CN102491864A

CN102491864A - 一种加氢试验装置

Info

Publication number: CN102491864A
Application number: CN2011103729310A
Authority: CN
Inventors: 王春生; 靳国忠; 何开安; 褚磊; 刘伟; 张怡美; 廖仁权; 张琳
Original assignee: Beijing Hudson Oil & Gas Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Hudson Oil & Gas Technology Co ltd
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: CN102491864B

Abstract

本发明涉及一种加氢试验装置，由在线压缩配气系统，物料分配反应系统，尾气回收部分组成，按照物料流向顺序，所述加氢试验装置包括低压混合罐、一级压缩系统、高压混合罐、二级压缩系统、反应器。所述加氢试验装置的控制系统包括压力控制回路，流量控制回路，温度控制回路，物料组成控制回路。所述装置在一级和二级压缩机后各有一套回流装置，储罐中压力超过设定值时，会有一部分物料回流到压缩机前端，可回收反应器后排放的尾气作为一级压缩系统的动力。采用本发明的装置，试验运行平稳性大大提高，各反应器的物料组成完全一致，设备制造成本下降30％，运行成本下降10％。

Description

一种加氢试验装置

技术领域

本发明涉及一种加氢装置，更具体地，本发明涉及一种碳二碳三馏分选择加氢试验装置。

背景技术

在烃类蒸汽裂解制取烯烃的生产装置中，裂解炉出口的裂解气通常含有0.2％～0.7％的乙炔，如果裂解深度较高，乙炔含量甚至可以高达0.9％。乙烯和丙烯产品中所含炔烃常常对乙烯和丙烯衍生物生产过程带来麻烦。它们可能降低催化剂活性、增加催化剂消耗，甚至影响催化剂的寿命；可能恶化产品质量，使聚合物的性质变差；可能形成不安全因素；可能产生一些不希望的副产品。因此，大多数乙烯和丙烯衍生物的生产均对原料乙烯和丙烯中的炔烃含量提出较严格的要求。通常，要求乙烯产品中乙炔含量低于5ppm，有些聚乙烯装置(如HDPE)甚至要求乙烯中的乙炔含量小于0.1ppm，而对丙烯产品而言，则要求甲基乙炔含量低于5ppm，丙二烯含量低于10ppm。

乙烯生产中最常用的脱除乙炔的方法是溶剂吸收法和催化加氢法。溶剂吸收法是使用溶剂吸收裂解气中的乙炔以达到净化的目的，同时也相应回收一定量的乙炔。催化加氢法是将裂解气中的乙炔加氢成为乙烯或乙烷，由此达到脱除乙炔的目的。

实际生产装置中，绝大部分采用催化加氢法脱除乙炔。

用催化加氢法脱除裂解气中的炔烃有前加氢和后加氢两种不同的工艺技术。前、后加氢是指加氢反应器在流程中的位置而言的，加氢反应器位于脱甲烷塔之后为后加氢，位于脱甲烷塔之前为前加氢。

乙烯的生产是石油化工业的龙头，蒸汽裂解产物中的乙炔的选择加氢，对乙烯加工业有极其重要的作用，目前的碳二馏分加氢除炔中，愈来愈多的采用碳二前加氢的工艺方法。在不同的分离工艺流程中，前加氢相应有如下三种不同的方案：顺序分离流程、前脱乙烷流程、前脱丙烷流程，其中占主导地位的是前脱丙烷前加氢流程，其特点是裂解馏分经过气液相分离，进行碳三以下馏分的加氢，将乙炔完成转化，并脱除大部分的丙炔丙二烯。

目前前脱丙烷前加氢工艺主要采用S&W工艺，使用的前加氢反应器为三段列式固定绝热床反应器，三个反应段串级排列，第三段反应器用于脱除50％以上的丙炔(MA)和丙二烯(PD)，所以第三段出口乙炔要小于1×10^-6(V/V)。

S&W工艺固定绝热床反应器，反应条件为：反应器入口温度45～100℃，反应压力3.5～4.5MPa，气体体积空速5000～22000h^-1。

前脱丙烷的前加氢工艺中，加氢反应器入口原料中组成为碳二馏分35～45％(v/v)，其中乙炔0.4～0.7％(v/v)；其次为甲烷18～25％(v/v)，氢气14～18％(v/v)，碳三馏分8～15％(v/v)，CO 100～2000ppm。

现场生产需要建立模拟试验装置，以尽量小的成本解决工业生产过程中的实际问题，例如催化剂的选择性。在加氢反应条件下，烃原料与催化剂接触可能发生包括：加氢、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱金属、加氢脱芳烃、加氢异构化、加氢脱蜡、加氢裂化和缓和加氢裂化等反应。因此，加氢催化剂在实际使用前需进行试验，测试催化剂选择性等参数。因此，需要开发加氢试验装置。

目前最常用的催化剂试验装置，一般位于该类装置现场，所使用的原料直接来自工业管网。对于受条件限制，无法使用工业管网物料时，或工业管网无法提供试验所需要的原料时，就需要采用其它物料进行配制或自行制备试验所需要的原料。目前乙烯装置以碳二后加氢装置居多。

在采用碳二后加氢工艺装置中，碳二加氢反应器入口物料中只含碳二馏分，要模拟所述的前脱丙烷前加氢工艺的反应物料，还需要配入甲烷18～25％(v/v)，工业粗氢14～18％(v/v)，该工业粗氢中含CO 1000～2000ppm。碳三馏分8～15％(v/v)。

现有工业管网中，各种组分的压力区别较大，如甲烷，管网中压力位0.5MPa，工业粗氢管网压力位3MPa，另外碳三馏分为液相，管网中压力位3MPa，而加反应器所需要的压力为4MPa。

现有的试验装置有两种方法将碳三馏分分配到加氢反应器，一种是采用液态泵将碳三馏分增压后配入预热器，将碳三馏分气化后与其它物料一起进入反应器，该方法碳三的配入较简单，但由于计量不准确，各反应器之间碳三量不一致，导致反应差异大，难以对催化剂做出准确评价，甚至由于瞬间碳三量过大，部分碳三来不及气化即进入加氢反应器，导致反应器温度波动和飞温。

另一种方法是将所有气相物料配制增压后，在反应器前将碳三馏分通过液态质量流量计加入气相物料中，经过预热后进入加氢反应器，该方法的缺点是由于碳三馏分较易气化，极微小的气泡可能导致液相质量流量计的控制失真，碳三馏分甚至完全不能进入反应器，也会导致反应器飞温。

CN 1342097A公开了一种装置和方法，用于处理含有不合需要的烯类化合物的复杂烃类混合物，以分两个阶段除去单烯烃和二烯烃，并且从混合物中分离出一种合乎需要的主要组分。方法是首先在温和的条件下，在具有次级床层、初级床层和侧管线的反应蒸馏塔中处理主要组分，以对二烯烃进行加氢，然后，把不含二烯烃的主要组分与更轻的物质分离到具有次级床层、初级床层和侧管线的第二反应蒸馏塔中，在该蒸馏塔中，从顶部除去轻组分，而不含二烯烃的主要组分在更严格的条件下进行加氢，以除去单烯烃。

CN 201799266U涉及一种化工设备，具体是一种加氢反应装置。加氢装置，包含冰机，冰机与加氢装置循环水管道连接加氢装置增设冰机，利用冰机制冷原理，将加氢装置循环水温度降至10℃以下，满足了加氢装置高负荷运转时对冷却水的需求，消除了气相带液现象，避免了装置的安全隐患。

以上现有技术均存在运行平稳性低，测试结果准确度低及运行成本高的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种加氢试验装置，可以有效的解决上述方案导致的问题，使配制的物料完全可以满足试验的要求。

所述的加氢试验装置由在线压缩配气系统，物料分配反应系统，尾气回收部分组成。

优选地，按照物料流向顺序，所述加氢试验装置包括低压混合罐、一级压缩系统、高压混合罐、二级压缩系统、反应器。

所述加氢试验装置的控制系统包括压力控制回路，流量控制回路，温度控制回路，物料组成控制回路。

具体加氢试验方法包括：将碳三馏分气化，与甲烷在低压混合罐中进行在线配气，通过一级压缩系统，再与氢气、一氧化碳及碳二馏分在高压混合罐中进行气相配气，经过二级压缩系统压缩到反应所需压力后进入反应器。

所述加氢试验方法还可以为：将甲烷通过一级压缩系统压缩，再与气化的碳三馏分、一氧化碳、氢气及碳二馏分在高压混合罐中进行气相配气，经过二级压缩系统压缩到反应所需压力后进入反应器。

所述加氢试验方法还可以为：将甲烷、氢气、一氧化碳及碳二馏分通过一级压缩系统压缩，再与气化的碳三馏分在高压混合罐中进行气相配气，经过二级压缩系统压缩到反应所需压力后进入反应器。

所述加氢试验方法还可以为：将甲烷、氢气、一氧化碳、碳二馏分气化的碳三馏分通过一级压缩系统配气压缩，再经过二级压缩系统压缩到反应所需压力后进入反应器。

优选地，在一级和二级压缩机后各有一套回流装置，储罐中压力超过设定值时，会有一部分物料回流到压缩机前端。

优选地，回收反应器后排放的尾气作为一级压缩系统的动力。

优选地，所述的加氢试验装置的配气系统采用质量流量计，对物料计量后进行配制。

优选地，各反应器前配有气体质量流量计，反应物料经各反应器前的气体质量流量计后进入各反应器。

优选地，所述加氢试验装置反应压力为3.5～4.5MPa，特别优选为4.0～4.5MPa。

优选地，所述氢气选用工业粗氢。

优选地，所述加氢试验装置加氢物料应包括：0.2～1.0％(v/v)的乙炔，12～33％(v/v)的甲烷，10～28％(v/v)的氢气，3～20％(v/v)的碳三馏分，200～2000ppm的CO。

进一步优选，所述加氢试验装置加氢物料应包括：0.4～0.7％(v/v)乙炔，18～25％(v/v)的甲烷，14～20％(v/v)的氢气，8～15％(v/v)的碳三馏分，200～2000ppm的CO。

优选地，所述加氢试验装置加氢物料中，乙炔的来料压力为1.3～2.6MPa，特别优选为1.8～2.3MPa。

优选地，所述加氢试验装置加氢物料中，甲烷的来料压力为0.1～1.0MPa，特别优选为0.3～0.5MPa。

优选地，所述加氢试验装置加氢物料中，氢气的来料压力为2.0～3.5MPa，特别优选为2.5～3.0MPa。

优选地，所述加氢试验装置加氢物料中，碳三馏分的来料压力为2.0～3.5MPa，特别优选为2.5～3.0MPa。

优选地，所述氢气的量通过对反应物料中CO的量来控制。

本发明所采用的压缩机为气动压缩机，可以采用工厂的压缩空气，仪表风等驱动。本发明人发现，可以采用反应后的尾气来驱动压缩机，在装置运行过程中，不需要其它动力，大幅度的节省了能源，而且压缩部分没有强电，不需要额外的防爆措施，也保证了设备的制作费用。

采用本发明的装置，试验运行平稳性大大提高，各反应器的物料组成完全一致，设备制造成本下降30％，运行成本下降10％。

本装置中氢气的配入量由以下方式控制：在反应器的进口，由色谱仪测量CO的含量，由CO的含量控制配入得氢气总量，使CO的含量在200ppm～2000ppm之间。

附图说明

图1是前脱丙烷工艺的碳二前加氢工艺流程。

图2是碳二后加氢工艺流程图。

图3是本发明一个实施方案的流程图。

图4是本发明一个实施方案的流程图。

图5是本发明一个实施方案的流程图。

图6是本发明一个实施方案的流程图。

附图标记如下：

1-油洗塔；2-水洗塔；3-碱洗塔；4-干燥器；5-前脱丙烷塔；6-碳二加氢反应器；7-脱甲烷塔；8-换热器；9-脱乙烷塔。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

该前脱丙烷的前加氢工艺，加氢物料组成为：

加氢反应器入口原料中组成为碳二馏分37％(v/v)，其中乙炔0.8％(v/v)；为甲烷30％(v/v)，氢气18％(v/v)，碳三馏分15％(v/v)。

反应条件：固定绝热床反应器，反应条件为：反应器入口温度55℃，反应压力3.5MPa，单反应器气体体积空速9000h-1，催化剂为德国南方化学G-83C。反应器催化剂装填量400ml，反应物料进入3个平行反应器。

装置流程是：液态碳三质量流量计的流量是5.49L/h，将该碳三馏分加入低压混合罐，压力降为0.5MPa。将甲烷气体质量流量计的流量控制在54NL/min，加入低压混合罐，将该混合罐加热，使温度保持在40℃。用第一级压缩机将该混合物料压缩到1.8MPa。用其余的质量流量计控制碳二，氢气的流量分别为66.6NL/min，32.4NL/min，减压至2MPa，配入一级压缩机出口物料罐中。再将该物料经二级压缩，出口压力为4MPa，将以上物料用气体质量流量计分配至3个反应器中。有气相色谱仪检测反应器入口物料组成，

反应240小时，12小时测定一次，物料组成如下：

配制的反应物料的组成如下表所示：

装置经240小时运行，每12小时分析一次，分析结果如下表：

对比例1

反应器条件与实施例相同。

该装置流程是：甲烷由质量流量计控制流量为540NL/min，用第一级压缩机将甲烷压缩到1.8MPa。用其余的质量流量计控制碳二，氢气的流量分别为66.6NL/min，32.4NL/min，减压至2MPa，配入一级压缩机出口物料罐中。再将该物料经二级压缩，出口压力为4MPa，将以上物料用气体质量流量计分配至3个预热器中。碳三馏分分别由3个液体泵增压至4MPa后加入预热器，并控制每个泵的碳三流量在1.83L/h，物料经预热器加热后进入加氢反应器

配制的反应物料的组成如下表所示：

反应器经240小时的考核后结果如下表所示：

从以上结果可看出，采用本发明的装置后，三个反应器入口物料组成完全一致，反应后物料组成也一致，反应选择性数据平行性好。而采用对比例的装置时，三个反应器入口物料组成差别大，反应器后物料组成及选择性性数据波动大，对催化剂的筛选带来很大困难。

实施例2

该前脱丙烷的前加氢工艺，加氢物料组成为：

加氢反应器入口原料中组成为碳二馏分45％(v/v)，其中乙炔0.9％(v/v)；为甲烷20％(v/v)，氢气25％(v/v)，碳三馏分10％(v/v)。

反应条件：固定绝热床反应器，反应条件为：反应器入口温度55℃，反应压力4.5MPa，单反应器气体体积空速15000h^-1，催化剂为壳牌KL-7741B。反应器催化剂装填量600ml，反应物料进入3个平行反应器。

装置流程是：液态碳三质量流量计的流量是9.14L/h，将该碳三馏分加入低压混合罐，压力降为0.5MPa。将甲烷气体质量流量计的流量控制在90NL/min，加入低压混合罐，将该混合罐加热，使温度保持在40℃。用第一级压缩机将该混合物料压缩到1.8MPa。用其余的质量流量计控制碳二，氢气的流量分别为202.5NL/min，112.5NL/min，减压至2MPa，配入一级压缩机出口物料罐中。再将该物料经二级压缩，出口压力为5.0MPa，将以上物料用气体质量流量计分配至3个反应器中。有气相色谱仪检测反应器入口物料组成，

反应240小时，12小时测定一次，物料组成如下：

配制的反应物料的组成如下表所示：

装置经240小时运行，每12小时分析一次，分析结果如下表：

对比例2

反应器条件与实施例相同。

该装置流程是：甲烷由质量流量计控制流量为540NL/min，用第一级压缩机将甲烷压缩到1.8MPa。用其余的质量流量计控制碳二，氢气的流量分别为666NL/min，324NL/min，减压至2MPa，配入一级压缩机出口物料罐中。再将该物料经二级压缩，出口压力为5.0MPa，将以上物料用气体质量流量计分配至3个预热器中。碳三馏分液体泵增压至5.0MPa后，分别由3个质量流量计按3.14L/h的流量将碳三馏分加入预热器，物料经预热器加热后进入加氢反应器

配制的反应物料的组成如下表所示：

反应器经240小时的考核后结果如下表所示：

从以上结果可看出，采用本发明的装置后，三个反应器入口物料组成完全一致，反应后物料组成也一致，反应选择性数据平行性好。而采用对比例2的装置时，三个反应器入口物料组成差别大，反应器温度波动范围很大，主要是因为气泡导致了液相碳三的进料不准确，在没有碳三的情况下，反应器的温度会快速上升，反应器后物料组成及选择性性数据波动大。

本发明人发现，本发明的装置可以用反应后的尾气来驱动一级压缩机，由于反应后尾气压力高达4MPa，直接排放时由于碳三馏分的强烈吸热而导致排放管线结冻，必须给管线加热，采用本发明的方法时，压缩机出口物料由于温度高需要冷却，而防空物料需要加热，两者在压缩机出口进行换热，既解决了放空物料需要加热的问题，也解决了压缩后物料需要冷却的问题，并且使一级压缩机不再需要外部能源，大幅度降低装置的运行能耗，也使水和空气的消耗大幅度降低，同时解决了由于使用外部加热带来的安全风险。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种加氢试验装置，其特征在于，所述加氢试验装置由在线压缩配气系统，物料分配反应系统，尾气回收部分组成。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，按照物料流向顺序，所述加氢试验装置包括低压混合罐、一级压缩系统、高压混合罐、二级压缩系统、反应器。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述加氢试验装置的控制系统包括压力控制回路，流量控制回路，温度控制回路，物料组成控制回路。

4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，一级压缩系统用于压缩甲烷或甲烷与气化C3的混合气，也可以压缩甲烷、氢气、CO、C2和C3，或压缩甲烷、氢气、CO、C2；

优选地，在一级和二级压缩机后各有一套回流装置，储罐中压力超过设定值时，会有一部分物料回流到压缩机前端；

5.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述的加氢试验装置的配气系统优选采用质量流量计；

6.如权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述加氢试验装置反应压力优选为3.5～4.5MPa，特别优选为4.0～4.5MPa；

优选地，所述氢气选用工业粗氢；

7.如权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述加氢试验装置加氢物料应包括：0.4～0.7％(v/v)乙炔，18～25％(v/v)的甲烷，14～20％(v/v)的氢气，8～15％(v/v)的碳三馏分，200～2000ppm的CO。

8.如权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述加氢试验装置加氢物料中，乙炔的来料压力优选为1.3～2.6MPa，特别优选为1.8～2.3MPa；

9.如权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，所述加氢试验装置加氢物料中，氢气的来料压力优选为2.0～3.5MPa，特别优选为2.5～3.0MPa；

10.如权利要求1-9任一项所述的装置，其特征在于，所述氢气的量通过对反应物料中CO的量来控制；

优选地，在反应器的进口，由色谱仪测量CO的含量，由CO的含量控制配入得氢气总量。