file="A2009101021490003C4.tif" wi="29" he="9" top= "92" left = "53" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>则调整空冷器后排风机转速，对空冷器出口温度进行调整，直至<maths id="math0008" num="0008" ><math><![CDATA[ <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>T</mi><mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <mover><mi>T</mi><mo>‾</mo> </mover> <mo>)</mo></mrow><mo>≤</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>10</mn></mfrac><mover> <mi>T</mi> <mo>‾</mo></mover> </mrow>]]></math> id="icf0009" file="A2009101021490003C5.tif" wi="28" he="9" top= "103" left = "53" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>且<maths id="math0009" num="0009" ><math><![CDATA[ <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mover><mi>T</mi><mo>‾</mo> </mover> <mo>-</mo> <msub><mi>T</mi><mi>min</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>≤</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>10</mn></mfrac><mover> <mi>T</mi> <mo>‾</mo></mover><mo>.</mo> </mrow>]]></math> id="icf0010" file="A2009101021490003C6.tif" wi="30" he="9" top= "103" left = "88" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>
2. 根据权利要求书1所述的防止NH4HS冲蚀的加氢反应流出物空冷器系统 优化方法，其特征在于所述的DCS控制系统数据库包括原料进料量、注水 量、循环氢摩尔流量、低分干气摩尔流量、空冷器操作压力和各台空冷器的出 口温度。
3. 根据权利要求书1所述的防止NH4HS冲蚀的加氢反应流出物空冷器系统优化方法，其特征在于所述的原料油原始化验分析数据包括原料油平均S含量、原料油平均N含量、循环氢中H2S含量、循环氢和低分干气的平均分子量和空冷器入口混合物密度。
全文摘要
本发明公开防止NH<sub>4</sub>HS冲蚀的加氢反应流出物空冷器系统优化方法。包括注水量的优化、H<sub>2</sub>S分压的优化、空冷器平均流速的优化和空冷器出口温度的优化部分。通过DCS控制系统数据库读取加氢反应流出物空冷器系统的运行参数，结合加氢反应流出物空冷器系统的化验分析数据，针对加氢反应流出物空冷器系统变工况运行过程中NH<sub>4</sub>HS水溶液的冲蚀特性，对REAC系统的注水量、H<sub>2</sub>S分压、空冷器平均流速和空冷器出口温度进行优化，可有效防止REAC系统中NH<sub>4</sub>HS的冲蚀，避免REAC系统腐蚀失效引发的非计划停工事故，确保REAC系统的安全、稳定、长周期运行。
文档编号G05B19/418GK101639688SQ200910102149
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者偶国富, 晶 曹, 洪惠芬, 郑智剑 申请人:浙江理工大学