CN111575055B - 渣油加氢原料预处理方法及其装置以及渣油加氢工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了渣油加氢原料预处理方法及其装置以及渣油加氢工艺，涉及石油炼制技术领域。渣油加氢原料预处理方法包括将原料油通过具有楔形过滤空间的过滤器，过滤器上安装有能够超声作用于楔形过滤空间的超声波发生器，超声波发生器的频率为15‑25kHz，过滤器的操作压力为0.5MPa以上。使原料油经过过滤器处理之后的粘度显著降低，这很可能是由于渣油在过滤器的楔形过滤空间中同时产生水利空化和超声空化，降低渣油的残炭含量和粘度。本发明中的预处理方法和对应的预处理装置可以在不改变原有工艺条件下实现水利空化和超声空化，工业应用前景较好，该渣油加氢工艺采用上述预处理方法进行原料的预处理，能够显著提升轻质油收率。

Description

渣油加氢原料预处理方法及其装置以及渣油加氢工艺
技术领域
本发明涉及石油炼制技术领域，且特别涉及渣油加氢原料预处理方法及其装置以及渣油加氢工艺。
背景技术
随着世界石油储量的减少和原油重质化、劣质化趋势加剧，环保法规要求日益严格，轻质石油产品需求量增加以及产品质量不断升级换代，如何清洁高效的利用石油资源己成为全球面临的重要问题。渣油是原油中最重的组分，其平均相对分子质量大，沸点高，粘度和极性大，集中了原油中大部分的含硫、含氮、含氧化合物和胶质，以及全部的沥青质和重金属，是油品加工的重点和难点。渣油加氢技术可显著改善渣油的性质，是高效利用重质石油资源的重要手段。
目前有关渣油加氢的研究主要集中在反应器的形式(固定床、浆态床和沸腾床等)和高效催化剂，伴随着工艺和催化剂的研究，还有反应器内构件、设备大型化、系统节能、添加助剂和微界面强化等相关工程技术研究。国内外研究机构通过大量的基础研究发现，渣油加氢过程脱硫反应速率主要与原料油中的沥青质含量有关，沥青质含量越低，加氢脱硫反应速率越大。另外，渣油原料的粘度对渣油加氢过程催化剂的活性也有重要的影响，这是因为渣油加氢处理过程是受扩散控制的过程，原料油的粘度越大，原料油分子在床层的流动和催化剂颗粒内部的传质扩散阻力越大，加氢反应速度越慢，相同体积空速下的杂质脱除率越低，加氢过程的转化率也越低。因此，如果原料油粘度过高，则对加氢处理反应不利。
但是，目前对原料油的降粘方法大多还处于实验室探索研究阶段，或者由于对原工艺流程改变很大较难获得工业化应用，比如增加文丘里管等空化设备或者产生很大压降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种渣油加氢原料预处理方法，其对原处理工艺改变较少，便于工业化应用，且能够显著降低渣油粘度，提升加氢反应后轻质油收率，降低焦炭收率。
本发明的另一目的在于提供一种渣油加氢原料预处理装置，其便于工业化应用，且能够显著降低渣油粘度。
本发明的第三目的在于提供一种渣油加氢工艺，其轻质油收率高，且焦炭收率较低。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出了一种渣油加氢原料预处理方法，包括将原料油通过具有楔形过滤空间的过滤器，过滤器上安装有能够超声作用于楔形过滤空间的超声波发生器，超声波发生器的频率为15-25kHz，过滤器的操作压力为0.5MPa以上。
本发明还提出一种渣油加氢原料预处理装置，包括具有楔形过滤空间的过滤器，过滤器上安装有能够超声作用于楔形过滤空间的超声波发生器。
本发明还提出一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理。
本发明实施例提供一种渣油加氢原料预处理方法的有益效果是：其通过在原预处理过程中的过滤器上安装超声波发生器，通过控制过滤器的操作压力、超声波发生器的频率等条件，使原料油经过过滤器处理之后的粘度显著降低，这很可能是由于渣油在过滤器的楔形过滤空间中同时产生水利空化和超声空化，显著降低渣油的平均相对分子质量，降低渣油的残炭含量和粘度。
本发明实施例提供一种渣油加氢原料预处理装置，其便于工业化应用，且能够通过过滤器和超声波发生器的双重作用显著降低渣油粘度。
特别指出的是，发明人创造性地发现，在引入超声波发生器后，在引起超声空化的同时，还能够在原本不能产生水利空化的压降范围内产生水利空化，实现了两种空化的耦合作用。本申请中的预处理方法，可以在原预处理工艺的压降范围内实现两种空化，能耗较低，且可以很容易地实现工业化应用。
本发明实施例还提供一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，加氢反应后轻质油收率大幅提高，焦炭收率降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为渣油加氢原理图；
图2为本发明实施例提供的渣油加氢原料预处理方法的原理图；
图3为本发明另一实施例提供的渣油加氢原料预处理方法的原理图；
图4为无超声作用下气相分布图；
图5为超声作用下气相分布图；
图6为过滤管内气相分布图。
图标：1-第一缓冲罐；2-增压泵；3-反冲洗过滤器；4-第二缓冲罐，5-加氢进料泵；6-超声波发生器；7-楔形丝网滤管；8-反馈调节系统；9-回流管路；10-回流泵。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的渣油加氢原料预处理方法及其装置以及渣油加氢工艺进行具体说明。
请参照图1，渣油是以沥青质、胶质为分散相，饱和分、芳香分为分散介质的胶体体系。在这个体系中芳香度最高的沥青质分子聚集成胶核，芳香度略低的胶质附着在胶核外侧，饱和分和芳香分在最外侧。胶质、沥青质对氢气在渣油中的溶解有抑制作用，导致结焦和催化剂失活，同时沥青质含量过高会提高加氢过程的氢耗。在加氢反应时，氢气以间隙填充的形式在渣油中溶解，由于胶团体系的稳定存在，导致氢气无法进入胶团内部。
本发明实施例提供了一种渣油加氢原料预处理方法，包括将原料油通过产生0.5MPa以上压降且具有楔形过滤空间的过滤器，过滤器上安装有超声波发生器，超声波发生器的频率为15-25kHz。
需要说明的是，发明人发现原料油经过该过滤器之后使渣油的平均相对分子质量减少，残炭和粘度有明显的降低，而且渣油进一步进行后续固定床或者沸腾床加氢反应后轻质油收率大幅提高，焦炭收率降低。产生这一现象的原因很可能是由于渣油经过过滤器的楔形过滤空间时，楔形微滤空间与超声形成两种空化机理的耦合作用，发挥各自优点，克服彼此的弊端。发明人还发现，经过水利空化和超声空化之后，渣油分子微观上发生了变化，提高渣油溶氢量，氢气分子与沥青质分子接触的几率增加，从而可以提升渣油加氢的效果。
特别指出的是，一般产生水利空化的压降需要2-3MPa，而一般渣油加氢原料预处理过程过滤器可以产生1MPa左右的压降，不足以产生水利空化。发明人创造性地引入超声波发生器之后可以在发生超声空化的同时在原压降的条件下同样产生了水利空化。
具体地，原料油可以包括减渣、蜡油和脱沥青油等。
进一步地，超声波发生器的频率为18-22kHz；优选地，超声波发生器的最大振幅为10-20μm。通过进一步控制超声波发生器的工作参数在能耗更小的前提下，保证空化效果。具体地，超声波发生器为现有设备，其型号可以为LYHCCS01。通过数值模拟得声功率为4.73W/cm2，振子功率为1.784W，可以实现空化。
在一些实施例中，过滤器的压降为0.6-1MPa，在不改变原有工艺条件的前提下，仅仅增加超声波发生器即可实现两种空化，便于工业化应用。
请参照图2，过滤器为反冲洗过滤器3，超声波发生器6为内置式或外置式。渣油反冲洗过滤器3一方面在超声的作用下，不易堵塞，反冲洗次数大幅度下降；另一方面通过一次空化和二次空化可以渣油分子微观上发生变化，提高渣油溶氢量，氢气分子与沥青质分子接触的几率增加，从而可以提升渣油加氢的效果。
在一些实施例中，超声波发生器6安装于反冲洗过滤器3内腔中，采用内置式的方式可以减少对过滤器壁面的磨损，反冲洗过滤器3中存在多个楔形丝网滤管7，反冲洗过滤器3为现有设备，是渣油预处理中常用设备。
进一步地，反冲洗过滤器3上过滤管的压差为0.4-0.6MPa，反冲洗过滤器3的操作温度为250-300℃，压力为0.5-1.5MPa；优选地，反冲洗过滤器3的操作温度为270-290℃，压力为0.8-1.2MPa。过滤器的工作条件与原工艺大致相同，在此范围内就可以配合超声波发生器显著降低渣油粘度。
进一步地，原料油的流速小于或等于5mm/s；优选地，原料油的流速为0.1-5mm/s。原料油的流速过快会导致空化效果不佳，粘度降低效果不理想。
为了更好地控制流速，在将原料油通入反冲洗过滤器3之前储存于第一缓冲罐1中，通过反馈调节系统8检测第一缓冲罐1中的存储量，并控制第一缓冲罐1和反冲洗过滤器3之间增压泵(即增压泵2)的压力和超声波发生器6的频率。当检测到第一缓冲罐1中油量较少，增压泵2会保证进料压力，但会适当降低流量，此时渣油在反冲洗过滤器内部停留时间增长，反馈调节系统8可以适当调节超声波的强度，在保证空化效果的同时，降低系统能耗。
具体地，将从反冲洗过滤器3输出的物料通入第二缓冲罐4，然后通过加氢进料泵5后进入原料油换热系统。
具体地，反馈调节系统8为处理器，可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器；所述处理器也可以是任何常规的处理器等。于本实施例中，优选地，该处理器可以是STM32系列的处理器，例如STM32F103C8T6、STM32F103VET6等型号。
在一些优选的实施例中，请参照图3，为进一步增强空化效果，适当调节渣油在反冲洗过滤器3的停留时间，将从反冲洗过滤器3输出的物料通入第二缓冲罐4，并在第一缓冲罐1和第二缓冲罐4之间设置回流管路9，利用回流泵10进行输送。从第二缓冲罐回流至第一缓冲罐的质量小于或等于第二缓冲罐总储量的10％为宜。
如图1-2，本发明实施例还提供了一种用于实施上述预处理方法的渣油加氢原料预处理装置，包括具有楔形过滤空间的过滤器(即图中反冲洗过滤器3)，过滤器上安装有能够超声作用于楔形过滤空间的超声波发生器6。具体工作原理请参照预处理方法部分，在此不做过多赘述。
在一些实施例中，还包括第一缓冲罐1、增压泵2和用于检测第一缓冲罐1中存储量的反馈调节系统8，增压泵2分别与第一缓冲罐1的出料口和过滤器的进料口相连，增压泵2和超声波发生器6均与反馈调节系统8通信连接。
在一些实施例中，还包括第二缓冲罐4和回流管路9，回流管路9的一端与第二缓冲罐4的出料口相连，另一端与第一缓冲罐1的进料口连通。
本发明实施例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，经过预处理的渣油进入换热系统。渣油加氢工艺其他部分的方法为现有方法，在此不做过多赘述。
需要说明的是，本发明实施例提供的预处理方法可以在低压降下实现空化，确保处理后的渣油进加氢反应器后，操作周期延长3-6个月，轻油收率提高0.5-2个百分点，可以在低压降下实现空化，确保处理后的渣油进加氢反应器后，操作周期延长3-6个月，轻油收率提高0.5-2个百分点，反冲洗过滤器的反冲洗次数减少50％。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种渣油加氢原料预处理方法，其采用图2中的装置，反冲洗过滤器操作温度为250℃，压力为0.5MPa；超声波发生器的频率15kHz，最大振幅为10μm；原料油流速为5mm/s。
本实施例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
实施例2
本实施例提供一种渣油加氢原料预处理方法，其采用图2中的装置，反冲洗过滤器操作温度为300℃，压力为1.5MPa；超声波发生器的频率25kHz，最大振幅为20μm；原料油流速为0.1mm/s。
本实施例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺参照文献包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
实施例3
本实施例提供一种渣油加氢原料预处理方法，其采用图2中的装置，反冲洗过滤器操作温度为270℃，压力为0.8MPa；超声波发生器的频率18kHz，最大振幅为20μm；原料油流速为3mm/s。
本实施例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺参照文献包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
实施例4
本实施例提供一种渣油加氢原料预处理方法，其采用图2中的装置，反冲洗过滤器操作温度为290℃，压力为1.2MPa；超声波发生器的频率22kHz，最大振幅为20μm；原料油流速为3mm/s。
本实施例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺参照文献包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
实施例5
本实施例提供一种渣油加氢原料预处理方法，其采用图3中的装置，具体参数与实施例4相同，并通过回流管路的回流量为第二缓冲罐总储量的10％。
本实施例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺参照文献包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
对比例1
本对比例提供一种渣油加氢原料预处理方法，与实施例1不同之处在于：在过滤器上不安装超声波发生器。
本对比例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺参照文献包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
对比例2
本对比例提供一种渣油加氢原料预处理方法，与实施例1不同之处在于：超声波发生器的频率为10kHz。
本对比例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺参照文献包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
对比例3
本对比例提供一种渣油加氢原料预处理方法，与实施例1不同之处在于：超声波发生器的频率为30kHz。
本对比例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺参照文献包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
对比例4
本对比例提供一种渣油加氢原料预处理方法，与实施例1不同之处在于：将反冲洗过滤器替换为一般缓冲罐。
本对比例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺参照文献包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
对比例5
本对比例提供一种渣油加氢原料预处理方法，与实施例1不同之处在于：将反冲洗过滤器替换为不具备楔形过滤空间的过滤器，具体型号为LYHC。
本对比例还提供了一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，后续处理工艺参照文献包括固定床、浆态床、沸腾床渣油加氢工艺。
试验例1
测试实施例1和对比例1的空化效果，如图4-5所示，测试方法：数值模拟。
从图4-5的结果可以看出，不施加超声时，水力空化无法产生，此时流体域内平均气体体积分数为0.00130。如图4，当加入超声后产生空化，该截面上最低气体体积分数为0.00130，最大气体体积分数为0.00428。平均气体体积分数为0.00155，相较未空化时平均气体体积分数增加了19.23％。
试验例2
测试实施例1过滤管内气相分布情况，如图6所示，测试方法：数值模拟。
图6所示为xy截面过滤管气相分布图，标尺最小值取未空化时的平均气体体积分数，最大值取该时刻该截面气体体积分数最大值。从图中可以直观的看出，在楔形丝入口处为空化效果最强的区域，随着流道的扩展空化效果减弱，但是空化效果仍然可以覆盖整个楔形流道，且向管内延展，可见超声对空化场的生成有着明显的作用。全场平均气体体积分数为0.00292，相较于未施加超声时增加了124.62％。
试验例3
测试实施例1-5和对比例1-5中，预处理后渣油溶氢能力提高1-5％、加氢反应之后氢油收率提高1-3个百分点、在一个周期内反冲洗过滤器的反冲洗次数减少50％，甚至更高。
综上，本发明提供的一种渣油加氢原料预处理方法，其通过在原预处理过程中的过滤器上安装超声波发生器，通过控制过滤器的压降、超声波发生器的频率等条件，使原料油经过过滤器处理之后的粘度显著降低，这很可能是由于渣油在过滤器的楔形过滤空间中同时产生水利空化和超声空化，显著降低渣油的平均相对分子质量，降低渣油的残炭含量和粘度。
本发明实施例还提供一种渣油加氢工艺，其采用上述渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理，加氢反应后轻质油收率大幅提高，焦炭收率降低。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (14)

1.一种渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，包括将原料油通过具有楔形过滤空间的过滤器，所述过滤器上安装有能够超声作用于所述楔形过滤空间的超声波发生器，所述超声波发生器的频率为15-25kHz，所述过滤器的操作压力为0.5MPa以上；
所述过滤器为反冲洗过滤器，所述超声波发生器为内置式或外置式。
2.根据权利要求1所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，所述超声波发生器安装于所述反冲洗过滤器内腔中。
3.根据权利要求2所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，所述反冲洗过滤器的操作温度为250-300℃，压力为0.5-1.5MPa。
4.根据权利要求3所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，所述反冲洗过滤器的操作温度为270-290℃，压力为0.8-1.2MPa。
5.根据权利要求1所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，所述超声波发生器的频率为18-22kHz。
6.根据权利要求5所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，所述超声波发生器的最大振幅为10-20μm。
7.根据权利要求1所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，所述原料油的流速小于或等于5mm/s。
8.根据权利要求7所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，所述原料油的流速为0.1-5mm/s。
9.根据权利要求8所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，在将所述原料油通入所述过滤器之前储存于第一缓冲罐中，通过反馈调节系统检测所述第一缓冲罐中的存储量，并控制所述第一缓冲罐和所述过滤器之间增压泵的压力和超声波发生器的频率。
10.根据权利要求9所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，将从所述过滤器输出的物料通入第二缓冲罐，并在所述第一缓冲罐和所述第二缓冲罐之间设置回流管路。
11.根据权利要求10所述的渣油加氢原料预处理方法，其特征在于，从所述第二缓冲罐回流至所述第一缓冲罐的质量小于或等于所述第二缓冲罐总储量的10％。
12.一种用于实施权利要求1-11中任一项所述预处理方法的渣油加氢原料预处理装置，其特征在于，包括具有楔形过滤空间的过滤器，所述过滤器上安装有能够超声作用于所述楔形过滤空间的超声波发生器；
还包括第一缓冲罐、增压泵和用于检测所述第一缓冲罐中存储量的反馈调节系统，所述增压泵分别与所述第一缓冲罐的出料口和所述过滤器的进料口相连，所述增压泵和所述超声波发生器均与所述反馈调节系统通信连接。
13.根据权利要求12所述的渣油加氢原料预处理装置，其特征在于，还包括第二缓冲罐和回流管路，所述回流管路的一端与所述第二缓冲罐的出料口相连，另一端与所述第一缓冲罐的进料口连通。
14.一种渣油加氢工艺，其特征在于，其采用权利要求1-11中任一项所述的渣油加氢原料预处理方法进行原料油的预处理。
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