CN101721951A - 节能型加氢进料工艺 - Google Patents

Abstract

针对反应压力高于3.5MPa的中、高压加氢系统，提供一种节能型加氢进料工艺技术方案。在加氢反应器中，原料油和氢气在催化剂作用下进行加氢反应，出加氢反应器的出料与加氢进料换热降低温度后进入高压分离器进行油和氢气的分离。高压分离器出料油经流量调节阀进入液能交换机，在液能交换机内实现加氢高压出料油与低压进料油的能量交换。加氢系统高压分离器高压出料油降压后进入加氢系统低压分离器。加氢反应低压进料油在液能交换机获得能量压力升高后直接进入加氢反应系统或经加压泵二次增压后再进入加氢反应系统。应用节能型加氢进料工艺技术后，加氢反应高压分离器出料油的压力能直接转换成加氢进料油的压力能，能量一次转换传递，转换效率高，加氢进料升压所需的驱动功率可降低50％以上，因此加氢工艺节约能源消耗，降低运行成本。

Description

节能型加氢进料工艺

技术领域

本发明涉及一种节能型加氢进料新工艺，主要应用于炼油、石油化工和煤化工等行业的加氢处理和加氢裂化系统，特点是大大降低加氢进料泵的动力消耗。

背景技术

加氢是指在催化剂存在下，某些化学物质与氢的加和反应。加氢技术主要应用于炼油、石油化工和煤化工等行业。加氢技术分为加氢处理和加氢裂化两个领域，加氢处理和加氢裂化工艺流程原则上没有明显的区别，工艺设备配置也基本相似，一般包括加氢反应、生成油换热、冷却、分离系统、加氢原料进料和循环氢系统几部分组成。加氢处理的反应压力一般在2-10MPa，典型的加氢处理冷高压分离器的加氢处理系统工艺流程图如图1所示。加氢裂化的反应压力一般在8-20MPa，典型的热高压分离器的加氢裂化系统工艺流程图如图2所示。加氢反应压力越高，加氢反应进料泵的驱动功率越大。不论是加氢处理工艺还是加氢裂化工艺，加氢反应出料均进入高压分离器，在高压分离器内进行油气分离，分离后的高压出料油都经过调节阀减压后再进入低压分离器。高低压分离器的压力差别很大，加氢系统高压分离器的高压出料油携带了巨大的能量，为了节约能源，传统的工艺技术是把高压分离器的高压出料油导入液力透平回收能量。典型的带有能量回收液力透平的加氢进料工艺流程图如图3所示。

在附图3中，液力透平19作为原料油进料泵10的第二驱动把高压分离器8出料的压力能转变成旋转机械能驱动原料油进料泵10，电机17作为加氢原料油进料泵10的第一驱动，当液力透平19出力做功时加氢原料油进料泵10的驱动电机17输出功率减小，从而达到节约加氢原料油进料泵驱动功率的目的。

传统的“液力透平十电机十进料泵”加氢进料工艺的缺点如下：

1.液力透平在高压、中小流量工况时能量回收效率低。

2.液力透平工作范围窄只适合于比较恒定工况，当液力透平的流量、压力变化时液力透平出力变化很大，特别是进入液力透平的流量减小时，液力透平效率很低。当液力透平的流量为额定流量的40％时，液力透平不但不出力还会耗电机功率。

3.液力透平出现故障时，可能造成加氢高压分离器的出料油直接进入低压分离器，造成重大生产事故，故需设置许多高低压联锁保护装置。

4.液力透平与加氢进料泵之间能量传递环节多，离合器、机械密封、电机、变速器、独立的润滑装置、冷却系统易损件多，维护工作量大，故障率高。

5.由于高压分离器出料油的压力能先转换成旋转机械能，再通过离合器、电机和变速器传递给进料泵，通过进料泵再转换成加氢进料的高压压力能，能量经过二次转换效率低，传统“液力透平+电机+进料泵”加氢进料工艺的节能效果一般低于35％。

6.由于加氢进料泵和驱动电机按额定工况选择，扬程高、流量大、功率大，电控仪表系统复杂，加氢系统整体投资很大。

发明内容

本发明的改进主要是克服传统“液力透平+电机+进料泵”加氢进料工艺的不足，针对加氢反应压力高于3.5MPa的中、高压加氢反应系统，提供一种节能型加氢进料新工艺。

本发明的技术方案是：一种节能型加氢进料工艺，由高压分离器液位控制系统、液能交换机、加氢给料系统、能量补充系统和控制系统组成，其特征在于，在液能交换机内高压加氢出料与低压加氢进料直接进行能量交换，来自加氢给料系统的低压加氢进料获得能量后变成高压加氢进料，加氢高压出料释放能量后去低压分离器。

液能交换机是由分配器、左右液能交换筒体、活门、信号发生器、控制机构组成的，液能交换筒体又由动力器和增压器组成，动力器内部有一个动力塞，增压器内部有一个增压塞，动力器与增压器通过中间法兰连接在一起，动力塞与增压塞通过连动杆连接在一起。

加氢高压分离器出料的流量由液位控制系统控制，高压分离器出料可以全部进入液能交换机回收液体能量，也可以部分进入液能交换机回收液体的能量，也可以全部通过液位调节阀回路减压后直接进入低压分离器。

高压分离器出料分成三个回路，第一回路高压分离器的出料通过快速切断阀和流量控制阀后进入液能交换机，第二、三回路高压分离器的出料通过液位调节阀和液位调节阀减压后直接进入低压分离器。

高压分离器的液位控制系统配有快速切断阀和快速切断阀，加氢高压分离器出料可以通过快速切断阀切断，进入液能交换机的高压加氢出料可以通过快速切断阀切断，加氢反应系统在节能模式运行时快速切断阀开启，在备用电泵模式运行时快速切断阀切断。

进入液能交换机的加氢低压进料油的流量大于或等于液能交换机的高压分离器出料油的流量，在液能交换机内，加氢高压分离器出料油把高压能量交换给加氢进料油。

能量补充系统为加压泵，加氢进料油获得增压后出液能交换筒体进入加压泵二次增压，经加压泵二次增压后与氢气混合，再进入加氢反应单元。

进入液能交换机的加氢低压进料油的流量小于进入液能交换机的高压分离器出料油的流量，在液能交换机内，加氢高压分离器出料油把高压能量交换给加氢进料油。

能量补充系统是高压小流量旁路泵或者是加氢反应分馏工序尾油循环泵，高压小流量旁路泵或尾油循环泵直接把低压加氢进料油或循环尾油增压后与进入液能交换机的低压新鲜进料油交换能量成为高压加氢油汇总后再与氢气混合进入加氢反应单元。

加氢给料系统包括加氢给料泵和缓冲装置，给料泵把加氢进料增压克服液能交换机和加氢低压分离器的背压把交换完能量的加氢出料压入加氢低压分离器，缓冲装置内部充有氮气，氮气的压力通过安装于缓冲装置顶部的调节阀(30)和调节阀调整，调节阀为补充氮气调节阀连同补充氮气管线，调节阀为排出氮气调节阀连通火炬放空管线，调节阀和调节阀采用分程控制。

液能交换机的两个液能交换筒体上设有泄漏油口，泄露油口进入氮气密封隔离罐，在密封罐顶部安装有氮气进入阀和安全阀。

应用本发明节能型加氢进料工艺及装置后，加氢反应高压分离器的高压出料油直接与加氢反应低压进料油进行能量交换，能量转换效率高于95％，加氢反应进料升压泵电机驱动功率可大大降低，最高可达80％。因此加氢工艺节约能源消耗，大大降低了运行成本。

附图说明

图1采用冷高压高分器的加氢处理系统工艺流程图

图2采用热高压分离器的加氢裂化系统工艺流程图

图3带有能量回收液力透平的加氢进料工艺流程图

图4节能型加氢进料工艺具体实施工艺流程I。

图5节能型加氢进料工艺具体实施工艺流程II。

图6节能型加氢进料工艺具体实施工艺流程III。

图中：

1氢气压缩机  2循环氢气压缩机  3热交换器  4加热炉

5加氢精制反应器  6低压分离器  7调节阀  8高压分离器

9空冷器  10原料油进料泵  11换热器  12加氢裂化反应器

13热高压分离器  14调节阀  15热低压分离器  16变速器

17电机  18离合器  19液力透平  20快速切断阀

21快速切断阀  22流量调节阀  23调节阀  24调节阀

25加氢高压出料油  26液能交换机  27加氢低压出料油

28加氢低压进料油  29缓冲装置  30调节阀  31取压点

32调节阀  33截止阀  34止回阀  35加氢进料给料泵

36泄漏油口  37进气阀  38安全阀  39氮气密封罐

40止回阀  41截止阀  42调节阀  43加压泵

44高压小流量旁路泵  45液能交换机  46尾油循环油泵

48截止阀

具体实施方式

加氢系统高压分离器液位控制系统工艺流程布置：

参见附图4，自高压分离器8流出的高压出料油通过快速切断阀20后分成三路。其中第一回路高压出料油通过快速切断阀21和流量调节阀22后进入液能交换机26。在液能交换机26内加氢出料油25把高压能量交换给加氢进料油28后在加氢进料给料泵35的推动下排出液能交换机26进入低压分离器6。第二回路为100％的旁路液位调节管线，加氢高压分离器高压出料油通过调节阀23或24减压后直接进入低压分离器6。为增加液位调节阀的可靠性，第三路与第二路具有完全一样的阀门配置和控制功能，第二路与第三路切换控制或分程控制。

节能型加氢进料工艺液能交换机部分工艺流程布置：

参见图4、5中液能交换机26和45，根据进入液能交换机的加氢高压出料油25的流量与进入液能交换机的加氢低压进料油28的流量比例大小不同，液能交换机分为两种机型，第一种机型附图4中液能交换机26利用加氢反应高压分离器高压出料油25的能量把同等或较大流量的加氢低压进料油28增压部分压力，加氢低压进料油28获得加氢高压出料油25的能量后不能直接进入后续的加氢系统，经加压泵43接力二次加压后再进入加氢反应系统，这种加氢进料流程见图4所示。

在附图5中，第二种液能交换机45是利用加氢系统高压分离器的高压出料油25的高压能量把部分加氢低压进料油28升压到高压后直接进入后面的加氢反应系统，加氢低压进料油28流量比加氢高压分离器高压出料油25流量所减少的很少部分进料油由另外一台高压小流量旁路泵44或附图6尾油循环油泵46直接泵入后面的加氢反应系统。

节能型加氢进料工艺给料系统工艺流程布置：

液能交换机是由分配器、左右液能交换筒体、活门、信号发生器、控制机构组成的，液能交换筒体又由动力器和增压器组成，动力器内部有一个动力塞，增压器内部有一个增压塞，动力器与增压器通过中间法兰连接在一起，动力塞与增压塞通过连动杆连接在一起。如图4所示，加氢反应进料油经过滤杂质和分离水后进入加氢进料给料泵35，由加氢进料给料泵35升到足以克服液能交换机26压损和低压分离器6背压后，进入由氮气保护的进料压力缓冲装置29，再通过压力缓冲装置经截止阀进入液能交换机26。进料压力缓冲装置29采用罐顶充氮气的方法使之与空气隔绝。在进料压力缓冲装置顶部设置取压点31，采用压力分程控制，当压力缓冲装置29内液位上升较大时，通过调节阀30补充氮气保持压力缓冲装置29内压力稳定，当压力缓冲装置内液位下降较大时，通过调节阀32排出氮气到火炬放空管线。

节能型加氢进料工艺补充压能损失的工艺流程设备布置：

在附图4中，液能交换机26把加氢高压分离器加氢高压出料油25的高压能量交换给加氢反应加氢低压进料油28后，加氢低压进料油28获得部分增压后进入加压泵43二次增压把加氢低压进料油28的压力提高直接泵入加氢反应系统。加氢进料油的升压能量由液能交换机26和加压泵43共同提供。这种补能方式进入液能交换机26的加氢反应低压进料油28的流量大于或等于进入液能交换机26的高压分离器高压出料油25的流量。

在附图5中，液能交换机45把加氢反应高压出料油25的能量转换成加氢反应低压进料油28的能量，进入液能交换机45的加氢反应低压进料油28的流量小于进入液能交换机45的高压分离器高压出料油25的流量，加氢反应低压进料油28交换获得的压力很高直接进入加氢反应系统。加氢反应低压进料油28比高压分离器高压出料油25的流量小，进出加氢系统的物料不平衡，本发明设置一台高压小流量旁路泵44把相差部分加氢进料升高压后直接泵入加氢反应系统。

在附图6中，加氢反应系统进料油由两部分组成，一是来自加氢系统外的新鲜低压进料油28，二是来自加氢反应后序分馏未转化的尾油循环。就此工况本发明的工艺流程设置是这样的，加氢反应新鲜低压进料油28通过液能交换机45与加氢高压分离器出料油25进行能量交换后，加氢新鲜低压进料油28获得能量压力升压很高直接进入加氢反应系统。加氢反应后序分馏未转化尾油由循环油泵46升至高压后直接进入加氢反应系统，这样的加氢反应进料流程保证了加氢反应的进出料平衡。

节能型加氢进料工艺液能交换机氮气密封回路布置如下：液能交换机加氢进出料可能泄露，泄露油36自液能交换机引出进入氮气密封罐39，密封罐顶部安装氮气进气阀37、安全阀38，在泄露油引出管线安装截止阀48，可以把泄露油引致加氢系统进料原料罐。

节能型加氢进料工艺具体实施工艺流程I

在附图4中，进入液能交换机的加氢低压进料油28的流量大于或等于进入液能交换机的高压分离器高压出料油25的流量。

自加氢原料缓冲装置来的原料油经加氢进料给料泵35升压后进入压力缓冲装置29，自压力缓冲装置底部流出经截止阀进入液能交换机26。加氢低压进料油28在液能交换机26内与来自高压分离器的高压出料油25进行能量交换，加氢进料油28获得增压后出液能交换机26进入加压泵43，经加压泵43二次增压到额定压力与氢气混合，混氢后的加氢进料经加氢换热器3换热或加热炉4加热至反应所需温度后进入加氢反应器5，在较高温度、压力和催化剂存在的条件下与氢气发生加氢反应。自高压分离器底部出来的高压出料油先通过快速切断阀20后进入第一回路，在流量控制阀22控制下进入液能交换机26，高压分离器出料油25在液能交换机26内与来自压力缓冲装置29的加氢低压进料油28进行能量交换，交换完能量压力降低后的加氢出料油27进入加氢系统低压分离器6。

节能型加氢进料工艺具体实施工艺流程II

在附图5中，进入液能交换机45的加氢低压进料油28的流量小于进入液能交换机45的高压分离器出料油25的流量。

自原料油缓冲装置来的原料经加氢进料给料泵35升压后经截止阀33、止回阀34进入压力缓冲装置29，自压力缓冲装置29底部流出经截止阀进入液能交换机45。加氢进料油28在液能交换机45内与来自高压分离器的加氢反应高压出料25进行能量交换，获得高增压后出液能交换机经止回阀40和截止阀41直接进入加氢进料高压管线。自原料缓冲装置来的另一路小流量加氢进料经高压小流量旁路泵44升为高压后也进入加氢进料高压管线。自高压分离器8底部出来的高压出料油先通过快速切断阀20后进入第一控制回路，在流量控制阀22控制下进入液能交换机45，高压分离器8的出料油在液能交换机45内与来自压力缓冲装置29的加氢低压进料油28进行能量交换，交换完能量降低压力后的加氢低压出料油27直接进入加氢系统低压分离器6。

节能型加氢进料工艺具体实施工艺流程III：

在附图6中，加氢反应后分馏未转化的部分尾油经尾油循环泵46加压进入加氢反应系统，进入液能交换机45的加氢低压进料油28的流量小于进入液能交换机的加氢高压分离器8高压出料油25的流量。

自原料缓冲罐来的新鲜原料油经加氢进料给料泵35升压后进入压力缓冲装置29，自压力缓冲装置29底部流出经截止阀进入液能交换机45。加氢低压进料油28在液能交换机45内与来自高压分离器8的高压出料油25进行能量交换，加氢新鲜进料油28交换能量压力升为高压后出液能交换机45直接进入加氢反应系统。加氢反应后工序分馏工艺未转化的部分尾油经尾油循环油泵46再次加压热交换后直接进入加氢反应器5。在较高温度、压力和催化剂存在的条件下与氢气发生加氢反应。自高压分离器底部出来的高压出料油先通过快速切断阀20后进入第一控制回路，在流量控制阀22控制下进入液能交换机45，高压分离器加氢高压出料油25在液能交换机45内与来自压力缓冲装置的加氢低压进料油28进行能量交换，交换完能量压力降低后的加氢出料油27直接进入加氢系统低压分离器6。

当然基于本发明的加氢反应出料与加氢反应进料能量直接交换的装置还可以做其他局部的改变，但加氢反应进出料能量一次交换的方式不变，也属于本发明所保护的范围。本发明液能交换机也可应用于与炼油、化工加氢工艺相类似的其他具有液体余压能量回收应用的行业。

Claims (10)

1.一种节能型加氢进料工艺，由高压分离器液位控制系统、液能交换机、加氢给料系统、能量补充系统和控制系统组成，其特征在于，在液能交换机内高压加氢出料与低压加氢进料直接进行能量交换，来自加氢给料系统的低压加氢进料获得能量后变成高压加氢进料，加氢高压出料释放能量后去低压分离器。

2.根据权利1所述的节能型加氢进料工艺，其特征在于，液能交换机是由分配器、左右液能交换筒体、活门、信号发生器、控制机构组成的，液能交换筒体又由动力器和增压器组成，动力器内部有一个动力塞，增压器内部有一个增压塞，动力器与增压器通过中间法兰连接在一起，动力塞与增压塞通过连动杆连接在一起。

3.根据权利1或2所述的节能型加氢进料工艺，其特征在于，加氢高压分离器出料的流量由液位控制系统控制，高压分离器(8)出料可以全部进入液能交换机回收液体能量，也可以部分进入液能交换机回收液体的能量，也可以全部通过液位调节阀回路减压后直接进入低压分离器(6)，高压分离器(8)出料分成三个回路，第一回路高压分离器(8)的出料通过快速切断阀(21)和流量控制阀(22)后进入液能交换机(26)，第二、三回路高压分离器(8)的出料通过液位调节阀(23)和液位调节阀(24)减压后直接进入低压分离器(6)。

4.根据权利要求1所述的节能型加氢进料工艺，其特征在于，高压分离器(8)的液位控制系统配有快速切断阀(20)和快速切断阀(21)，加氢高压分离器(8)出料可以通过快速切断阀(20)切断，进入液能交换机(26)的高压加氢出料可以通过快速切断阀(21)切断，加氢反应系统在节能模式运行时快速切断阀(21)开启，在备用电泵模式运行时快速切断阀(21)切断。

5.根据权利要求1所述的节能型加氢进料工艺，其特征在于，进入液能交换机(26)的加氢低压进料油(28)的流量大于或等于液能交换机(26)的高压分离器出料油(25)的流量，在液能交换机(26)内，加氢高压分离器出料油(25)把高压能量交换给加氢进料油(28)。

6.根据权利要求1所述的节能型加氢进料工艺，其特征在于，能量补充系统为加压泵(43)，加氢进料油(28)获得增压后出液能交换筒体进入加压泵(43)二次增压，经加压泵(43)二次增压后与氢气混合，再进入加氢反应单元。

7.根据权利要求1所述的节能型加氢进料工艺，其特征在于，进入液能交换机(45)的加氢低压进料油(28)的流量小于进入液能交换机(45)的高压分离器出料油(25)的流量，在液能交换机(45)内，加氢高压分离器出料油(25)把高压能量交换给加氢进料油(28)。

8.根据权利要求1所述的节能型加氢进料工艺，其特征在于，能量补充系统是高压小流量旁路泵(44)或者是加氢反应分馏工序尾油循环泵(46)，高压小流量旁路泵(44)或尾油循环泵(46)直接把低压加氢进料油或循环尾油增压后与进入液能交换机(26)的低压新鲜进料油(28)交换能量成为高压加氢油汇总后再与氢气混合进入加氢反应单元。

9.根据权利要求1所述的节能型加氢进料工艺，其特征在于，加氢给料系统包括加氢给料泵(35)和缓冲装置(29)，给料泵(35)把加氢进料增压克服液能交换机(26)和加氢低压分离器(6)的背压把交换完能量的加氢出料压入加氢低压分离器(6)，缓冲装置(29)内部充有氮气，氮气的压力通过安装于缓冲装置(29)顶部的调节阀(30)和调节阀(32)调整，调节阀(30)为补充氮气调节阀连同补充氮气管线，调节阀(32)为排出氮气调节阀连通火炬放空管线，调节阀(30)和调节阀(32)采用分程控制。

10.根据权利要求2所述的节能型加氢进料工艺，其特征在于，液能交换机(26)的两个液能交换筒体上设有泄漏油口(36)，泄露油口(36)进入氮气密封隔离罐(39)，在密封罐(39)顶部安装有氮气进入阀(37)和安全阀(38)。

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