CN113061461A - 一种提高柴油品质的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高柴油品质的装置，包括加氢精制反应器、加氢改质反应器，所述加氢精制反应器外设置有第一外置微界面机组和第二外置微界面机组用以将氢气分散破碎为微气泡；所述加氢改质反应器连接有分离罐用于将底部出来的反应物料分离出含硫化氢、氢气的气相，分离罐的底部连接有分馏塔用于将分离了气相后的脱硫柴油纯化，从所述分馏塔顶部出来的物质去往塔顶的的回流罐一部分采出瓦斯气，一部分返回所述分馏塔，所述分馏塔的侧线采出石脑油，所述分馏塔底部分离出高品质柴油。本发明降低了反应压力、反应温度、循环氢的消耗量，提高了原料和氢气的利用率，提高了产品品质以及收率，节约了成本。

Description

一种提高柴油品质的装置及方法
技术领域
本发明涉及柴油加氢领域，具体而言，涉及一种提高柴油品质的装置及方法。
背景技术
柴油是石油经过常压分馏后得到的产物。如果直接由石油炼制得到，柴油中的硫、氮、氧含量较高，烯烃的含量也比较高。产品中烯烃的含量高则容易出现变色现象，而且还会影响机动车的使用寿命，对大气污染程度也相对大些。
随着人们环保意识的提高以及环保法规的日益严格，生产和使用清洁车用燃料越来越成为一种发展趋势，柴油深度加氢脱硫技术的开发则成为了目前研究的热点。目前，大多柴油加氢精制装置操作流程是原料油通过同精制柴油、反应产物换热，并经加热炉加热至反应要求温度后进行加氢，这种加氢过程虽然操作方便，容易产业化，但是能耗高，循环氢的消耗量大、加氢反应器压力高、温度高，产能也比较低。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种提高柴油品质的装置，该装置通过在加氢精制反应器的外部设置了第一外置微界面机组和第二外置微界面机组，降低了反应压力、反应温度、循环氢的消耗量，提高了原料和氢气的利用率，提高了产品品质以及收率，节约了成本。
本发明的第二目的在于提供一种采用上述装置进行柴油加氢的方法，反应得到的高品质柴油环保、清洁，作为燃料动力足，应用广泛，提高了高品质柴油的适用面。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种提高柴油品质的装置，包括加氢精制反应器、加氢改质反应器，所述加氢精制反应器外设置有第一外置微界面机组和第二外置微界面机组用以将氢气分散破碎为微气泡；
所述加氢精制反应器和所述加氢改质反应器之间设置有加热器用以将所述加氢精致反应器底部出来的反应物料加热返回至加氢改质反应器；
所述加氢改质反应器内设置有改质微界面发生器，所述改质微界面发生器用以将第二外置微界面机组出来的氢气破碎分散；
所述加氢改质反应器连接有分离罐用于将底部出来的反应物料分离出含硫化氢、氢气的气相，分离罐的底部连接有分馏塔用于将分离了气相后的脱硫柴油纯化，从所述分馏塔顶部出来的物质去往塔顶的的回流罐一部分采出瓦斯气，一部分返回所述分馏塔，所述分馏塔的侧线采出石脑油，所述分馏塔底部分离出高品质柴油。
现有技术中柴油加氢反应过程能耗高，循环氢的消耗量大、加氢反应器压力高、温度高，产能也比较低。
本发明的提高柴油品质的装置通过在加氢精制反应器里设置有微界面发生器用以将氢气破碎分散为氢气微气泡，增大了氢气与原料油的相界传质面积。因为氢气的密度小，原料油密度大，所以将微界面发生器设置在加氢精制反应器的底部，底部出来的氢气自下而上与原料油混合，增长了氢气与原料油混合的时间。为了更好地将氢气分散，微界面发生器的出料口与催化剂床层相连，催化剂床层上设置有分流管，将微界面发生器里出来的原料和氢气微气泡均匀的分散到加氢精制反应器内部。本发明的提高柴油品质的装置还设置了加氢改质反应器，加氢改质反应器内部设置有改质微界面发生器，改质微界面发生器设置在加氢改质反应器的中间位置，用以将氢气破碎分散为氢气微气泡，增大了氢气与原料油的相界传质面积。同时将改质微界面发生器设置在加氢改质反应器的中间位置是为了更好的控制加氢改质反应器内部的温度。
优选的，所述加氢精制反应器内部设置有精制微界面发生器，所述精制微界面发生器连接有催化剂床层，所述催化剂床层上均匀设置有分流管用以将原料油均匀分散到所述加氢精制反应器内部。
优选的，所述第一外置微界面机组内部设置有循环扇叶用以将所述第一外置微界面机组里的原料液和氢气循环搅拌。
第一外置微界面机组分为上下两个微界面发生器，上方的微界面发生器进原料油，下方的微界面发生器连接有氢气进气管道。两个微界面发生器的中间是循环扇叶，循环扇叶优选为3个扇叶。原料油自上而下流动带动循环扇叶转动，循环扇叶转动时将一部分含有分散破碎的氢气通过送入至加氢精制反应器，另一部分通过管道返回至上方的微界面发生器。下方的微界面发生器将氢气破碎分散为氢气微气泡，由于氢气的密度小，所以氢气微气泡自下而上的原料油发生碰撞，增大相界传质面积，提高氢气的利用率。
优选的，所述第二外置微界面机组外部串联设置有水冷器和第一循环泵用以将所述高压分离罐中的反应物料冷却加压后送回至加氢反应器。
第二外置微界面机组并联设置有两个微界面发生器，两个微界面发生器还串联有水冷器和第一循环泵，第一循环泵用以将高压分离罐分离出来的循环油抽回至第二外置微界面机组，水冷器将循环油降温，两个微界面发生器将以循环油为介质的氢气破碎分散后返回至加氢精制反应器和加氢改质反应器，冷却后的循环油可以控加氢精制反应器和加氢改质反应器内部的温度，防止因为温度过高而产生加氢裂化反应和催化剂积碳现象。
本领域所属技术人员可以理解的是，本发明所采用的微界面发生器在本发明人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。
另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本发明所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本发明微界面发生器可采用的其中一种形式而已。
此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微界面发生器之间的关联性；而且在先专利CN106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第[0031]-[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器S-2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。
由于在先专利申请的初期，微界面发生器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(CN201610641119.6)、气泡破碎器(201710766435.0)等，随着不断技术改进，后期更名为微界面发生器，现在本发明中的微界面发生器相当于之前的微米气泡发生器、气泡破碎器等，只是名称不一样。综上所述，本发明的微界面发生器属于现有技术。
优选的，该装置包括氢气进气管道，所述氢气进气管道中出来的氢气经过氢气加压分流器，一部分进入到加氢进料加热炉与原料进行混合用以抑制原料在所述加氢进料加热炉里结焦，另一部分进入到所述第一外置微界面机组或所述第二外置微界面机组。
优选的，所述分离罐分离出的部分反应物料返回至所述第二外置微界面机组用以与氢气混合分散破碎。
优选的，所述分馏塔与所述回流罐之间设置有水冷槽用以将可凝结气体液化。
优选的，所述分馏塔底部设置有重沸炉用以将所述分馏塔的塔底出来的反应物料加热后返回至所述分馏塔。
另外，本发明还提供了采用上述装置的方法，包括如下步骤：
将原料油与氢气混合后加热，之后再与氢气混合微界面分散破碎后进行加氢精制反应和加氢改质反应，再经过分离、分馏得到瓦斯气、石脑油和高品质柴油。
优选的，所述加氢精制反应的温度为350-380℃，所述加氢精制反应的压力为3.5-4.5MPa；所述加氢改质反应的温度为375-400℃，所述加氢改质反应的压力为5.0-6.2MPa。
上述反应方法中，加氢反应之前将氢气预先分散破碎为氢气微气泡，增大了相机传质面积，抑制了烯烃类物质、胶质类物质物质、活泼自由基类物质缩合反应的发生，降低了加氢反应时的压力和温度，降低了能耗，提高了反应效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的提高柴油品质的装置通过在加氢精制反应器和加氢改质反应器外侧设置有微界面发生器，将氢气预先破碎分散为氢气微气泡，降低了反应温度和压力，从而降低了能耗、提高了反应产率、提高了原料油的利用率；
(2)本发明的提高柴油品质的装置通过设置循环风扇和微界面发生器相互配合，从而更好地提高了原料油的利用率；
(3)本发明的提高柴油品质的方法反应温度低，压力大幅下降，降低了能耗，提高了产能。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种提高柴油品质的装置的结构示意图；
其中：
10-氢气进气管道； 11-氢气加压分流器；
12-原油罐； 13-原料升压泵；
14-原料缓冲罐； 15-换热器；
20-第一外置微界面机组； 201-循环扇叶；
16-加氢进料加热炉； 17-氢气过滤器；
21-第二外置微界面机组； 211-第一循环泵；
212-冷却器； 30-加氢精制反应器；
301-精制微界面发生器； 302-分流管；
303-加热器； 40-加氢改质反应器；
401-加氢改质微界面发生器； 402-水冷器；
50-高压分离罐； 60-分馏塔；
601-水冷槽； 602-回流罐；
603-第二循环泵； 604-重沸加热炉；
605-第三循环泵。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列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，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
实施例
参阅图1所示，为本发明实施例提供的一种提高柴油品质的装置的结构示意图，其主要包括氢气进气管道10、原料罐、加氢精致反应器、加氢改质反应器40、第一外置微界面机组20、第二外置微界面机组21、高压分离罐50和分馏塔60。
原料罐出来的原料油首先经过原料升压泵13，这样可以增加装置中原料的流速，防止原料在装置的管道、加氢精制反应器30或者其他反应器中结焦，影响反应速率。经过原料升压泵13的原料油之后进入到原料缓冲罐14，原料缓冲罐14可以控制系统内的压力，缓解装置中压力过大而爆炸等问题。之后原料油被送往加氢反应换热器15与氢气混合。
氢气进气管道10出来的氢气经过氢气加压分流器11后被分成三路进入加氢系统，第一路氢气与来自原料缓冲罐14的原料油进行混合，一同进入到换热器15里进行预热，预热后的原料油和氢气进入到加氢进料加热炉16加热至反应温度。第二路氢气被送往第一外置微界面机组20，连接到第一外置微界面机组20底部的微界面发生器，因为氢气的密度小，连接在第一外置微界面机组20底部，氢气出来后自下而上与原料油进行碰撞，增大相界传质面积。第三路氢气进入到第二外置微界面机组21中，预先与混合油混合并通过冷却器212进行水冷。
第一路氢气与原料油在换热器15中混合后进行预热，经过预热的原料油与氢气被送往加氢进料加热炉16进行加热。第一路氢气的主要作用是防止原料油在加氢进料加热炉16中产生结焦，损坏加氢进料加热炉16、影响反应速率。经过加热的原料油被送往第一外置微界面机组20上方的微界面发生器。
第一外置微界面机组20里有两个微界面发生器，上边的微界面发生器通入原料油，下方的微界面发生器通入氢气。两个微界面发生器之间通过管道连接，这个管道内还设置有循环扇叶201。当原料油自上而下流动时带动循环扇叶201转动，循环扇叶201将第一外置微界面机组20下方的氢气和原料油卷回上方，提高了氢气的含量。第一外置微界面机组20连接有加氢精制反应器30。
第二路氢气进入到第一外置微界面机组20下方的微界面发生器，氢气经过微界面发生器被破碎分散为氢气微气泡，氢气微气泡自上而下与原料油混合，增大了原料油与氢气的相界传质面，循环扇叶201转动将氢气微气泡送至第一外置微界面机组20上方的微界面发生器再次进行微界面反应，将未反应的氢气破碎分散。
将与氢气充分混合的原料油送至加氢精制反应器30进行加氢反应，反应温度为350-380℃，反应的压力为3.5-4.5MPa。
为了防止加氢精制反应器30和加氢改质反应器40中的温度过高，加氢改质反应器40出来的油料经过高压分离罐50回到第二位置微界面机组，第二外置微界面机组21将氢气和循环油破碎分散并冷却后送回至加氢精制反应器30和加氢改质反应器40，降低加氢精制反应器30和加氢改质反应器40中的温度。
加氢精制反应器30和加氢改质反应器40的中间设置有加热器303，用以将加氢精制反应器30中出来的物料加热至反应温度。
加氢改质反应器40内部设置有加氢改质微界面发生器401用以将氢气进行破碎分散。
第二外置微界面机组21里包含两个串联的微界面发生器，并且还串联有第一循环泵211和冷却器212，第一循环泵211将高压分离罐50中的循环油抽取回至第二外置微界面机组21，冷却器212将循环油进行冷却。当氢气以循环油为介质通过两个串联的微界面发生器时被破碎分散为氢气微气泡，增大了相界传质面积。之后含有氢气微气泡的循环油送回至加氢精制反应器30和加氢改质反应器40。加氢改质反应的温度为375-400℃，加氢改质反应的压力为5.0-6.2MPa。
从加氢改质反应器40中出来的反应物经过水冷器402进入到高压分离罐50中，高压分离罐50分离出气体、污水，其余送往分馏塔60。
分馏塔60的底部设置有重沸加热炉604、第三循环泵605，第三循环泵605将分馏塔60底部出来的反应物抽取出来，一部分送往重沸加热炉604进行重沸后返回至分馏塔60，另一部分经产出高品质柴油。
分馏塔60的侧线直接产出石脑油。
分馏塔60的顶部设置有水冷槽601、第二流泵和回流罐602，分馏塔60顶部出来的气体经过水冷槽601冷却到一定温度，在经过回流罐602，未被液化的瓦斯气进入到瓦斯气收集罐，被液化的气体重新回到分馏塔60里进行反应。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种提高柴油品质的装置，其特征在于，包括加氢精制反应器、加氢改质反应器，所述加氢精制反应器外设置有第一外置微界面机组和第二外置微界面机组用以将氢气分散破碎为微气泡；
所述加氢精制反应器和所述加氢改质反应器之间设置有加热器用以将所述加氢精致反应器底部出来的反应物料加热返回至加氢改质反应器；
所述加氢改质反应器内设置有改质微界面发生器，所述改质微界面发生器用以将第二外置微界面机组出来的氢气破碎分散；
所述加氢改质反应器连接有分离罐用于将底部出来的反应物料分离出含硫化氢、氢气的气相，分离罐的底部连接有分馏塔用于将分离了气相后的脱硫柴油纯化，从所述分馏塔顶部出来的物质去往塔顶的的回流罐一部分采出瓦斯气，一部分返回所述分馏塔，所述分馏塔的侧线采出石脑油，所述分馏塔底部分离出高品质柴油。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加氢精制反应器内部设置有精制微界面发生器，所述精制微界面发生器连接有催化剂床层，所述催化剂床层上均匀设置有分流管用以将原料油均匀分散到所述加氢精制反应器内部。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一外置微界面机组内部设置有循环扇叶用以将所述第一外置微界面机组里的原料液和氢气循环搅拌。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二外置微界面机组外部串联设置有水冷器和循环泵用以将所述高压分离罐中的反应物料冷却加压后送回至加氢反应器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括氢气进气管道，所述氢气进气管道中出来的氢气经过氢气加压分流器，一部分进入到加氢进料加热炉与原料进行混合用以抑制原料在所述加氢进料加热炉里结焦，另一部分进入到所述第一外置微界面机组或所述第二外置微界面机组。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分离罐分离出的部分反应物料返回至所述第二外置微界面机组用以与氢气混合分散破碎。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分馏塔与所述回流罐之间设置有水冷槽用以将可凝结气体液化。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分馏塔底部设置有重沸炉用以将所述分馏塔的塔底出来的反应物料加热后返回至所述分馏塔。
9.采用权利要求1-8任一项所述装置的方法，其特征如下，包括如下步骤：
将原料油与氢气混合后加热，之后再与氢气混合微界面分散破碎后进行加氢精制反应和加氢改质反应，再经过分离、分馏得到瓦斯气、石脑油和高品质柴油。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加氢精制反应的温度为350-380℃，所述加氢精制反应的压力为3.5-4.5MPa；所述加氢改质反应的温度为375-400℃，所述加氢改质反应的压力为5.0-6.2MPa。
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