CN112546656A - 一种粗苯加氢精制的自动控制系统及工艺 - Google Patents

一种粗苯加氢精制的自动控制系统及工艺 Download PDF

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Abstract

一种粗苯加氢精制的自动控制系统及工艺，属于粗苯精制技术领域，在预反应器阶段，其通过设置带有微界面发生器的管式反应器，提高了气液两相的相界面积，使得轻苯和氢气可以更好的融合，从而提高了轻苯中苯乙烯加氢反应的比例，降低了苯乙烯在主反应中发生聚合反应的可能性；其通过在浆态床反应器中设置微界面发生器，进一步加强了气液两相的融合能力，还利用微界面发生器打碎的气泡向上浮动的作用使得催化剂颗粒一直悬浮在两个微界面发生器之间，增大了催化剂的使用效率，提高了反应速率；其通过加装传感器和控制器，实现对管式反应器内温度和压强的精准控制，对降低装置物料损耗和提高安全性具有重要意义。

Description

一种粗苯加氢精制的自动控制系统及工艺
技术领域
本发明涉及粗苯精制技术领域，具体涉及一种粗苯加氢精制的自动控制系统及工艺。
背景技术
粗苯是一种复杂的化合物，是焦炉煤气净化过程中回收的产物之一。粗苯主要由苯、甲苯、二甲苯等芳香烃组成，这些芳香烃都是重要的化工原料。粗苯精制的方法主要有酸洗法和加氢精制法。酸洗法虽然工艺流程简单，设备投入较低，但环境污染严重，产品收率低，基本面临淘汰。采用环境友好的加氢精制工艺技术，利用粗苯中的轻质苯馏分(<180℃馏分)，生产清洁的苯系芳烃化工产品，已经在工业装置上成功应用，并进行了长周期运转，产品质量达到了设计要求。
重苯馏分是粗苯切割加氢精制馏分后的副产物，约占粗苯总量的10％，由于含有苯乙烯、茚和古马隆等许多不饱和化合物及一定量的含O、S和N等的杂环化合物，在加热时极易聚合。在现有的粗苯加氢精制工艺过程，均是先将粗苯原料在多段蒸发器内分离成轻苯和重苯，轻苯进行加氢精制，重苯作为低附加值的粗燃料油产品或生产古马隆-茚树脂的原料。
现有的装置中对于苯乙烯等其它副产物的去除，多采用蒸发器和预反应器相结合的方式，效果并不明显，同时还增加了反应装置的复杂性；另外，现有的主反应反应压力过高，装置安全性较差，能量损耗也比较高。
发明内容
为此，本发明提供了一种粗苯加氢精制的自动控制系统及工艺，用以解决粗苯加氢反应在反应过程中反应压力高的问题。
一方面，本发明提供了一种粗苯加氢精制的自动控制系统，包括：预蒸馏塔、管式反应器、第一微界面发生器、浆态床反应器、第二微界面发生器、第三微界面发生器、低压气液分离罐、尾气处理塔、气提塔和自动控制单元；
在每处所述管式反应器的凹型管道底部设置所述第一微界面发生器，用以将来自进气管道的气体打碎成微米级别的微米级气泡；
所述管式反应器的物料入口与所述预蒸馏塔相连，其物料出口与设置在所述浆态床反应器内部固定板上的所述第二微界面发生器液相进口相连；
所述第三微界面发生器设置在所述浆态床反应器内部，位于所述第二微界面发生器下方，用以将来自进气管道的气体打碎成微米级别的微米级气泡；
所述低压气液分离罐的物料进口通过管道与所述浆态床反应器的物料出口相连，低压气液分离罐的气相出口与所述尾气处理塔相连，低压气液分离罐的液相出口与所述气提塔相连；
所述气提塔将提取出的气相物料排入所述尾气处理塔进行下一步处理，将提取出的液相物料排入下游分馏单元；
所述尾气处理塔的氢气排放口与所述第二微界面发生器的气体进口相连；
智能控制单元，其包括传感器、控制器和中央处理器，传感器将采集的电信号传输给中央处理器，中央处理器对数据进行处理运算后对控制器发出相对应的命令，实现控制功能，中央处理器将获得的信息实时地上传到网络，用以使工作人员通过移动设备随时监测系统的工作状态，并对处理器中的温度和压力预设值进行远程修改。
进一步地，氢气进气管道与所述第一微界面发生器和第三微界面发生器相连。
进一步地，所述第二微界面发生器的进气口通过管道与所述尾气处理塔的氢气出口相连。
进一步地，所述固定板设置在所述浆态床反应器总高度2/3的位置处。
进一步地，在连接所述预蒸馏塔和所述管式反应器的管道上设有预催化剂加剂管道，在所述第二微界面发生器和所述第三微界面发生器的中间设有主催化剂加剂管道。
进一步地，所述浆态床反应器的物料出口位于浆态床反应器总高度4/5的位置处。
进一步地，所述第一微界面发生器和第三微界面发生器为气动式微界面发生器。
进一步地，所述第二微界面发生器为液动式微界面发生器。
进一步地，所述传感器包括：
至少一个温度传感器设置在所述浆态床反应器内，用以监测反应温度；
至少一个压力传感器设置在所述浆态床反应器内，用以监测反应压力。
进一步地，所述控制器包括：
第一控制器，其设置在所述第一换热器上，用以控制换热器的工作状态；
第二控制器，其设置在所述第二换热器上，用以控制换热器的工作状态；
第一控制阀，其设置在所述第二微界面发生器气相进口管道上，用以控制进气量；
第二控制阀，其设置在所述第三微界面发生器气相进口管道上，用以控制进气量。
另一方面，本发明提供了一种粗苯加氢精制的自动控制工艺，包括；
步骤1、氢气进入第一微界面发生器中被打碎成微米级别的小气泡，小气泡与预蒸馏塔蒸馏出的轻苯在管式反应器中充分混合形成气液乳化物，在预催化剂的作用下，气液乳化物中的苯乙烯进行加氢反应；
步骤2、经过所述管式反应器的气液乳化物从第二微界面发生器的液相进口进入，在第二微界面发生器中形成湍流，卷吸来自尾气处理塔的氢气，形成气液乳化物，第三微界面发生器将来自进气管道的氢气打碎成微米级别的小气泡，并将小气泡排入周围的液相物料中形成气液乳化物，主催化剂在第三微界面发生器打碎的气泡上浮作用力下悬浮在第二微界面发生器和第三微界面发生器之间，浆态床反应器中的气液乳化物在主催化剂的作用下进行反应；
步骤3、设置在所述浆态床反应器中的温度传感器对浆态床反应器的温度进行监测，当温度与预设值不匹配时，温度传感器通过发送电信号到中央处理器，中央处理器发送控制命令到第一控制器和第二控制器，通过调节第一换热器和第二换热器的功率实现对浆态床反应器输入输出液相物料的温度控制；
设置在所述浆态床反应器中的压力传感器对浆态床反应器的压力进行监测，当压力与预设值不匹配时，压力传感器通过发送电信号到中央处理器，中央处理器发送控制命令到第一控制阀和第二控制阀，通过调节进入浆态床反应器的进气量实现对反应速率和反应压强的控制。
进一步地，所述预催化剂为Co-Mo催化剂，所述主催化剂为Cr系催化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，提高了气液两相的传质效率，精简了反应装置的结构，减小了反应压强，增加了预反应中苯乙烯等其它副产物与氢气反应的反应比例；
进一步地，使用管式反应器代替现有的蒸发器和预反应器，精简了反应装置；
尤其，在管式反应器中设置微界面发生器，提高了气液两相界的传质面积，使轻苯与氢气充分混合，同时能强化气液混合物中苯乙烯的反应，极大地减小了苯乙烯发生聚合反应的可能性；
尤其，预反应催化剂在微界面发生器破碎气泡的上浮作用力下始终悬浮在管式反应器中，而不会沉积到管式反应器底部，提高了催化剂的催化效率；
进一步地，在所述浆态床反应器中设置第二微界面发生器和第三微界面发生器，提高了气液两相界的传质面积，微界面发生器将氢气气泡打碎成微米级别的小气泡，减小了反应的压强；
进一步地，主催化剂加剂管道设置在第二微界面发生器和第三微界面发生器中间，催化剂在来自下方第三微界面发生器气泡向上浮动的作用下一直悬浮在反应器中，提高了催化效率；
进一步地，在整个反应系统中设有自动控制单元，实时地控制浆态床反应器内部的温度和压力等状态量，进一步提高了反应效率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的自动控制流程图。
具体实施方式
为了使发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参阅图1所示，为本发明提供的一种粗苯加氢精制的强化系统的结构示意图，此系统包括：预蒸馏塔1、管式反应器2、第一微界面发生器3、第一换热器4、浆态床反应器5、第二微界面发生器6、第三微界面发生器7、第二换热器8、低压气液分离罐9、气提塔10、尾气处理塔11、物料进口12、预催化剂加剂管道13、进气管道14、主催化剂加剂管道15。
继续参阅图1所示，预蒸馏塔1与管式反应器2相连，管式反应器2的每个凹型管道处至少安装一台第一微界面发生器3，其为气动式微界面发生器，用以将来自进气管道14的氢气打碎成微米级别的微小气泡，从而更容易与轻苯形成气液乳化物。
继续参阅图1所示，从管式反应器2中出来的加氢预处理生成油经过第一换热器4加热进入第二微界面发生器6，第二微界面发生器安装在位于浆态床反应器5内部的固定板61上，其为液动式微界面发生器；第三微界面发生器7为气动式微界面发生器，其设置在浆态床反应器5内，位于第二位微界面发生器6下方；浆态床反应器5还设有催化剂加剂管道15，其位于第二微界面发生器6和第三微界面发生器7中间；浆态床反应器的物料出口通过管道与低压气液分离罐9相连，连接管道上设有第二换热器8，低压气液分离罐的液相物料出口管道与气提塔相连，气提塔和低压气液分离罐的气相物料都排入到尾气处理塔11，尾气处理塔将分离出的氢气排放到第二微界面发生器6气相进口中。
继续参阅图1所示，至少一个温度传感器51设置在浆态床反应器5内，用以监测反应温度；至少一个压力传感器52设置在浆态床反应器5内，用以监测反应压力；第一控制器41设置在第一换热器4上，用以控制换热器的工作状态；第二控制器设置81在第二换热器8上，用以控制换热器的工作状态；第一控制阀1101设置在第二微界面发生器气相进口管道上，用以控制进气量；第二控制阀1401设置在第三微界面发生器气相进口管道上，用以控制进气量；本领域技术人员可以理解的是，为了保证测量的准确性，上述传感器可以设置一个或者多个，设置位置只要不妨碍系统正常工作即可，本发明对此并不作限制。
继续参阅图1所示，本发明提供了一种粗苯加氢精制的强化工艺，包括如下步骤：
粗苯从物料进口12进入预蒸馏塔，粗苯在预蒸馏塔中分离出重苯和轻苯，轻苯在管道中与从预催化剂加剂管道13进来的催化剂混合后通入管式反应器中；氢气从进气管道14进入第一微界面发生器中被打碎成微米级别的小气泡，小气泡与轻苯在管式反应器中充分混合形成气液乳化物，在预催化剂的作用下，气液乳化物中的苯乙烯进行加氢反应，从而防止苯乙烯在浆态床反应器5中发生聚合反应，影响主催化剂的活性。
管式反应器中的气液乳化物经过第一换热器4后进入第二微界面发生器的液相进口管道，在第二微界面发生器中形成湍流，卷吸来自尾气处理塔的氢气，形成气液乳化物，第三微界面发生器将来自进气管道14的氢气打碎成微米级别的小气泡，并将小气泡排入周围的液相物料中形成气液乳化物，主催化剂在第三微界面发生器打碎的气泡上浮作用力下悬浮在第二微界面发生器和第三微界面发生器之间，浆态床反应器中的气液乳化物在主催化剂的作用下进行反应。
浆态床反应器设有物料输出管道，当浆态床反应器中的物料超过一定高度时，多余的物料会经换热器换热后进入低压气液分离罐，低压气液分离罐将分离出的液相物料送入气提塔，将低压分离出的氢气和低分子烃类气体送入尾气处理塔，尾气处理塔对来自低压气液分离罐和气提塔的气体进行脱除H2 S后，将氢气排入第三微界面发生器的气体进口。
参阅图2所示，其为本发明实施例自动控制系统流程图，设置在浆态床反应器中的温度传感器对浆态床反应器的温度进行监测，当温度与预设值不匹配时，温度传感器通过发送电信号到中央处理器，中央处理器发送控制命令到第一控制器和第二控制器，通过调节第一换热器和第二换热器的功率实现对浆态床反应器输入输出液相物料的温度控制；设置在浆态床反应器中的压力传感器对浆态床反应器的压力进行监测，当压力与预设值不匹配时，压力传感器通过发送电信号到中央处理器，中央处理器发送控制命令到第一控制阀和第二控制阀，通过调节进入浆态床反应器的进气量实现对反应速率和反应压强的控制。
处理器中的限定条件预先导入从而使得整个控制单元实现闭环控制功能，限定条件包括：浆态床反应器温度和浆态床反应器压强，具体限定数据如表1所示：
表1
限制条件 上限 下限
浆态床反应器内反应温度(℃) 300 150
浆态床反应器内反应压强(MPa) 4.0 无
本实施例中使用的原料为粗苯全馏分，过滤后原料的性质如表2所示，预反应催化剂为湖南长岭石化科技公司生产的牌号为HDD-1的催化剂；主反应催化剂为湖南长岭石化科技公司生产的牌号为HSN-2的催化剂。本实施例采用的管式反应器其内径为80mm，高径比为20：1，具有两个凹型管道。管式反应器和浆态床反应器的工艺条件如表3所示；加氢装置连续运行3000小时，在连续运行过程中对气提塔输出的液体产物取样进行分析，结果如表4所示。
表2
Figure BDA0002196766020000081
表3
Figure BDA0002196766020000082
Figure BDA0002196766020000091
表4
Figure BDA0002196766020000092
对比例
本对比例在管式反应器中不使用微界面发生器，管式反应器中的反应产物直接通入浆态床反应器中，直接与未经过微界面发生器打碎的氢气进行反应，其它条件不变，管式反应器和浆态床反应器的工艺条件如表5所示；在连续运行过程中对气提塔输出的液体产物取样进行分析，结果如表6所示。
表5
工艺条件 管式反应器 浆态床反应器
温度,℃ 120 300
压力,MPa 3.5 3.5
液体物料体积空速,h<sup>-1</sup> 3.8 2.5
氢油比，v/v 10 56
表6
Figure BDA0002196766020000093
Figure BDA0002196766020000101
比较实施例和对比例可以得出，本系统在使用第一微界面发生器、第二微界面发生器、第三微界面发生器后，对反应压强降低效果显著，在管式反应器中对苯乙烯等影响主反应的杂质反应效果明显，有效地提高了最终的产物收率。

Claims (10)

1.一种粗苯加氢精制的自动控制系统，其特征在于，包括：预蒸馏塔、管式反应器、第一微界面发生器、浆态床反应器、第二微界面发生器、第三微界面发生器、低压气液分离罐、尾气处理塔、气提塔和自动控制单元；
在每处所述管式反应器的凹型管道底部设置所述第一微界面发生器，用以将来自进气管道的气体打碎成微米级别的微米级气泡；
所述管式反应器的物料入口与所述预蒸馏塔相连，其物料出口与设置在所述浆态床反应器内部固定板上的所述第二微界面发生器液相进口相连；
所述第三微界面发生器设置在所述浆态床反应器内部，位于所述第二微界面发生器下方，用以将来自进气管道的气体打碎成微米级别的微米级气泡；
所述低压气液分离罐的物料进口通过管道与所述浆态床反应器的物料出口相连，低压气液分离罐的气相出口与所述尾气处理塔相连，低压气液分离罐的液相出口与所述气提塔相连；
所述气提塔将提取出的气相物料排入所述尾气处理塔进行下一步处理，将提取出的液相物料排入下游分馏单元；
所述尾气处理塔的氢气排放口与所述第二微界面发生器的气体进口相连；
智能控制单元，其包括传感器、控制器和中央处理器，传感器将采集的电信号传输给中央处理器，中央处理器对数据进行处理运算后对控制器发出相对应的命令，实现控制功能，中央处理器将获得的信息实时地上传到网络，用以使工作人员通过移动设备随时监测系统的工作状态，并对处理器中的温度和压力预设值进行远程修改。
2.根据权利要求1所述的粗苯加氢精制的自动控制系统，其特征在于，氢气进气管道与所述第一微界面发生器和第三微界面发生器相连。
3.根据权利要求1所述的粗苯加氢精制的自动控制系统，其特征在于，所述第二微界面发生器的进气口通过管道与所述尾气处理塔的氢气出口相连。
4.根据权利要求1所述的粗苯加氢精制的自动控制系统，其特征在于，所述固定板设置在所述浆态床反应器总高度2/3的位置处。
5.根据权利要求1所述的粗苯加氢精制的自动控制系统，其特征在于，在连接所述预蒸馏塔和所述管式反应器的管道上设有预催化剂加剂管道，在所述第二微界面发生器和所述第三微界面发生器的中间设有主催化剂加剂管道。
6.根据权利要求1所述的粗苯加氢精制的自动控制系统，其特征在于，所述浆态床反应器的物料出口位于浆态床反应器总高度4/5的位置处。
7.根据权利要求1-6任一项所述的粗苯加氢精制的自动控制系统，其特征在于，所述第一微界面发生器和第三微界面发生器为气动式微界面发生器，所述第二微界面发生器为液动式微界面发生器。
8.根据权利要求1-6任一项所述的粗苯加氢精制的自动控制系统，其特征在于，所述传感器包括：
至少一个温度传感器设置在所述浆态床反应器内，用以监测反应温度；
至少一个压力传感器设置在所述浆态床反应器内，用以监测反应压力。
9.根据权利要求1-6任一项所述的粗苯加氢精制的自动控制系统，其特征在于，所述控制器包括：
第一控制器，其设置在所述第一换热器上，用以控制换热器的工作状态；
第二控制器，其设置在所述第二换热器上，用以控制换热器的工作状态；
第一控制阀，其设置在所述第二微界面发生器气相进口管道上，用以控制进气量；
第二控制阀，其设置在所述第三微界面发生器气相进口管道上，用以控制进气量。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的粗苯加氢精制的自动控制工艺，其特征在于，包括；
步骤1、氢气进入第一微界面发生器中被打碎成微米级别的小气泡，小气泡与预蒸馏塔蒸馏出的轻苯在管式反应器中充分混合形成气液乳化物，在预催化剂的作用下，气液乳化物中的苯乙烯进行加氢反应；
步骤2、经过所述管式反应器的气液乳化物从第二微界面发生器的液相进口进入，在第二微界面发生器中形成湍流，卷吸来自尾气处理塔的氢气，形成气液乳化物，第三微界面发生器将来自进气管道的氢气打碎成微米级别的小气泡，并将小气泡排入周围的液相物料中形成气液乳化物，主催化剂在第三微界面发生器打碎的气泡上浮作用力下悬浮在第二微界面发生器和第三微界面发生器之间，浆态床反应器中的气液乳化物在主催化剂的作用下进行反应；
步骤3、设置在所述浆态床反应器中的温度传感器对浆态床反应器的温度进行监测，当温度与预设值不匹配时，温度传感器通过发送电信号到中央处理器，中央处理器发送控制命令到第一控制器和第二控制器，通过调节第一换热器和第二换热器的功率实现对浆态床反应器输入输出液相物料的温度控制；
设置在所述浆态床反应器中的压力传感器对浆态床反应器的压力进行监测，当压力与预设值不匹配时，压力传感器通过发送电信号到中央处理器，中央处理器发送控制命令到第一控制阀和第二控制阀，通过调节进入浆态床反应器的进气量实现对反应速率和反应压强的控制。
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