CN101708822A - 连续重整氢气脱液脱固方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连续重整氢气脱液脱固方法与装置，提供了一种连续重整氢气脱液脱固方法，该方法包括：使连续重整预加氢、连续重整空冷后的氢气混合气直接进入氢气脱液脱固装置内置的微旋流芯管进行微旋流处理，以脱除所述混合气中夹带的液滴、固体颗粒杂质，得到净化的氢气。本发明还提供了一种连续重整氢气脱液脱固装置。

Description

连续重整氢气脱液脱固方法与装置

技术领域

本发明属于化工环保处理领域，涉及一种氢气混合物中脱除烃、水、固体颗粒物的方法，具体而言，涉及一种用于从连续重整预加氢、副产物氢气中连续或间断地分离烃、水及固体颗粒等的方法，更具体地说，本发明涉及一种连续重整氢气脱液脱固净化处理方法，以及实施该方法所用的装置。

背景技术

随着原油性质变重、变劣，原油价格上涨，汽、柴油需求增长和燃料油需求下降，发动机排放尾气对环境污染日趋严重，各国对油品的质量，特别是汽、柴油质量提出了严格要求。催化重整过程除了生产高辛烷值汽油和芳烃之外，还副产大量氢气，连续重整装置副产品氢气是提供加氢过程的重要来源。

氢气夹带有硫化氢(H₂S)、氮气(N₂)、甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)以及碳五及以上组分、固体颗粒等。液体、固体的密度是气体的数十甚至数百倍，因而液体流动时的动量比气体大得多，产生的冲击力也大得多。循环氢中夹带的烃、水、固体颗粒物等杂质，随着氢气进入压缩机入口分离器，由于自然冷却，烃会凝结成液滴在分离器内集聚，若脱液不彻底，会导致液体、固体颗粒随氢气进入压缩机，造成压缩机气阀损坏，严重影响压缩机正常运转。同时，由于氢气带液，造成循环利用的氢气管道被重烃组分堵塞，影响后续装置的正常运行，是装置平稳运行的最大隐患。

连续重整循环氢带液带固，同时增加了助剂消耗和原料流失，而且给下游关键设备的长周期运转带来了很大的危害。循环氢带水带固，将使循环氢、液态烃和低分气脱硫塔溶剂发泡，引起胺液跑损，对污油系统形成二次污染，直接加重了污水处理场的负担。目前，各炼油厂都不同程度地存在循环氢带液、带尘问题，是设计、生产操作中急需解决的问题。

解决连续重整循环氢带液、带尘问题，一般有变压吸附(PSA)工艺、膜分离工艺、聚结器分离工艺三种，也有单位采用连续重整副产物氢气经再接触冷冻系统提高其纯度的做法。《中外能源》(2008年第13卷第5期第101-103页)介绍了膜分离技术在提纯连续重整副产氢气中的应用。膜分离技术是利用特殊制造的、具有选择透过性的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离方法。连续重整装置出来的循环氢先经除雾器脱除大水滴、油滴，再由高效联合过滤器除去大于0.01微米的粒子，然后经加热器加热后进入膜分离器分离。当分离流程出口氢气纯度高达99.8％，原料气进料流量为2300m³/h时，系统投资成本为100万。设备分离纯度高，但整体投资成本高，且压力降过大。

气液聚结器在工艺流程中的作用是除去循环氢气体中的液滴等杂质，保证循环氢胺液(氨液)洗涤脱H₂S塔的正常操作，减少其操作负荷以及保护加氢装置的心脏设备-循环氢压缩机。其最高使用温度为80℃，最高允许压差为0.1MPa，且目前国内外供应商技术协议保证的长周期运转时间为一年。

中国专利申请200620069382.4涉及一种从气体中分离液滴的装置，用于气液连续分离，同时也能分离固体颗粒，主要由旋风分离器构成，设置有积液腔、导流管、上下隔板等结构。目前，美国School of Mechanical and Materials Engineering ofWashington State University(华盛顿大学机械和材料工程学院)等单位设计的微型旋风分离器对3微米生物质气溶胶颗粒分离效率可以达到95％，2微米生物质气溶胶颗粒分离效率也达到了80％以上，但研究仍处于实验室阶段。

总之，由于现有技术存在的上述问题，故至今为止尚未解决含硫循环氢混合气的科学净化处理问题，远不能满足石油化工洁净生产工业化的期望。因此，本领域迫切需要开发成本低且效果好的含硫循环氢混合气的处理方法和装置。

发明内容

本发明提供了一种新的连续重整氢气脱液脱固方法与装置，该装置结构简单，安装方便，脱液脱固效果好，设备投资成本低，节约了后续设备维修保养费用，提高了能源利用率，从而解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本发明提供了一种连续重整氢气脱液脱固方法，该方法包括：

使连续重整预加氢、连续重整空冷后的氢气混合气直接进入氢气脱液脱固装置内置的微旋流芯管进行微旋流处理，以脱除所述混合气中夹带的液滴、固体颗粒杂质，得到净化的氢气。

在一个优选的实施方式中，所得的净化的氢气由所述氢气脱液脱固装置的气相出口进入后续设备，所得的液、固两相混合物由所述氢气脱液脱固装置的液相出口出装置或直接进入原料反应系统回炼。

在另一个优选的实施方式中，所述氢气脱液脱固装置内置一根或多根微旋流芯管，所述微旋流芯管的结构形式选自锥体、柱锥体和全柱体中的一种或多种。

在另一个优选的实施方式中，所述微旋流芯管的结构形式选自锥体和柱锥体的组合结构。

在另一个优选的实施方式中，所述锥体选自单锥体和多锥体。

另一方面，本发明提供了一种连续重整氢气脱液脱固装置，该装置包括：

与连续重整反应中使用的连续重整产物分离器连接的氢气脱液脱固装置，该氢气脱液脱固装置内置微旋流芯管以对连续重整预加氢、连续重整空冷后的氢气混合气进行微旋流处理，从而脱除所述混合气中夹带的液滴、固体颗粒杂质，得到净化的氢气。

在一个优选的实施方式中，所述微旋流芯管的底流出口处设置有液斗，用于液封。

在另一个优选的实施方式中，所述微旋流芯管由一根或多根微旋流芯管并联集成，共用一个混合气进料的入口和一个净化氢气的气相出口；所述入口和气相出口是单独的容器，或者一个容器中的单独部分。

在另一个优选的实施方式中，所述微旋流芯管的液滴计算分离精度为3微米，对5微米及5微米以上液滴的脱除率超过98.9％；对固体颗粒的脱除粒径达2微米，脱除率为85％。

在另一个优选的实施方式中，所述氢气脱液脱固装置的入口操作压力为8-24MPa，操作温度为20-80℃，入口重烃组分含量为1000-5000ppm，压力损失为20mm H₂O。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的连续重整氢气脱液脱固工艺、加氢预处理工艺的示意图。

图2是根据本发明的一个实施方式的连续重整反应中预加氢工艺示意图。

图3是根据本发明的一个实施方式的连续重整反应工艺流程图。

具体实施方式

本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，在常规的连续重整工艺过程中，在氢气预加入之前、进压缩机之前分别设置氢气脱液脱固装置来分离氢气中所夹带的液滴、固体颗粒，可以保护下游设备和管道，减少操作维修费用以及因意外停车造成的损失，避免压缩机气阀损坏、氢气管道被重烃组分堵塞，延长压缩机运转周期，保证后续装置的正常运行；并且，采用氢气脱液脱固装置内置一根或多根微旋流芯管，基于微旋流芯管的分离效率远高于常规分离器，且操作压力降小，能耗低，占地面积小、结构简单、便于运行和维护等优点，采用微旋流分离连续重整氢气中所夹带的重烃、水、固体颗粒的方法，可以使得连续重整氢气脱液脱固分离系统高效、安全、环境协调和长周期运转。基于上述发现，本发明得以完成。

本发明的技术构思如下：

在传统的连续重整工艺中，最后一台重整反应器出来的反应产物在混合进料换热器中与进料换热，然后经冷却器冷却并使其中油品冷凝后进入产物分离罐；罐顶分出含氢气体，一部分作为循环氢，用压缩机压缩并与原料混合后返回反应器；另一部分作为副产氢气直接或经压缩后送出装置。然而，传统的连续重整工艺氢气中夹带的液、固两相没经处理直接进入压缩机，造成压缩机气阀损坏，缩短了压缩机使用寿命。为了解决上述问题，同时提高氢气浓度，降低压缩机能耗，本发明采用微旋流芯管分离连续重整分离器出来的带液带固氢气，以去除氢气中夹带的重烃、水、固体颗粒等杂质。

在本发明的第一方面，提供了一种连续重整氢气脱液脱固的分离方法，它包括以下步骤：

使连续重整预加氢进入氢气脱液脱固装置，在经内置的微旋流芯管微旋流处理后，脱除其所夹带的液、固两相，氢气进入加氢装置反应，液相进入蒸发塔；

连续重整空冷后的氢气混合气直接进入氢气脱液脱固装置，在经内置的微旋流芯管微旋流处理后，脱除混合气中所夹带的液滴、固体颗粒等杂质，净化的氢气由装置气相出口进入后续设备，液、固两相混合物由液相出口出装置或直接进入原料反应系统回炼。

在本发明中，所述微旋流芯管可按处理精度要求选用为锥体(单锥体或多锥体)、柱锥体或全柱体等结构形式中的任意一种，最好为锥体或柱锥体组合结构。

在本发明中，所述氢气脱液脱固装置包括一根或多根微旋流芯管。

在本发明的第二方面，提供了一种用于所述连续重整氢气脱液脱固处理方法的装置，它包括：

与连续重整产物分离器连接的，用于对连续重整反应得到的氢气混合物进行分离的氢气脱液脱固装置，该装置包括一根或多根微旋流芯管，其中，在微旋流芯管底流出口处设置有液斗。

较佳地，所述连续重整产物分离器出来的氢气混合气直接进入氢气脱液脱固装置，沿其内置的微旋流芯管的芯管进口进入到微旋流芯管内，在强有力的离心力作用下，液、固两相物质汇聚进入液斗，排出装置，氢气则由装置的气相出口离开装置进入后续设备。

较佳地，所述微旋流芯管可由一根或多根微旋流芯管并联集成，共用一个混合气进料入口和一个净化氢气的气相出口；所述入口和气相出口可以是单独的容器，也可以是一个容器中的单独部分。

较佳地，所述微旋流芯管的底流出口处设置了液斗结构，起到液封作用，从而取消了装置内隔板结构，简化了装置结构，缩短了加工周期。

在本发明中，所述氢气混合气除氢气外所夹带的杂质为硫化氢、甲烷、乙烷、重烃、水、催化剂颗粒等。

较佳地，所述氢气脱液脱固装置的入口操作压力为8-24MPa，操作温度为20-80℃，入口重烃组分含量为1000-5000ppm。

较佳地，所述氢气脱液脱固装置的压力损失为20mm H₂O。

在本发明中，所述氢气脱液脱固方法的液滴计算分离精度为3微米，5微米及5微米以上液滴的脱除率超过98.9％；氢气中固体颗粒的脱除粒径达2微米，脱除率为85％。通过脱除循环氢中的重烃和水，减小了循环氢的分子量，降低了压缩机的能耗约13％。

在本发明中，循环氢纯度提高了2.8％，相当于氢分压提高了2.8％，按中东馏分油SSOT的研究结果，催化剂寿命可提高8.8％。

以下参看附图。

图1是根据本发明的一个实施方式的连续重整氢气脱液脱固工艺、加氢预处理工艺的示意图。如图1所示，在连续重整加氢预处理时，预加氢氢气混合气由氢气脱液脱固装置1的入口7进入，气相夹带液、固两相不断向上运动，运动过程中大固体、液体颗粒在重力作用下逐渐沉降到装置底部；而混合气在出装之前，由微旋流芯管2的芯管进口5进入微旋流芯管，在强大的离心力作用下对氢气所夹带的液、固两相进行分离；混合气在旋流腔内形成向下的外旋流和向上的内旋流，密度大的液滴、固体颗粒进入外旋流，汇聚进入设置在所述微旋流芯管2的底流出口3处的芯管液斗4，进入蒸发塔；密度小的氢气进入内旋流，由装置的气相出口6进入加氢装置进行反应；

连续重整反应副产物氢气夹带有液、固两相，由氢气脱液脱固装置1的入口7进入，气相夹带液、固两相不断向上运动，运动过程中大固体、液体颗粒在重力作用下逐渐沉降到装置底部；而混合气在出装置之前，由微旋流芯管2的芯管进口5进入微旋流芯管，在强大的离心力作用下对氢气所夹带的液-固两相进行分离；混合气在旋流腔内形成向下的外旋流和向上的内旋流，密度大的液滴、固体颗粒进入外旋流，汇聚进入设置在所述微旋流芯管2的底流出口3处的芯管液斗4，排出装置；密度小的氢气进入内旋流，由装置气相出口6离开装置进入压缩机进后续设备循环利用。

图2是根据本发明的一个实施方式的连续重整反应中预加氢工艺示意图。如图2所示，部分或全部重整氢气经加热炉10加热后进入预加氢反应器20系统反应，其中的氢气在进入后续装置使用前，经由氢气脱液脱固装置1脱除其所夹带的液、固两相混合物，净化氢气由氢气脱液脱固装置1的气相出口进入后续反应，而固相组分、液相组分则由氢气脱液脱固装置1的液相出口出装置。

图3是根据本发明的一个实施方式的连续重整反应工艺流程图。如图3所示，来自预处理部分的原料精制油进入装置后，与循环氢混合，然后进入混合进料换热器1a中与反应产物换热；换热后的物料经过第一加热炉2a加热到反应温度后进入第一反应器3a，然后依次经过第二加热炉4a、第二反应器5a、第三加热炉6a、第三反应器7a、第四加热炉8a、第四反应器9a；从最后一台重整反应器出来的反应产物在混合进料换热器1a中与进料换热，然后经冷却器冷却并使其中油品冷凝后进入连续重整产物分离器10a；所述连续重整产物分离器10a顶部出来的氢气混合气进入氢气脱液脱固装置1中进行脱液、脱固处理，净化氢气的一部分作为循环氢，用压缩机12a压缩并与原料混合后返回反应器；另一部分作为副产物氢气直接或经压缩后送出装置。

本发明的主要优点在于：

本发明结合了变压吸附(PSA)、聚结器脱液脱固的优点，同时避免了设备占地面积大、分离效率低的缺陷，突出体现了高效、安全、节能、环保等优点，达到了降低能耗，保护下游设备和管道，减少操作维修费用以及因意外停车造成的损失的目的，避免了压缩机气阀损坏、氢气管道被重烃组分堵塞，延长了后续压缩机的运转周期。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

石化公司150万吨/年连续重整系统：

1、工艺流程

该连续重整工艺采用的是UOP超低压重整连续反应工艺和UOP第三代Cyclemax再生工艺技术，主要产品是含氢气体和燃料气等，其中，含氢气体为加氢改质装置提供氢源，连续重整氢气脱液脱固具体工艺流程如图1所示。

(1)关键设备

连续重整反应副产物氢气脱液脱固的关键设备是氢气脱液脱固装置。

(2)控制

氢气脱液脱固装置的流量为282000Nm³/h，操作压力为2.0MPa，操作温度为40℃。

(3)运行效果

氢气脱液脱固装置高效稳定，工作状态下平均脱液1350mg/m³，从进出口气相色谱分析，其中C5+以上的含量从平均39.54g/Nm³降到了10.02g/Nm³，水含量从平均6.5g/Nm³降到了1.6g/Nm³。压缩机未出现异常情况。

2、装置运行标定

氢气平均脱液脱固效率为90.7％，出口含液量基本在100mg/Nm³以下。

3、装置效果

a、装置长周期运转

气体中夹带液滴会造成压缩机液击现象，引起喘振，进一部损坏压缩机，导致非正常停工。自投用氢气脱液脱固装置以后，从源头上、根本上解决了氢气带液的问题，改变了“先污染、后治理”的处理模式，经济性地保证了连续重整装置的长周期安全稳定运行。

b、节能效果

通过标定结果，进压缩机的循环氢密度为181.4g/m³，而经过氢气脱液脱固装置分离后，C5+的含量降低了29.2g/m³，H₂O的含量降低了5.8g/m³，相当于循环氢的分子量降低了35g/m³，共降低了17.8％。以压缩机空转能耗占总能耗的1/3计算，则压缩机的总能耗降低了12.4％。

c、提高氢纯度

由于氢气脱液脱固装置的分液分固作用，氢气中C5+的体积含量从1.00％降低到0.27％，降低了0.77％，H₂O的体积含量从0.815％降低到0.19％，降低了0.65％，总共降低了1.42％。这间接地提高了氢气的浓度，以目前进压缩机氢气浓度85.75％计算，还原成分液前氢气浓度为84.65％，相当于浓度提高了1.1％。这有利于延长加反应器中催化剂的寿命，保证长周期操作。

氢气脱液脱固装置在150万吨/年连续重整氢气脱液脱固系统中投用以来，运行平稳，操作方便，易于控制，达到并满足了工业生产和环境协调要求。氢气脱液脱固高效分离技术，不但保证了压缩机的安全长周期运行，同时还解决了由于携带高分油引起的胺液发泡问题，减少了胺液的跑损，具有显著的经济效益和资源效益。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种连续重整氢气脱液脱固方法，该方法包括：

使连续重整预加氢、连续重整空冷后的氢气混合气直接进入氢气脱液脱固装置内置的微旋流芯管进行微旋流处理，以脱除所述混合气中夹带的液滴、固体颗粒杂质，得到净化的氢气。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所得的净化的氢气由所述氢气脱液脱固装置的气相出口进入后续设备，所得的液、固两相混合物由所述氢气脱液脱固装置的液相出口出装置或直接进入原料反应系统回炼。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氢气脱液脱固装置内置一根或多根微旋流芯管，所述微旋流芯管的结构形式选自锥体、柱锥体和全柱体中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微旋流芯管的结构形式选自锥体和柱锥体的组合结构。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述锥体选自单锥体和多锥体。

6.一种连续重整氢气脱液脱固装置，该装置包括：

与连续重整反应中使用的连续重整产物分离器连接的氢气脱液脱固装置(1)，该氢气脱液脱固装置(1)内置微旋流芯管(2)以对连续重整预加氢、连续重整空冷后的氢气混合气进行微旋流处理，从而脱除所述混合气中夹带的液滴、固体颗粒杂质，得到净化的氢气。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述微旋流芯管(2)的底流出口(3)处设置有液斗(4)，用于液封。

8.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述微旋流芯管(2)由一根或多根微旋流芯管并联集成，共用一个混合气进料的入口和一个净化氢气的气相出口；所述入口和气相出口是单独的容器，或者一个容器中的单独部分。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述微旋流芯管(2)的液滴计算分离精度为3微米，对5微米及5微米以上液滴的脱除率超过98.9％；对固体颗粒的脱除粒径达2微米，脱除率为85％。

10.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述氢气脱液脱固装置(1)的入口操作压力为8-24MPa，操作温度为20-80℃，入口重烃组分含量为1000-5000ppm，压力损失为20mm H₂O。

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