CN110724557A

CN110724557A - 一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法

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Publication number: CN110724557A
Application number: CN201810781441.8A
Authority: CN
Inventors: 朱华兴; 李合刚; 百璐; 张光黎; 韩旭辉; 薛皓
Original assignee: Sinopec Engineering Group Co Ltd; Sinopec Guangzhou Engineering Co Ltd
Current assignee: Sinopec Engineering Group Co Ltd; Sinopec Guangzhou Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2020-01-24

Abstract

本发明公开了石油化工领域一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：1)循环氢和补充氢混合后作为混合氢在预热系统中被加热后分成两部分；2)步骤1)中预热后的混合氢一部分与原料油混合后，依次经炉前换热器和反应进料加热炉加热后进入加氢反应器中；3)步骤1)中预热后的混合氢另一部分经加热后与反应进料加热炉的出口物流混合后进入加氢反应器中；4)加氢反应器的反应产物经换热后进入分离系统。采用本发明通过炉前混氢和炉后混氢相结合的方法，减少高压换热器和加热炉炉管中的气相，显著降低加热炉炉管压降，在循环氢系统的差压一定的情况下，提高装置单系列的加工能力。当加工能力一定时，降低循环氢系统的差压。

Description

一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法

技术领域

本发明属于石油化工领域中的一种加氢工艺，具体涉及一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法。

背景技术

随着加工原油的重质化及劣质化、环境保护要求的日益严格、市场对轻质油品的需求增加、石油产品的清洁化和石化企业面临的竞争更加激烈，近些年来加氢技术快速发展，特别是像渣油加氢、蜡油加氢、加氢裂化、加氢改质等高氢油比的加氢装置已经成为炼厂重油转化的主要生产装置，以实现调整产品结构、最大限度地把渣油转化成为轻质燃料油和化工原料的目标。

渣油加氢技术包括固定床渣油加氢处理、移动床渣油加氢处理、沸腾床渣油加氢裂化和悬浮床渣油加氢裂化等。上述渣油加氢技术中，固定床渣油加氢处理是最成熟、可靠和应用最广泛的工艺技术。我国现有已投产的渣油加氢装置中，固定床渣油加氢装置占95％以上。但是，固定床渣油加氢装置在运行和工程设计中主要面临两个问题：一是由于反应器床层压降升高、高压换热器结垢、级配催化剂失活不同步等因素导致的运行周期短的问题；二是装置单系列加工规模受到各方因素限制，装置大型化发展存在困难的问题。

因此，固定床渣油加氢处理技术的发展趋势主要包括两个方面：一方面通过优选加工原料、提高催化剂性能、合理的催化剂级配方案、开发新的工艺技术等来进一步延长装置的运行周期；另一方面开发装置单系列大型化工程技术，降低能耗和投资，节省占地面积，简化操作，提高本质安全性，使经济效益最大化。

渣油加氢装置单系列大型化一方面受限于设备的制造能力(目前反应器的最大直径为5.8m，高压换热器的最大直径为1.8m)；另一方面受限于循环氢系统的差压，当循环氢系统的差压过大时，装置的操作费用和能耗显著提高。渣油装置原料油的粘度较大，流动性差，通常将混合氢与原料油混合后，依次经高压换热器和反应进料炉加热后进入反应器。两相流能有效提高换热系数。但是大量气相使混合进料的流速显著增加，从而增加了换热器和加热炉炉管的压降，增大循环氢系统差压，导致设备投资和操作费用增加。

随着装置处理能力的增大，气相的影响更加明显，反应炉炉管的压降显著提高，往往成为降低循环氢系统差压的瓶颈。渣油加氢装置的反应进料炉在高温、高压、临氢(炉前混氢)的条件下操作，为了实现被加热物料在炉管内均匀分配，目前主要有两种设计方案。一种方案是原料油和混合氢分别换热，在反应炉前混合，原料油和混合氢的各支路上均设置调节阀以实现流体在炉管中均匀分配。该方案控制精确，但换热流程复杂且高压换热器和高压调节阀的数量较多，增大了操作难度和投资。另一种方案是原料油和混合氢在换热前混合，通过加热炉进出口炉管的完全对称布置来实现流体在炉管中均匀分配。这种方案存在诸多限制条件：(1)由于管内介质容易裂解结焦，需采用较低的热强度以减小内膜温度，提高管内流速以提高传热膜系数；(2)加热炉的炉管只能选择1、2、4管程，目前4管程仅出现在国外的工程设计中，且鲜有应用，国内大量的设计经验均为两管程；(3)目前国内应用于渣油加氢装置的最大标准炉管规格为φ219mm；(4)炉管长度和弯头数受限于占地要求。因此，需要开发新的工艺技术，降低反应炉炉管的压降。

中国专利CN105316041A一种渣油加氢的方法公开了一种渣油加氢的方法，具体为：原料油与补充氢混合后经高压换热器和反应炉加热后进入加氢保护反应器，全部循环氢经加氢处理生成物/循环氢换热器加热后与加氢保护反应器生成物混合后进入加氢处理反应器，保护反应器为上行反应器，其他加氢反应器为常规下行反应器。保护反应器的优选操作条件为：压力17～19.5MPag，温度360～410℃，空速0.4～1.0h-1，氢油比200:1～260:1；加氢处理反应器的优选条件为：压力17～19.5MPag，温度360～410℃，空速0.25～0.4h-1，氢油比600:1～800:1。该方法减少了循环氢系统的差压，提高了单系列最大加工能力。该工艺存在的问题有：上行反应器设置多个床层，与常规固定床反应器相比投资高、操作复杂，而且存在运行中入口循环氢流量不平稳、反应器内构件带入催化剂、难于清洗等问题。

中国专利CN101591563A一种沸腾床加氢与固定床加氢的组合工艺公开了一种沸腾床-固定床组合渣油加氢处理新技术，具体为：原料油和混合氢分别在原料油加热炉和氢气加热炉中加热后混合进入沸腾床渣油加氢反应器，脱除大部分的硫、金属等杂质，并适度裂化，沸腾床反应器的气相产物经冷却分离作为固定床反应器的循环氢，沸腾床反应器的液相产物进入固定床反应器进行脱金属、脱硫、脱氮、脱残炭反应。固定床反应产物经过冷却、分离、脱硫后作为沸腾床反应器的循环氢。该方法利用沸腾床反应器的优势解决固定床渣油加氢装置原料适应性差、运行周期受限的问题，同时降低循环氢系统差压。但是与固定床加氢技术相比，沸腾床加氢投资大、能耗高、技术复杂，目前在国内应用较少，缺少实际操作经验。

综上所述，上述几种工艺虽然能降低渣油加氢装置的循环氢系统差压，但都是以增大投资和增加操作难度为代价。

对于蜡油加氢、加氢裂化、加氢转化、加氢改质等技术，虽然循环氢系统差压并未成为装置大型化发展的限制条件，但是降低系统差压能减少投资和能耗，且有益于装置的长期稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，提高加氢装置单系列最大加工能力，或在相同加工能力下降低循环氢系统的压降，从而降低装置的投资、能耗和操作费用。以解决现有技术中降低加氢装置循环氢系统差压投资大和操作难度大的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：

1)循环氢和补充氢混合后作为混合氢在预热系统中被加热后分成两部分；

2)步骤1)中预热后的混合氢一部分与原料油混合后，依次经炉前换热器和反应进料加热炉加热后进入加氢反应器中；

3)步骤1)中预热后的混合氢另一部分经加热后与反应进料加热炉的出口物流混合后进入加氢反应器中；

4)加氢反应器的反应产物经换热后进入分离系统。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：步骤3)中的混合氢经氢气加热炉加热，加热至反应所需温度300～400℃，不限于蒸汽加热、电加热、导热油加热等其它加热方式。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：步骤4)所述加氢反应器的反应产物经炉前换热器换热后进入分离系统。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：步骤3)中的混合氢经混合氢-反应流出物换热器加热，加热至反应所需温度300～400℃。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：步骤4)所述加氢反应器的反应产物分别经混合氢-反应流出物换热器和炉前换热器换热后进入分离系统。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：混合氢分成两部分，一部分在反应进料炉前与原料油混合，另一部分在反应进料炉后与原料油混合。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：步骤2)中经炉前换热器和反应进料加热炉加热后加热到300～400℃。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：所述加氢反应器为固定床反应器，反应进料从反应器上部进入反应器，反应流出物从反应器下部流出。加氢反应器床层内装催化剂和瓷球，内设入口扩散器、分配盘和出口收集器。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：所述加氢反应器为单台或者为串联设置的多台；优选地，所述加氢反应器为串联设置的2～5台。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：所述加氢反应器内设置单个催化剂床层或者多个催化剂床层。优选地，所述加氢反应器设置1～3个催化剂床层。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：所述渣油加氢装置的原料油为常压渣油、减压渣油、减压蜡油、直馏重蜡油、焦化蜡油、脱沥青油、催化循环油、煤液化油和页岩油等重油原料的其中一种或几种的混合油。所述蜡油加氢、加氢裂化装置的原料油为直馏蜡油、直馏柴油、焦化蜡油、焦化柴油、催化柴油等原料的其中一种或几种的混合油。所述加氢转化、加氢改质装置的原料油为直馏柴油、催化柴油、焦化柴油等原料的其中一种或几种的混合油。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：所述加氢反应器的操作条件为：压力8～20MPag，温度300～450℃，空速0.1～2h^-1，氢油比400:1～1200:1；进一步优选为：压力10～19.5MPag，温度350～420℃，空速0.15～1h^-1，氢油比600:1～1000:1。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其进一步特征在于：所述混合氢的分配比例根据循环氢系统压降和设备投资平衡的结果确定。

本发明方法与现有技术相比具有以下有益效果：

1、通过炉前混氢和炉后混氢相结合的方法，减少高压换热器和加热炉炉管中的气相，显著降低加热炉炉管压降，在循环氢系统的差压一定的情况下，提高装置单系列的加工能力，当加工能力一定时，降低循环氢系统的差压；

2、与上流式反应器和沸腾床反应器相比，能有效减少设备投资，操作更简单平稳；

3、当加工原料条件变化时，可通过调整炉后混氢的混合氢量，来调整反应进料加热炉的炉管压降；

4、无论是氢气加热炉、氢气加热器还是混合氢-反应流出物换热器，均具有占地少、投资低的特点，可用于已有装置的改造扩能。

附图说明

图1是本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法结构示意图；

图2是本发明另一种结构示意图。

图中所示附图标记为：1—加氢反应器，2—反应进料加热炉，3—炉前换热器，4—反应进料预热系统，5—混合氢预热系统，6—氢气加热炉，7—分离系统，8—原料油，9—反应液相产物，10—循环氢，11—补充氢，12—混合氢-反应流出物换热器

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

本发明提供一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，如图1所示。混合氢经混合氢预热系统5预热后分成两部分，一部分混合氢与原料油8混合后经反应进料预热系统4、炉前换热器3和反应进料加热炉2加热至反应温度；另一部分混合氢经氢气加热炉6加热至反应温度，然后与反应进料加热炉2的出口物料一起混合进入加氢反应器1进行催化加氢反应，脱除金属、硫、氮和残炭等。从加氢反应器1出来的反应产物经炉前换热器3换热后进入分离系统7进行气液分离，反应液相产物9进入下游设备进一步分离，气相产物为循环氢10，与补充氢11混合后作为混合氢进入反应系统。

如图2所示，混合氢经混合氢预热系统5预热后分成两部分，一部分混合氢与原料油8混合后经反应进料预热系统4、炉前换热器3和反应进料加热炉2加热至反应温度；另一部分混合氢经混合氢-反应流出物换热器12加热至反应温度，然后与反应进料加热炉2的出口物料一起混合进入加氢反应器1进行催化加氢反应，脱除金属、硫、氮和残炭等。从加氢反应器1出来的反应产物经混合氢-反应流出物换热器12和炉前换热器3换热后进入分离系统7进行气液分离，反应液相产物9进入下游设备进一步分离，气相产物为循环氢10，与补充氢11混合后作为混合氢进入反应系统。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，渣油加氢装置所处理的原料油为常压渣油、减压渣油、减压蜡油、直馏重蜡油、焦化蜡油、脱沥青油、催化循环油、煤液化油和页岩油等重油原料的其中一种或几种的混合油。蜡油加氢、加氢裂化装置所处理的原料油为直馏蜡油、直馏柴油、焦化蜡油、焦化柴油、催化柴油等原料的其中一种或几种的混合油。加氢转化、加氢改质装置所处理的原料油为直馏柴油、催化柴油、焦化柴油等原料的其中一种或几种的混合油。设计人员可以根据全厂效益最优为目标，优化原料油的混合比例。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法的加氢反应器为本领域人员所熟知的固定床加氢反应器，压力8～20MPag，温度300～450℃，氢油体积比400：1～1200：1，液时空速0.1～2.0h^-1。进一步优选为压力10～19.5MPag，温度350～420℃，氢油体积比600：1～1000：1，液时空速0.15～1h^-1。本领域人员可根据原料和产品性质的差异，在工艺设计时对本发明各设备的操作条件进行优化，这是本领域常采用的手段。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，可以设置单台加氢反应器，也可设多台串联的加氢反应器。通常来说，渣油加氢反应的液时空速较低，随着处理量增大，所需反应器总容积增大，因此优选为3～5台加氢反应器串联设置。蜡油加氢、加氢裂化、加氢转化和加氢改质装置优选为两台加氢反应器串联设置。加氢本领域人员可根据原料油性质、液时空速、催化剂级配方案等优化串联加氢反应器的数量，

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，所述反应流出物的分离方法可以选择热高分流程和冷高分流程，优选为热高分流程，本领域人员可以根据需要进行选择。这是本领域公知的技术，对此本发明不加限制。

本发明一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，所述反应进料加热炉为本领域技术人员所熟知的，优选的所述反应进料加热炉为单排双面辐射卧管箱式炉，介质分为两管程。所述混合氢-反应流出物换热器为本领域技术人员所说熟知的，通过优化换热器的选型，可实现反应流出物侧的压降满足要求。所述混合氢在反应进料加热炉前和炉后的分配比例应根据反应系统压降和设备投资的平衡结果来确定，一方面降低反应进料炉的压降，另一方面控制高压换热器的传热效率及混合氢-反应流出物换热器的设备投资。

实施例具体条件如下：

采用的原料油为直馏重蜡油(占47.16％)、减压渣油(占40.74％)、焦化蜡油(占5.40％)和脱沥青油(占6.70％)的混合原料油，以重量百分含量计，总硫含量为3.6％，总氮含量为0.35％，残炭含量为10.5％，Ni+V含量为0.09％，混合原料油20℃下的密度为0.980kg/m³，100℃下的黏度为93mm²/s。补充氢采用PSA装置提供的纯氢，以体积百分含量计，H2为99.9％，C1为0.1％。

该装置反应部分按单系列考虑，年开工时数按8000小时计。

设置五台固定床加氢反应器串联操作，每台反应器设置单个催化剂床层，并设有入口扩散器、分配盘和出口收集器。

反应器入口操作条件为：压力19.4MPag，温度350℃，液时空速为0.2h^-1，氢油比为650：1。五台串联反应器的内径均为5600mm。循环氢压缩机入口压力设定为为16.2MPag。

催化剂采用国内石油化工研究单位开发的系列渣油加氢催化剂，活性组分为Ni-MO，外形为四叶草和三叶草型，装填方式为布袋装填。

混合氢经热高分气加热后，分成两部分，其中一部分混合氢与原料油混合，另一部分混合氢进入混合氢-反应流出物换热器加热至反应所需温度。

反应进料加热炉选用单排双面辐射卧管箱式炉，采用两路炉管对称布置方案，炉管规格为Φ219mm。混合氢-反应流出物换热器规格为DEU1000×3000，反应流出物走壳程，壳程压降为25kPa。

在本实施例中，装置单系列加工能力达到260万吨/年时，反应进料加热炉的差压为0.6MPa，循环氢系统的差压为3.6MPa。在相同进料条件和操作条件的情况下，采用常规技术，即全部混合氢与原料油一起经过反应进料-热高分气换热器、反应流出物-反应进料换热器和反应进料加热炉加热后进入加氢反应器，反应进料加热炉的差压为1MPa，循环氢系统的差压达到4.2MPa。

Claims

1.一种降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：

4)加氢反应器的反应产物经换热后进入分离系统。

2.根据权利要求1所述的降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：步骤3)中所述的混合氢经氢气加热炉加热，加热至反应所需温度300～400℃。

3.根据权利要求2所述的降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：步骤4)所述加氢反应器的反应产物经炉前换热器换热后进入分离系统。

4.根据权利要求1所述的降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：步骤3)中所述的混合氢经混合氢-反应流出物换热器加热，加热至反应所需温度300～400℃。

5.根据权利要求4所述的降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：步骤4)所述加氢反应器的反应产物分别经混合氢-反应流出物换热器和炉前换热器换热后进入分离系统。

6.根据权利要求1所述的降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：所述加氢反应器为固定床反应器，反应进料从反应器上部进入反应器，反应流出物从反应器下部流出。

7.根据权利要求1所述的降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：所述加氢反应器为单台或者为串联设置的2～5台。

8.根据权利要求7所述的降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：所述加氢反应器床层内装催化剂和瓷球，内设入口扩散器、分配盘和出口收集器。

9.根据权利要求1所述的降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：所述加氢反应器的操作条件为：压力8～20MPag，温度300～450℃，空速0.1～2h^-1，氢油比400:1-1200:1。

10.根据权利要求9所述的降低加氢装置循环氢系统差压的方法，其特征在于：所述加氢反应器的操作条件为：压力10～19.5MPag，温度350～420℃，空速0.15～1h^-1，氢油比600:1～1000:1。