CN102395658A - 低压馏出物加氢处理工艺单元的高压改造 - Google Patents

低压馏出物加氢处理工艺单元的高压改造 Download PDF

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Abstract

一种用于将低压馏出物加氢处理工艺单元改造成高压馏出物加氢处理工艺单元的节省成本的方法。增加高压热进料泵，更换炉膛的管子用于更高的压力，将低压反应器更换成高压反应器，在反应器出口处增加高压减压阀，并且将低压循环压缩机更换成高压循环压缩机。

Description

低压馏出物加氢处理工艺单元的高压改造
技术领域
本发明涉及一种将低压馏出物加氢处理工艺单元改造成高压馏出物加氢处理工艺单元的节省成本的方法。增加高压热进料泵，将炉膛更换管子以适合更高的压力，将低压反应器更换成高压反应器，在反应器出口处增加高压减压阀，并且将低压循环压缩机更换成高压循环压缩机。
背景技术
为了符合产品规格并且确保遵守环境法规，要求除去柴油中的杂质(诸如硫)，通常通过加氢处理除去杂质。例如，从2007车型年开始，要求将重型公路车辆的污染降低90％以上。要求减少柴油中的硫，使现代污染控制技术在重型公路车辆(诸如卡车和客车)上有用武之地。美国国家环境保护局要求将公路柴油的硫含量降低97％，即从500ppm等级(低硫柴油，或LSD)到降低到15ppm(超低硫柴油，或ULSD)等级。这些新法规要求发动机制造业满足2007排放标准并具有灵活性，以通过在2007年和2010年之间逐步采用的方法满足新标准。这些标准与大多数工业国家的标准相当。
在不改进一些现有的加氢处理工艺和设备的情况下，目前在商业中使用的用于生产柴油的一些工艺将不能把硫含量充分地降低到新要求的水平。加氢处理是一种既定的炼油工艺，用来改善从石脑油馏程料流到重油馏程料流的各种石油流的品质。加氢处理用于除去诸如硫、氮和金属之类的杂质，也用于使烯烃和芳烃饱和以生产用于下游产品销售的相对清洁的产物流。
通常，通过在含氢空气中在高温高压下将进料从加氢处理催化剂经过来对柴油进行加氢处理。一个已被广泛用于该服务的合适的催化剂族是在载体(例如氧化铝)上的元素周期表中第VIII族金属和第VI族金属的组合(例如钴和钼)。加氢处理之后，所得的产物流通常被送到分离器以从处理过的料流中分离硫化氢和轻气。然后，能够将所得的加氢处理料流送到汽提塔来生产两种或更多种的所期望的馏分，例如柴油馏分和天然石脑油馏分。
目前，柴油池的主要部分必须由超低硫柴油构成。这为炼油厂施加很大的压力，迫使其找出办法来满足对此类超低硫原料不断增长的需求。已经使用低压馏出物加氢处理工艺单元许多年用于从馏出物进料中脱硫。因为它们能够满足当时对硫的要求，直到最近为止，低压馏出物加氢处理单元一直是标准设备。随着对硫的要求变得越来越严格，需要更高压力的单元。在许多情况下，建造基层的高压馏出物加氢处理工艺单元；并且在其它的情况下，将旧的较低压力的单元完全拆除并更换成新的更高压力的单元。完全用更高压力的单元替换较低压力的加氢处理工艺单元，或者建造基层单元是非常昂贵的。因此，在本领域中有必要寻找方法，以比完全废弃较低压力的单元并用基层的高压力单元取代它低相当多的成本，将现有较低压力的加氢处理工艺单元改造成较高压力的加氢处理工艺单元。
发明内容
根据本发明，提供一种用于将低压馏出物加氢处理工艺单元转换成高压馏出物加氢处理工艺单元的方法，其中低压工艺单元包括：
i)泵，该泵用于将馏出物进料流引入加氢处理工艺单元；
ii)换热器，该换热器由与第二通道邻接但不流体连通的第一通道构成，其中所述第一通道与所述泵流体连通；
iii)炉膛，该炉膛包含管道，该管道具有第一端和第二端，并被设计用于直到约500psig(约3.4MPag)的压力，并且馏出物进料流能够流过所述管道，该管道具有将进料流加热到预定反应温度的有效表面积，并且其中，所述管道的第一端与所述换热器的所述第一通道流体连通，所述管道的第二端与以下c)的反应器的入口流体连通；
iv)反应器，该反应器被设计成工作压力不超过约500psig(约3.4MPag)，并且所述反应器具有与所述炉膛的所述管道的第二端流体连通的入口和与所述换热器的所述第二通道流体连通用于移除产物的出口；
v)分离器容器，该分离器容器具有与所述换热器的所述第二通道流体连通的入口，所述分离器具有用于移除气相组分的第一出口和用于移除液相产物流的第二出口；
vi)汽提塔，该汽提塔与所述分离器容器的所述第二出口流体连通；以及
vii)压缩机，该压缩机具有入口和出口，并且其中所述入口与所述分离器容器的第一出口流体连通，并且其中所述压缩机的所述出口与所述炉膛的管道的第一端流体连通，该压缩机能够产生直到约500psig(约3.4MPag)的出口压力；
该方法包括：
a)在所述换热器与所述炉膛之间安装高压泵，该泵能够把液体进料泵送到直到约1500psig(约10.3MPag)的压力；
b)将炉膛的管道更换成能承受直到约1,500psig(约10.3MPag)的压力的管道；
c)将所述反应器更换成设计用于直到约1,500psig(约10.3MPag)的压力的反应器；
d)在反应器的出口处安装高压减压阀，该减压阀能够把进料流的压力从约1,500psig(约10.3MPag)的压力降低到小于约500psig(约3.4MPag)的压力；以及
e)将循环压缩机更换成高压压缩机，该高压压缩机能够把蒸气流压缩到直到约1,500psig(约10.3MPag)的压力。
附图说明
本文的附图是优选的已经被改造成高压单元的常规低压馏出物加氢处理工艺单元的示意图。以虚线示出的部件是为将单元转换成高压单元而被更换或添加的部件。本流程示意图的其它变型也在本发明的范围内，例如，将示出附加的换热器、补给氢压缩机、与低压压缩机串联的高压压缩机、或者附加的分离器或者带有或不带有再沸器的分馏器的变型。
具体实施方式
本发明提供一种用于改造(相对于完全更换)低压馏出物加氢处理工艺单元以使其在适于满足超低硫规格的更高压力下运行的方法。
常规的低压馏出物加氢器被设计成在从约150psig(约1.0MPag)至约500psig(约3.4MPag)、优选地从约350psig(约2.4MPag)至约500psig(约3.4MPag)、更优选地从约350psig(约2.4MPag)至约450psig(约3.1MPag)的压力范围内工作。虽然这样的加氢器在超低硫要求之前已经获得商业上的成功，但是其不能满足新的严格的低硫水平。具有超过约600psig(约4.1MPag)、优选地从约600psig(约4.1MPag)至约1,500psig(约10.3MPag)更优选地从约600psig(约4.1MPag)至约1,200psig(约8.3MPag)、最优选地从约600psig(约4.1MPag)至约1,000psig(约6.9MPag)工作压力的高压馏出物加氢器能更好地满足严格的硫要求。
为了符合关于超低硫水平的更严格的政府法规，馏出物馏程料流(特别是柴油)需要额外的深度脱硫。柴油馏程进料流一般被描述为石油源的高沸点烃料流。此类进料流通常具有从约350℉至约750℉(约175℃至约400℃)、优选地从约400℉至约700℉(约205℃至约370℃)的沸点。此类料流的非限制性实例包括：蜡油；包括催化裂化轻循环油(LCCO)和重催化循环油(HCCO)的催化裂化循环油；澄清油浆(CSO)；以及其它的热裂化和催化裂化产品，例如焦化轻蜡油，它们是馏出物加氢处理的潜在进料来源。如果使用，优选的是，循环油构成进料的微量组分。来自催化裂解和热裂解工艺的循环油通常具有约400℉至750℉(约205℃至400℃)的馏程，但轻循环油可具有更低的终馏点，如600℉或650℉(约315℃或345℃)。由于高含量的芳烃以及氮和硫的不期望的含量存在于这样的循环油中，因此它们要求更严格的工艺条件。也可以使用更轻的进料，如在约250℉至约400℉(约120℃至约205℃)的馏程范围内的那些。使用更轻的进料将导致更高价值的、更轻的馏出物产品(诸如煤油)的生产。
能够在本发明的实践中使用的馏出物馏程进料流能够包含大量的氮，例如从约10wppm至约1000wppm的以有机氮化合物形式存在的氮。进料流也可以包含范围从约0.1wt％至3wt％和更高的很大的硫含量。
低压常规馏出物加氢处理工艺单元的主要部件在本文的附图中示出。这些主要部件为：进料泵P、换热器HE、炉膛F、反应器R、分离器S、汽提塔STR、循环压缩机C和可选的酸性气体洗涤塔AGS。根据本发明，常规低压馏出物加氢处理工艺单元通过以下方式被改造成高压单元：a)在换热器HE和炉膛F之间安装高压泵HPP，该泵能够把液体进料泵送到约1,500psig(约10.3MPag)的压力；b)将炉管更换成能承受约1,500psig(约10.3MPag)的压力的管道；c)将所述反应器更换成设计用于约1,500psig(约10.3MPag)的压力的反应器；d)在反应器的出口处安装高压减压阀LDV，该减压阀能够把处理过的进料流的压力从约1,500psig(约10.3MPag)降低到小于约500psig(约3.4MPag)；以及e)将循环压缩机更换成高压压缩机C，或者增加与低压压缩机串联的第二更高压力的压缩机，使得蒸气流能够被压缩到约1,500psig(约10.3MPag)的压力。对现有低压馏出物加氢处理单元的改造性修改在本文附图中以虚线示出。
在服务期间，馏出物进料经由管线10和进料泵P引入系统中，在系统中馏出物进料穿过换热器HE，该热换器HE能够是用于该目的的任何合适的换热器。换热器将优选地为本领域熟知的“管壳式”换热器。管壳式换热器通常由位于壳体内的一系列管子构成。这样的管子组包含不是必须被加热就是必须被冷却的流体，在本情形中馏出物进料流将被预热。第二流体(来自反应器R的热产物流)被引入壳体内，经过管子并且传递热量以预热进料流。管子组被称为管束并且能够由几种类型的管子(光管、纵向翅片管等)制成。出于本公开的目的，“通道”能够用来描述用于管壳式换热器以及其他类型换热器的管束或壳体的内部。已预热的进料流经由管线12流到炉膛F，在炉膛F中进料流流过具有足够的表面积的炉管FT，以在进料流经由管线14流到反应器R之前提供所期望的进料流的加热。本发明的改造的一个要素是将高压泵HPP包括在换热器HE和炉膛F之间。高压泵能够承受1,500psig(约10.3MPag)、优选地约1,200psig(约8.3MPag)的压力。用于将进料流加热到所期望的反应温度范围的炉膛是本领域熟知的，并且只要它能将馏出物进料流加热至反应器操作条件的温度，能够使用任何合适的炉膛，通常该温度将从约260℃至约425℃、优选地从约300℃至约400℃、更优选地从约345℃至约385℃。由于通常设计低压加氢处理工艺单元的炉管用于不超过约500psig(约3.4MPag)的压力，炉管将被更换成能够承受如前所述的高改造压力的炉管。
已加热的进料将从炉膛F引导至反应器R，出于本发明的目的，该反应器将被更换成能够在约1,500psig(约10.3MPag)、优选地约1,200psig(约8.3MPag)的压力下操作。用于馏出物加氢处理的反应器通常包含一个或多个固定的催化剂层CB。适于在本发明中使用的加氢处理催化剂为任何常规加氢脱硫催化剂，并且包括由至少一种第VIII族金属(优选地Fe、Co或Ni，更优选地Co和/或Ni，最优选地Co)和至少一种第VI族金属(优选地Mo或W，更优选地Mo)构成的在表面积相对较大的载体材料(优选地氧化铝)上的那些。其他合适的加氢处理催化剂载体包括沸石、无定形硅铝土和二氧化钛-氧化铝。优选地当贵金属选自Pd和Pt时，也能够采用贵金属催化剂。在相同反应容器中使用不止一种加氢脱硫催化剂在本发明的范围内。第VIII族金属通常以从约2至20wt％、优选地从约4至12wt％的范围内的量存在。第VI族金属通常在从约5至50wt％、优选地从约10至40wt％、更优选地从约20至30wt％的范围内的量存在。所有金属重量百分比均为在载体上的量。所谓“在载体上”是指百分比基于载体的重量。例如，如果载体重100克，那么20wt％的第VIII族金属意味着20克第VIII族金属在载体上。
现在回到附图，来自反应器R的热反应产物部分地通过经由管线16流过高压减压阀LDV来冷却，其中产物流的压力减压到约500psig(约3.4MPag)或以下、优选地从约150psig(约1.0MPag)至约450psig(约3.1MPag)的常规低压馏出物加氢处理器压力。常规低压加氢处理工艺单元通常不需要减压阀，因此安装合适的减压阀作为本发明改造的一部分。高压减压阀为本领域熟知的，不需要出于本公开的目的而进行额外的描述。现在将产物流以较低压力经过换热器HE，产物流在换热器处穿过第二通道来预热穿过换热器HE的第一通道的进料流。然后，将产物流经由管线18送至分离器S，在分离器S处，主要由未使用的氢气、硫化氢和其他气体构成的轻的蒸气馏分经由管线20从上方被去掉，基本上不含硫的馏出物产物流经由管线22回收。基本上不含硫的馏出物产物流能够被送至汽提塔STR，在汽提塔STR中，使用汽提气(优选蒸汽)将产物流汽提为预定沸点的馏分，优选地，蒸气馏分、天然石脑油馏分和馏出物产品馏分。蒸气馏分将由作为溶解气体从分离器带出的气体构成，并且包括气体组分(诸如H2S和轻馏分)。使用带有再沸器的分馏器或不带有再沸器的分馏器(未示出)来分离各种所期望的产品馏分在本发明的范围内。
轻的蒸气馏分经由管线20离开分离器S，并且能够被传送到酸性气体洗涤塔AGS来移除酸性气体(主要为H2S)，虽然优选为可选的。能够在本发明的实施中使用任何合适的酸性气体处理技术。同样，在酸性气体洗涤区AGS中能够使用任何合适的洗涤剂(优选碱性溶液)，该洗涤剂将从蒸气流中吸附所期望水平的酸性气体(H2S)。一种合适的酸性气体洗涤技术是使用胺洗涤塔。这样的碱性溶液的非限制性实例为胺，优选二乙醇胺、单乙醇胺等。更优选地为二乙醇胺。另一种优选酸性气体洗涤技术为所谓的“RectisolTM洗涤”(RectisolTM Wash)，该技术在零下温度下使用有机溶剂，典型地为甲醇。被洗涤的料流也能够穿过一个或多个保护层(未示出)以移除任何痕量的使催化剂中毒的杂质，例如硫、卤化物等。胺洗涤是优选的，并且贫胺料流经由管线24被引入酸性气体洗涤塔AGS，富胺料流经由管线26从洗涤塔移除。富胺料流将包含能够送至氢回收单元(未示出)的被吸附的酸性气体。在净化部分以保持氢纯度之后，将经由管线28的富氢气体与经由管线30的补给氢一起穿过高压压缩机C，来将料流升压至加氢处理工艺单元的设计压力。然后，将被压缩的蒸汽经由管线32送至炉膛F。

Claims (8)

1.一种用于将低压馏出物加氢处理工艺单元转换成高压馏出物加氢处理工艺单元的方法，所述低压工艺单元包括：
i)泵，所述泵用于将馏出物进料流引到所述加氢处理工艺单元；
ii)换热器，所述换热器由与第二通道邻接但不流体连通的第一通道构成，其中所述第一通道与所述泵流体连通；
iii)炉膛，所述炉膛包含管道，所述管道具有第一端和第二端，并且被设计成用于直到约500psig(约3.4MPag)的压力，并且馏出物进料流能够流过所述管道，所述管道具有将所述进料流加热到预定反应温度的有效表面积，并且其中，所述管道的所述第一端与所述换热器的所述第一通道流体连通，而所述管道的所述第二端与以下c)的反应器的入口流体连通；
iv)反应器，所述反应器被设计成用于不超过约500psig的工作压力，并且所述反应器具有与所述炉膛的所述管道的所述第二端流体连通的入口和与所述换热器的所述第二通道流体连通的用于移除产物的出口；
v)分离器容器，所述分离器容器具有与所述换热器的所述第二通道流体连通的入口，所述分离器具有用于移除气相组分的第一出口和用于移除液相产物流的第二出口；
vi)汽提塔，所述汽提塔与所述分离器容器的所述第二出口流体连通；以及
vii)低压循环压缩机，所述低压循环压缩机具有入口和出口，并且其中所述入口与所述分离器容器的所述第一出口流体连通，并且其中所述压缩机的所述出口与所述炉膛的管道的所述第一端流体连通，所述压缩机能够产生直到约500psig(约3.4MPag)的出口压力；
所述方法包括：
a)在所述换热器和所述炉膛之间安装高压泵，所述泵能够把液体进料泵送到直到约1,500psig(约10.3MPag)的压力；
b)将所述炉膛的管道更换成能够承受直到约1,500psig(约10.3MPag)的压力的管道；
c)将所述反应器更换成设计成用于直到约1,500psig(约10.3MPag)的压力的反应器；
d)在所述反应器的所述出口处安装高压减压阀，所述高压减压阀能够把进料流的压力从约1,500psig(约10.3MPag)的压力降低到小于约500psig(约3.4MPag)的压力；以及
e)将所述低压循环压缩机更换成高压压缩机，或者替代地增加与所述循环压缩机串联的高压压缩机，所述高压压缩机能够把蒸气流压缩到直到约1,500psig(约10.3MPag)的压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述换热器为管壳式换热器。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述高压泵能够产生约1,200psig(约8.3MPag)的出口压力。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中更换的炉膛的管道能够承受直到约1,200psig(约8.3MPag)的压力。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述反应器能够承受直到约1,200psig(约8.3MPag)的压力。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述高压压缩机能够产生直到约1,200psig(约8.3MPag)的出口压力。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述高压压缩机串联地放置在所述低压循环压缩机的下游。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述高压压缩机取代所述低压循环压缩机。
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