CN102746896A - 一种加氢进料的加热方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加氢进料油气加热方法及其装置；加氢进料进入以熔融的熔盐为热媒介的间壁式换热器加热至200℃～500℃，进入加氢反应器内进行反应，反应后产品进入分离装置；间壁式换热器熔融的熔盐由熔盐加热系统提供：将混合无机盐粉状颗粒加入到熔盐槽中，在熔融槽中通入高压蒸汽或电加热，熔盐槽内温度达到142℃以上，混合无极盐粉状颗粒熔化成液体，当熔盐温度达到180℃，熔盐加热炉点火升温，由熔盐循环泵对熔盐强制液相循环至熔盐加热炉加热，熔盐炉出口的温度在250℃～550℃，熔盐至换热器加热加氢进料至所需温度，返回熔融槽中；本方法加热均匀，加热强度易于控制，避免了裂解和结焦、烧穿炉管、延长了操作周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种加氢进料油气加热方法及其装置。
背景技术
加氢装置反应器进料加热炉，一般简称加氢炉。按操作压力分类，加氢炉可分为高压加氢炉和中、低压加氢炉两大类。操作压力在10.0Mpa以上的一般叫做高压加氢炉，如减压渣油加氢(VRDS)炉、常压重油加氢(ARDS)炉、加氢裂化炉、润滑油异构化加氢脱蜡炉、润滑油加氢处理炉、润滑油加氢降凝炉等。操作压力在10.0Mpa以下的一般叫做中、低压加氢炉，如石脑油预加氢炉、柴油临氢降凝炉、煤油或柴油加氢精制炉和润滑油加氢精制炉等。
对于一些中、低压加氢炉，当采用炉后混氢工艺时，其炉管材质一般选用价格不高的铬-钼钢或碳钢，大都选用对流-辐射型圆筒炉。部分中、低压加氢炉和大多数高压加氢炉采用炉前混氢，加热炉盘管均处在高温、高压和临氢状态下直接见火操作，其盘管的工艺设计和结构设计要求非常严格。特别是高压加氢炉，由于其操作条件十分苛刻，早期的加氢炉都设计成纯对流炉，避免受火焰直接加热。纯对流炉安全性相对较高，但是由于采用与烟气的对流换热，传热系数低，且对流室内温度低，需换热炉管多，造成较大的压降损失，且重油加氢加热炉管材昂贵，管壁又厚，建造费用高，因此采用纯对流炉无论是炉子热效率，还是管材利用率都非常低，很不经济。随着技术的不断发展，自20世纪70年代以来，高压加氢炉逐渐改用辐射-对流型或纯辐射性炉。由于高压加氢炉除纯氢气加热炉外，管内被加热介质一般都是氢气加重质油(如减压渣油、常压重油等)或减压瓦斯油，无论是为了避免结焦，延长操作周期，提高高合金炉管的使用寿命；还是为了避免裂解而影响产品品质，都要求加热过程十分均匀，最高加热强度不能超过某一较低的限制值，以免局部过热而迅速裂解和结焦，影响操作周期，甚至烧穿炉管。近年来，由圆筒炉、立管立式炉发展到卧管单面辐射立式炉、单排卧管双面辐射炉，上述问题得到了一定的解决，但是严重结焦和烧坏炉管的事故时有发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种加氢进料的加热方法及其装置；本方法是利用以熔融的熔盐为热媒介的间壁式换热器，将加氢反应器的进料油气加热到所需温度，替换原有加氢工艺中加热炉。
本发明所述的一种加氢进料的加热方法是由以熔融的熔盐为热媒介的间壁式换热器实现的。来自脱硫单元的循环氢在排放一部分废氢后与新氢经压缩机加压后与加氢原料油混合后组成加氢进料，与反应器产品换热后进入以熔融的熔盐为热媒介的间壁式换热器加热至200℃～500℃，进入加氢反应器内进行反应，反应后产品经换热后进入后续的分离装置，所述的间壁式换热器熔融的熔盐由熔盐加热系统提供，工作过程如下：将混合无机盐粉状颗粒加入到熔盐槽中，在熔融槽中通入高压蒸汽或电加热，熔盐槽内温度达到142℃以上，混合无极盐粉状颗粒熔化成液体，当熔盐温度达到180℃，熔盐加热炉点火升温，由熔盐循环泵对熔盐强制液相循环，输送至熔盐加热炉加热，控制在熔盐炉出口的熔盐温度或熔盐换热器熔盐流的入口温度在350℃～550℃，熔盐输送至换热器内间壁加热加氢进料至所需温度，继而返回熔融槽中。
本发明所采用的熔盐由硝酸钾、亚硝酸钠和硝酸钠三种无机盐混合而成，常规质量混合比例为：硝酸钾为53％，亚硝酸钠为40％，硝酸钠为7％。该熔盐的熔点为142℃，沸点680℃，在550℃以下非常稳定，几乎不会蒸发，无毒无味，对设备无腐蚀。最佳使用温度为350℃～530℃。
本发明所述的熔盐炉加热系统包括熔融槽、循环泵、熔盐加热炉。熔盐在停工状态下全部在熔融槽中，开工时先蒸汽或电加热将其加热为液相。正常工作时以燃油或炼厂气、天然气等气体烃为燃料，在熔盐加热炉将从熔融槽中抽取的熔盐加热，利用循环泵产生的动力强制液相循环，将热能输送给要加热的加氢进料油气，继而返回熔融槽中。
本发明通过控制熔盐温度和循环流量可以控制所被加热的加氢进料出口温度，温度范围可控制±1℃内，且熔盐流为闭路循环，液相输送热能，传热系数较高，可使用较少的换热器材即到达换热效果，同时热损失小，节能效果显著，环保效果好；在热负荷变化的场合，热效率也能保持在最佳水平；由于采用将熔融的熔盐输送至间壁式换热器进行热量交换，可同时为多个用热单元提供热量；采用熔盐与加氢进料在间壁式换热器换热技术的安全性能高，相对于加热炉(或加氢炉)火焰直接加热油流，间壁式换热器内温度较低，设备烧穿可能性大大降低，即使加氢进料与熔盐流串漏，也不会发生火灾。
本发明提出的加氢进料的加热方法，可以适用于一切加氢工艺，既可以用熔融的熔盐为热媒介的间壁式换热器替换操作压力低于10.0Mpa的中、低压加氢炉，如石脑油预加氢炉、柴油临氢降凝炉、煤油或柴油加氢精制炉和润滑油加氢精制炉等；也可以用熔融的熔盐为热媒介的间壁式换热器替换操作压力高于10.0Mpa的高压加氢炉，如减压渣油加氢(VRDS)炉、常压重油加氢(ARDS)炉、加氢裂化炉、润滑油异构化加氢脱蜡炉、润滑油加氢处理炉、润滑油加氢降凝炉等。
上述发明中所述的间壁式换热器可以是管壳式换热器、套管式换热器、螺旋盘管式换热器或板式换热器中任意一种。在使用管壳式换热器、螺旋盘管式换热器时，需加热的加氢进料在管程中流动；在使用套管式换热器，需加热的加氢进料在内管中流动。当采用间壁式换热器置换高压加氢炉时，由于换热器是在高压、高温和临氢条件下操作的，换热器内油气流经的管称和壳体可采用Cr-Mo抗氢钢材或Cr-Ni不锈钢；换热器内熔融的熔盐流可设计在常压下操作，也可设计在高压下操作，以方便换热器的制造、操作和安全性为准。
上述发明中优先将高压加氢炉改为熔融的熔盐与加氢进料换热的间壁式换热器。由于中、低压加氢反应的反应器入口温度多在300℃以下，反应器出口的油品或蒸汽足以将油品加热至所需反应温度，即使采用加热炉加热，由于中、低压加氢反应原料残炭较低，加热温度也较低，本发明所公布的技术措施的优势相对不明显，因此仍可采用加热炉直接加热加氢进料。但将中、低压加氢炉(加热炉)改为熔融的熔盐与石油换热的间壁式换热器也是可以的，仍然具有降低加氢进料油气在管道中生焦概率的优势。高压加氢反应所需反应温度高、进料残炭高，更容易结焦；采取将高压加氢炉改为熔融的熔盐与石油换热的间壁式换热器，可使换热器内的加氢进料油气结焦可能性大大降低，并可加热到更高温度。并且在换热器内即实现了加氢进料的升温过程，工艺装置整体安全性得以提高。
由于原有加热炉(或加氢炉)内用燃油或天然气、炼厂气等气体烃的明火以热辐射为主加热炉管，炉膛温度高达750～850℃，炉管温度也高达650℃以上，容易造成油流在管内局部出现高温而裂解并生焦，生焦后挂在炉管壁上降低了传热系数，甚至会造成炉管烧穿。
本发明中将熔融的熔盐温度控制在350℃～550℃之间，与加氢进料采用非接触的间壁式换热。熔盐换热器内加氢进料与间壁的温差远小于加热炉管内加氢进料与炉管的温差，加氢进料在加热过程中局部出现高温而发生生焦的概率大大降低。在高压、临氢条件下，加氢进料、特别是重质油高温结焦的倾向有所降低。在高压、临氢条件下，可以将加氢进料加热到500℃而不会出现结焦现象。采用熔融的熔盐为热载体提供热量广泛应用于化肥、三聚氢胺、氧化铝等高温加热生产工艺，但尚未在石油炼制领域有所应用，特别是加热高温、高压、临氢的加氢反应器进料油气方面。但由于常规加氢进料油气加热过程对油品与加热炉管温差的要求不是很高，而采用熔盐间接对油品加热的能量利用效率较低，建造维护成本较高，操作复杂，对安全性要求较高等原因尚未在石油炼制领域有所应用，特别是加氢进料加热方面；但是随着对加氢水平要求的不断提高、对包含沸程在350℃以上重质油品加氢过程中，油品与加热管道的温差过大成为制约将油品加热至更高温度的瓶颈；并且由于温差过大、局部热点造成油品、特别是重质油品在下游的加氢反应内形成延迟焦化效应，即部分重质油热裂化、缩合焦化成小焦粒而堵塞在催化剂颗粒间或颗粒内部从而造成压降过大。为防止管道内包含重质油品的加氢进料高温下结焦，现有技术更多的是从改善加热管道内油气流动状态，即提高炉管内油气流速、提高加热炉管段内油气压力或氢分压等以减缓生焦，但效果有限，加热后的包含重质油的加氢进料温度一般仍小于400℃；本发明将传统对包含重质油馏分的加氢进料直接用炉管加热改为采用熔融的熔盐对其间接加热，对加氢进料、特别包含沸程在350℃以上重质油馏分的加氢进料加热则可突破上述瓶颈，能将加氢进料加热至500℃而不在加热设备内结焦，而且使加热过程更为均匀，加热强度易于控制，从而有效避免了局部过热而迅速裂解和结焦、甚至烧穿炉管、下游的反应器内催化剂间或催化剂颗粒内形成焦粒而造成催化剂床层压差过大，延长了操作周期。
附图说明
图1：包含本发明方法的加氢工艺典型流程图。
其中：1、加氢原料油混合泵2、反应器3、反应器产品换热器4、新氢5、循环氢6、氢气压缩机7、间壁式换热器8、熔盐加热炉9、熔盐循环泵10、熔盐槽
具体实施方式
本发明所述的加氢进料的加热装置由间壁式换热器7、熔融槽10、循环泵9、熔盐加热炉8，反应器产品换热器3构成；熔融槽10内设蒸汽或电加热设备，循环泵9设置在熔融槽10出口处，由管线与熔盐加热炉入口8连接，熔盐加热炉8出口通过管线与间壁式换热器7壳程入口连接，间壁式换热器7壳程出口与熔融槽10入口连接，加氢原料油混合泵1和氢气压缩机6通过反应器产品换热器3与间壁式换热器7管程入口连接，间壁式换热器7管程出口与反应器2入口连接，反应器2出口通过反应器产品换热器3与分离装置连接。
如图1所示，来自脱硫单元的循环氢5在排放一部分废氢后与新氢4经压缩机加压后与加氢原料油混合后组成加氢进料，与反应器产品换热后进入以熔融的熔盐为热媒介的间壁式换热器7加热至反应所需反应温度，再进入加氢反应器内进行反应，反应后产品经换热后进入后续的分离装置。
换热器7出口温度(或反应器3的入口温度)在200℃～500℃任意选取。所述的熔盐加热系统的工作过程如下：将混合无机盐粉状颗粒加入到熔盐槽10中，在熔融槽10中通入高压蒸汽或电加热的加热下，熔盐槽10内温度达到142℃以上，混合无极盐粉状颗粒熔化成液体，当熔盐温度达到180℃，熔盐加热炉8点火升温，同时开启熔盐循环泵9对熔盐强制液相循环，输送至进行熔盐加热炉8加热，控制在熔盐炉出口的熔盐温度(或熔盐换热器熔盐流的入口温度)在350℃～550℃，为将熔盐输送至熔盐换热器7内间壁加热石油流至所需温度，继而返回熔融槽中。在停工状态下熔盐全部返回熔融槽，以防止熔盐在输送管道和换热器内固结。
Claims (4)
1.一种加氢进料的加热方法，其特征在于：来自脱硫单元的循环氢在排放一部分废氢后与新氢经压缩机加压后与加氢原料油混合后组成加氢进料，与反应器产品换热后进入以熔融的熔盐为热媒介的间壁式换热器加热至200℃～500℃，进入加氢反应器内进行反应，反应后产品经换热后进入后续的分离装置，所述的间壁式换热器熔融的熔盐由熔盐加热系统提供，工作过程如下：将混合无机盐粉状颗粒加入到熔盐槽中，在熔融槽中通入高压蒸汽或电加热，熔盐槽内温度达到142℃以上，混合无极盐粉状颗粒熔化成液体，当熔盐温度达到180℃，熔盐加热炉点火升温，由熔盐循环泵对熔盐强制液相循环，输送至熔盐加热炉加热，控制在熔盐炉出口的熔盐温度或熔盐换热器熔盐流的入口温度在250℃～550℃，熔盐输送至换热器内间壁加热加氢进料至所需温度，继而返回熔融槽中。
2.根据权利要求1所述的加氢进料的加热方法，其特征在于：熔盐采用硝酸钾、亚硝酸钠和硝酸钠三种无机盐的混合物；质量混合比例为硝酸钾53％，亚硝酸钠40％，硝酸钠7％。
3.一种权利要求1所述的加氢进料的加热装置，由间壁式换热器、熔融槽、循环泵、熔盐加热炉，反应器产品换热器构成；其特征在于：熔融槽内设蒸汽或电加热设备，循环泵设置在熔融槽出口处，由管线与熔盐加热炉入口连接，熔盐加热炉出口通过管线与间壁式换热器壳程入口连接，间壁式换热器壳程出口与熔融槽入口连接，加氢原料油混合泵和氢气压缩机通过反应器产品换热器与间壁式换热器管程入口连接，间壁式换热器管程出口与反应器入口连接，反应器出口通过反应器产品换热器与分离装置连接。
4.根据权利要求3所述的所述的加氢进料的加热装置，其特征在于：所述的间壁式换热器为管壳式换热器、套管式换热器、螺旋盘管式换热器或板式换热器。
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