CN113267075B - 一种加氢工艺用的换热系统及换热工艺 - Google Patents
一种加氢工艺用的换热系统及换热工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种加氢工艺用的换热系统，包括第一管线(1)、第二管线(2)、加热炉(3)、加氢反应器(4)、换热装置(5)，所述换热装置(5)为具有一个热介质通道(51)和至少两个冷介质通道的缠绕管式换热器，该换热装置(5)上设有连通热介质通道(51)的热介质通道入口接管(511)和热介质通道出口接管(512)、连通第一冷介质通道(52)的第一冷介质通道入口接管(521)和第一冷介质通道出口接管(522)、连通第二冷介质通道(53)的第二冷介质通道入口接管(531)和第二冷介质通道出口接管(532)。本申请还公开了采用上述换热系统进行换热的换热工艺。与现有技术相比，本申请能减少换热器数量的同时提高换热效果。
Description
技术领域
本发明属于换热技术领域，具体涉及一种加氢工艺用的换热系统及换热工艺。
背景技术
柴油作为一种石油炼制产品，在各国燃料结构中均占有较高的份额，已成为重要的动力燃料，但柴油燃烧后排出的废气对环境的危害也日趋严重，随着世界各国对环境的越加重视，柴油质量在今后的发展趋势将是朝着不断降低硫含量直至无硫、进一步降低芳烃、多环芳烃含量和柴油密度、同时提高十六烷值的方向发展。降低柴油硫含量的技术主要包括加氢脱硫、氧化萃取、生物脱硫和吸附脱硫，其中柴油加氢仍是现阶段主要并最有效的生产超低硫柴油的技术。
加氢处理是指在氢分压和催化剂存在下，使油品中的硫、氧、氮等有害杂质转变为相应的硫化氢、水、氨而除去，并使烯烃和二烯烃加氢饱和，芳烃部分加氢饱和，以改善油品的质量。
加氢处理的过程为：油品与含氢气体混合后送入加热炉加热到规定温度，再进入装有催化剂的反应器中；反应产物则经冷却后，进入高压分离器中进行气液分离，气相部分经压缩机循环使用；液相部分再经减压分离后进入产品分馏系统，实现产品的转化。
现有的加氢用的换热工艺如申请号为CN201310344264.4的发明专利申请《一种柴油加氢处理工艺》(申请公布号为CN103421542A)公开的方案，其步骤为：1)柴油与氢气混合后进第一换热器进行换热，升温到270-280℃；2)从第一换热器出来的混合物进原料加热炉，待加热到320-330℃后再进加氢反应器；3)从加氢反应器出来的反应产物依次经第五换热器、第一换热器、第二换热器换热后，降温到175-185℃，之后注水并经第一空气冷却器冷却到45-55℃后进冷高分罐，分离出含氢气体和冷高分油；4)冷高分罐分出的含氢气体进循环氢压缩机，经循环氢压缩机提压后与新氢混合，混合后分两路，其中一路与柴油混合，另一路进加氢反应器，而从冷高分罐排出的冷高分油则经减压后进冷低分罐，在该冷低分罐中分离出低分气和低分油；5)低分气排出冷低分罐，而低分油则依次经第二换热器、第三换热器、第五换热器换热后进汽提分馏塔，此时对该汽提分馏塔注入汽提蒸汽，之后该汽提分馏塔分离出石脑油、含硫油气及产品柴油；6)石脑油和含硫油气从汽提分馏塔出来后分别往后一工序送去，而产品柴油则依次经第三换热器和第四换热器换热后进第二空气冷却器冷却，冷却到45-55℃后，最终进入成品油罐区，即得。
加氢工艺采用的设备因操作条件苛刻，为高温、高压设备，常规换热器很难大型化生产，且随着装置规模的扩大，现有技术中同一位号只能采用多台换热器串/并联的形式来满足工艺要求，这无疑会增加成本，并增加设备的占地面积，且现有技术中加热炉和空冷器的负荷较高。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能减少换热器数量的同时提高换热效果的加氢工艺用的换热系统。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种采用上述换热系统进行换热的换热工艺。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种加氢工艺用的换热系统，包括用于输送由原料油和含氢气体组成的混合物的第一管线、用于输送低分油的第二管线、加热炉、与加热炉的输出端相连的加氢反应器、以及换热装置，其特征在于：
所述换热装置为具有一个热介质通道和至少两个冷介质通道的缠绕管式换热器，该换热装置上设有连通热介质通道的热介质通道入口接管和热介质通道出口接管、连通第一冷介质通道的第一冷介质通道入口接管和第一冷介质通道出口接管、连通第二冷介质通道的第二冷介质通道入口接管和第二冷介质通道出口接管；
所述热介质通道入口接管与所述加氢反应器的输出端相连，所述热介质通道出口接管连接至下游设备一，所述第一冷介质通道入口接管与所述第一管线的输出端相连，所述第一冷介质通道出口接管与所述加热炉的输入端相连，所述第二冷介质通道入口接管与所述第二管线的输出端相连，所述第二冷介质通道出口接管连接下游设备二。
优选地，所述热介质通道为上述缠绕管式换热器的管程，所述冷介质通道为上述缠绕管式换热器的壳程，所述换热装置为具有一个管程和两个壳程的缠绕管式换热器。作为替换方案，热介质通道也可为上述缠绕管式换热器的壳程，所述冷介质通道为上述缠绕管式换热器的管程，所述换热装置为具有一个壳程和两个管程的缠绕管式换热器。
优选地，所述换热装置竖向设置，所述热介质通道入口接管位于换热装置的顶部，所述热介质通道出口接管位于换热装置的底部，所述第二冷介质通道位于所述第一冷介质通道的上方。竖向设置的换热装置能减少设备的占地面积。
本申请中的换热装置可为一台具有一个热介质通道和至少两个冷介质通道的缠绕管式换热器，也可为两台缠绕管式换热器串联而成，这两台缠绕管式换热器均具有一个热介质通道和至少一个冷介质通道，这两台缠绕管式换热器的热介质通道相连通而形成本申请的换热装置的热介质通道。
在上述各方案中，所述第一管线的输入端连接有用于输送含氢气体的循环氢管线和用于输送液体状态的原料油的原料油管线，所述原料油管线上设有过滤器和进料泵。
在上述各方案中，所述下游设备一包括有用于对换热装置的热介质通道输出的反应产物进行冷却的冷却器、用于对冷却后的反应产物进行分离以得到含氢气体和液体的高压分离装置，所述热介质通道出口接管与所述冷却器的输入端相连，所述冷却器的输出端与所述高压分离装置的输入端相连。如此，高压分离装置分离出的含氢气体能输入第一管线中，分离出的液体经减压分离后输入第二管线内。
进一步地，所述冷却器包括空冷器、水冷器，所述空冷器的输入端与所述热介质通道出口接管相连，所述空冷器的输出端与所述水冷器的输入端相连，所述水冷器的输出端与所述高压分离装置的输入端相连。
上述下游设备二可为用于脱除低分油中的杂质的设备，优选地，所述下游设备二为汽提塔。
为了适应不同温度的介质，优选地，所述缠绕管式换热器的管程、壳程的材料均为牌号为12Cr2Mo1R(H)的抗氢碳钢，该抗氢碳钢内衬两层堆焊层，其中外层堆焊层为型号为TP347的不锈钢，内层堆焊层为型号为TP309L的不锈钢。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种采用如上所述的换热系统进行换热的换热工艺，其特征在于方法为：
将第一管线中的混合物输入换热装置的第一冷介质通道，第一管线中混合物的温度为90～96℃，由换热装置的第一冷介质通道出来的混合物温度为317～353℃；由换热装置的第一冷介质通道出来的混合物依次经过加热炉、加氢反应器后从加氢反应器输出，输出的反应产物的温度为379～410℃，该反应产物走换热装置的热介质通道，同时将第二管线中的低分油输入换热装置的第二冷介质通道，第二管线中低分油的温度为205～248℃，由换热装置的第二冷介质通道出来的低分油的温度为245～275℃；由换热装置的热介质通道出来的反应产物的温度降低至155.7～157.1℃，并进入下游设备一。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将换热装置设计为具有一个热介质通道和至少两个冷介质通道的缠绕管式换热器，如此，可减小换热器数量，进而减少设备占地、框架投资、高压管道用量、配管工作以及设备的维护成本等；且本申请中由加氢反应器出来的反应产物走换热装置的热介质通道，第一管线中的混合物以及第二管线中的低分油分别走换热装置的冷介质通道与热介质进行换热，提升了热效率和混合物进加热炉的温度，降低了反应产物进下游设备一的温度，进而降低了加热炉和下游设备一的负荷，同时精简了流程，强化了抗垢能力，并保证换热系统能更长周期运行；同时，本申请结构简单、便于实施。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
如图1所示，为本发明的一种加氢工艺用的换热系统及换热工艺的优选实施例一，该换热系统包括第一管线1、第二管线2、加热炉3、加氢反应器4、换热装置5。
其中，第一管线1用于输送由液体状态的原料油和含氢气体组成的混合物，混合物中原料油和含氢气体的比例根据实际工况设计。本实施例中，第一管线1的输入端连接有用于输送含氢气体的循环氢管线11和用于输送液体状态的原料油的原料油管线12，原料油管线12上设有过滤器13和进料泵14。
第二管线2用于输送低分油。
上述的换热装置5为具有一个热介质通道51和两个冷介质通道的缠绕管式换热器，该换热装置5上设有连通热介质通道51的热介质通道入口接管511和热介质通道出口接管512、连通第一冷介质通道52的第一冷介质通道入口接管521和第一冷介质通道出口接管522、连通第二冷介质通道53的第二冷介质通道入口接管531和第二冷介质通道出口接管532。且本实施例中的换热装置5竖向设置，热介质通道入口接管511位于换热装置5的顶部，热介质通道出口接管512位于换热装置5的底部，第二冷介质通道53位于第一冷介质通道52的上方，也就是热介质通道51内的热介质沿着由上至下的方向流动，且热介质先与第二冷介质通道53内的冷介质进行换热，再与第一冷介质通道52内的冷介质进行换热。本实施例中，热介质通道51为缠绕管式换热器的管程，冷介质通道为缠绕管式换热器的壳程，该换热装置5为具有一个管程和两个壳程的缠绕管式换热器。且缠绕管式换热器的管程、壳程的材料均为牌号为12Cr2Mo1R(H)的抗氢碳钢，且该抗氢碳钢具有如下质量分数的成分：0.08％～0.17％的C、≤0.16％的Si、0.27％～0.63％的Mn、2.00％～2.60％的Cr、≤0.23％的Ni、≤0.20％的Cu、0.90％～1.13％的Mo、≤0.010％的P、≤0.007％的S、≤0.010％的As、≤0.010％的Sn、≤0.003％的Sb、≤0.0002％的H、≤0.0025％的O、≤0.0080％的N、余量为铁，该抗氢碳钢内衬两层堆焊层，其中外层堆焊层为型号为TP347的不锈钢，内层堆焊层为型号为TP309L的不锈钢。
换热装置5与上述各管线、加热炉3、加氢反应器4之间的连接结构为：换热装置5的热介质通道入口接管511与加氢反应器4的输出端相连，热介质通道出口接管512连接至下游设备一6，第一冷介质通道入口接管521与第一管线1的输出端相连，第一冷介质通道出口接管522与加热炉3的输入端相连，加热炉3的输出端与加氢反应器4的输入端相连，第二冷介质通道入口接管531与第二管线2的输出端相连，第二冷介质通道出口接管532连接下游设备二7，本实施例中下游设备二7为汽提塔。
本实施例中的下游设备一6包括有用于对换热装置5的热介质通道51输出的反应产物进行冷却的冷却器、用于对冷却后的反应产物进行分离以得到含氢气体和液体的高压分离装置61，该冷却器包括空冷器62、水冷器63，空冷器62的输入端与热介质通道出口接管512相连，空冷器62的输出端与水冷器63的输入端相连，水冷器63的输出端与高压分离装置61的输入端相连。高压分离装置61分离出的含氢气体可输送至第一管线1实现氢气循环，分离出的液体再经减压分离可输送至第二管线2进行换热，以提高低分油的温度，然后将低分油输入汽提塔，以制得硫含量较低的柴油。
采用本实施例的换热系统进行换热的工艺方法如下：
将第一管线1中的混合物输入换热装置5的第一冷介质通道52，第一管线1中混合物的温度为96℃，由换热装置5的第一冷介质通道出来的混合物温度为317℃；由换热装置5的第一冷介质通道52出来的混合物依次经过加热炉3、加氢反应器4后从加氢反应器4输出，输出的反应产物的温度为379℃，该反应产物走换热装置5的热介质通道51，同时将第二管线2中的低分油输入换热装置5的第二冷介质通道53，第二管线中2低分油的温度为205℃，由换热装置5的第二冷介质通道53出来的低分油的温度为245℃；本实施例中，与第二冷介质通道53内冷介质换热后的反应产物的温度为342℃，与第一冷介质通道52内冷介质换热后的反应产物的温度为155.7℃，即由换热装置5的热介质通道51出来的反应产物的温度降低至155.7℃，并注入小部分水后进入下游设备一6。上述小部分水用于溶解管线中具有腐蚀性的气体，进而降低对下游设备一的腐蚀，且小部分水采用连续注水的方式，水温根据管线内介质的压强、温度等实际工况设计，以防止水进入管线后汽化。
实施例二：
本实施例的加氢工艺用的换热系统及换热工艺与实施例一基本相同，区别在于本实施例的换热工艺略有不同，具体的工艺方法如下：
将第一管线1中的混合物输入换热装置5的第一冷介质通道52，第一管线1中混合物的温度为90℃，由换热装置5的第一冷介质通道52出来的混合物温度为353℃；由换热装置5的第一冷介质通道52出来的混合物依次经过加热炉3、加氢反应器4后从加氢反应器4输出，输出的反应产物的温度为410℃，该反应产物走换热装置5的热介质通道51，同时将第二管线2中的低分油输入换热装置5的第二冷介质通道53，第二管线2中低分油的温度为248℃，由换热装置5的第二冷介质通道53出来的低分油的温度为275℃；本实施例中，与第二冷介质通道53内冷介质换热后的反应产物的温度为391.7℃，与第一冷介质通道52内冷介质换热后的反应产物的温度为157.1℃，即由换热装置5的热介质通道51出来的反应产物的温度降低至157.1℃，并注入小部分水后进入下游设备一6。
实施例三：
本实施例的加氢工艺用的换热系统及换热工艺与实施例一基本相同，区别在于本实施例的换热工艺略有不同，具体的工艺方法如下：
将第一管线1中的混合物输入换热装置5的第一冷介质通道52，第一管线1中混合物的温度为93℃，由换热装置5的第一冷介质通道52出来的混合物温度为336.4℃；由换热装置5的第一冷介质通道52出来的混合物依次经过加热炉3、加氢反应器4后从加氢反应器4输出，输出的反应产物的温度为394.5℃，该反应产物走换热装置5的热介质通道51，同时将第二管线2中的低分油输入换热装置5的第二冷介质通道53，第二管线2中低分油的温度为226.5℃，由换热装置5的第二冷介质通道53出来的低分油的温度为262.8℃；本实施例中，与第二冷介质通道53内冷介质换热后的反应产物的温度为366.9℃，与第一冷介质通道52内冷介质换热后的反应产物的温度为156.4℃，即由换热装置5的热介质通道51出来的反应产物的温度降低至156.4℃，并注入小部分水后进入下游设备一6。
Claims (9)
1.一种加氢工艺用的换热系统，包括用于输送由原料油和含氢气体组成的混合物的第一管线(1)、用于输送低分油的第二管线(2)、加热炉(3)、与加热炉(3)的输出端相连的加氢反应器(4)、以及换热装置(5)，其特征在于：
所述换热装置(5)为具有一个热介质通道(51)和至少两个冷介质通道的缠绕管式换热器，该换热装置(5)上设有连通热介质通道(51)的热介质通道入口接管(511)和热介质通道出口接管(512)、连通第一冷介质通道(52)的第一冷介质通道入口接管(521)和第一冷介质通道出口接管(522)、连通第二冷介质通道(53)的第二冷介质通道入口接管(531)和第二冷介质通道出口接管(532)；
所述热介质通道入口接管(511)与所述加氢反应器(4)的输出端相连，所述热介质通道出口接管(512)连接至下游设备一(6)，所述第一冷介质通道入口接管(521)与所述第一管线(1)的输出端相连，所述第一冷介质通道出口接管(522)与所述加热炉(3)的输入端相连，所述第二冷介质通道入口接管(531)与所述第二管线(2)的输出端相连，所述第二冷介质通道出口接管(532)连接下游设备二(7)。
2.根据权利要求1所述的换热系统，其特征在于：所述热介质通道(51)为上述缠绕管式换热器的管程，所述冷介质通道为上述缠绕管式换热器的壳程，所述换热装置(5)为具有一个管程和两个壳程的缠绕管式换热器。
3.根据权利要求2所述的换热系统，其特征在于：所述换热装置(5)竖向设置，所述热介质通道入口接管(511)位于换热装置(5)的顶部，所述热介质通道出口接管(512)位于换热装置(5)的底部，所述第二冷介质通道(53)位于所述第一冷介质通道(52)的上方。
4.根据权利要求1～3中任一权项所述的换热系统，其特征在于：所述第一管线(1)的输入端连接有用于输送含氢气体的循环氢管线(11)和用于输送液体状态的原料油的原料油管线(12)，所述原料油管线(12)上设有过滤器(13)和进料泵(14)。
5.根据权利要求1～3中任一权项所述的换热系统，其特征在于：所述下游设备一(6)包括有用于对换热装置(5)的热介质通道(51)输出的反应产物进行冷却的冷却器、用于对冷却后的反应产物进行分离以得到含氢气体和液体的高压分离装置(61)，所述热介质通道出口接管(512)与所述冷却器的输入端相连，所述冷却器的输出端与所述高压分离装置(61)的输入端相连。
6.根据权利要求5所述的换热系统，其特征在于：所述冷却器包括空冷器(62)、水冷器(63)，所述空冷器(62)的输入端与所述热介质通道出口接管(512)相连，所述空冷器(62)的输出端与所述水冷器(63)的输入端相连，所述水冷器(63)的输出端与所述高压分离装置(61)的输入端相连。
7.根据权利要求1～3中任一权项所述的换热系统，其特征在于：所述下游设备二(7)为汽提塔。
8.根据权利要求2所述的换热系统，其特征在于：所述缠绕管式换热器的管程、壳程的材料均为牌号为12Cr2Mo1R(H)的抗氢碳钢，该抗氢碳钢内衬两层堆焊层，其中外层堆焊层为型号为TP347的不锈钢，内层堆焊层为型号为TP309L的不锈钢。
9.一种采用如权利要求1～8中任一权项所述的换热系统进行换热的换热工艺，其特征在于方法为：
将第一管线(1)中的混合物输入换热装置(5)的第一冷介质通道(52)，第一管线(1)中混合物的温度为90～96℃，由换热装置(5)的第一冷介质通道(52)出来的混合物温度为317～353℃；由换热装置(5)的第一冷介质通道(52)出来的混合物依次经过加热炉(3)、加氢反应器(4)后从加氢反应器(4)输出，输出的反应产物的温度为379～410℃，该反应产物走换热装置(5)的热介质通道(51)，同时将第二管线(2)中的低分油输入换热装置(5)的第二冷介质通道(53)，第二管线(2)中低分油的温度为205～248℃，由换热装置(5)的第二冷介质通道(53)出来的低分油的温度为245～275℃；由换热装置(5)的热介质通道(51)出来的反应产物的温度降低至155.7～157.1℃，并进入下游设备一(6)。
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