CN114874808B - 轻烃馏分催化加工方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种轻烃馏分催化加工装置，包括通过管道串联的加热原料的同流式换热器一、二、三、炉子、催化反应器、冷却催化产物的回热式热交换器一、二、三，回热式热交换器一、二、三与气体分离器连接，该气体分离器能够将催化产物分离成含有硫化氢的气相和液相的催化加工的最终产物，同流式换热器一、二、三的输出处连接到煤油分离器，该煤油分离器能够将加热的原料分离成原料气体混合物，用于随后进入催化反应器和煤油馏分，其中气体分离器的气相输出处通过管道与炉子连接；催化反应器的催化产物输出处与同流式换热器四、三、二、一连接，同流式换热器一连接用于冷却的回热式热交换器一、二、三。本发明的技术效果是轻烃馏分加工效率的提高。

Description

轻烃馏分催化加工方法及其装置
技术领域
本发明组涉及各种石油原料的加工，即通过轻烃馏分的催化加工生产高辛烷值汽油和芳烃组分的复合装置，可用于生产设施、原油初级加工设施，以及独立操作。
背景技术
当前存在一种已知的轻烃馏分催化加工方法（美国专利公开号US5030783A，IPCC07C 1/04，公开日期1991年9月7日），该加工方法通过在反应区中使原料与沸石催化剂接触来实现，在维持至少部分原料的芳构化反应时，所需的热量直接从通过贫氢燃料燃烧获得的几乎不含氧气的热烟道气转移。从产物流中产生芳烃、C3-C5脂肪烃（循环流）以及CO、CO2和H2的混合物（合成气）。该合成气通过费托合成或甲醇合成流程，与此同时，所得产物可用于在主反应器内生产液态烃过程中。
这种方法主要缺点是，在使用烟气作为再生气体时，需要将在碳氢化合物气体燃烧过程中不可避免地形成烟灰的清除，这些因素都降低加工的效率。
当前存在一种已知的轻烃馏分催化加工方法（美国专利公开号US4996381A，IPCC07C 15/00，公开日期1991年2月26 日），该加工方法包括将脂族烃加工成芳烃过程的主要操作。该方法通过原料过热进行芳构化反应（脂肪烃生成芳香烃的反应），通过C2-C4和C5+脂肪烃再循环利用解决提高芳香烃收率的问题，与此同时，根据该方法催化剂与原料和循环的混合物进行接触。
该方法的主要缺点是反应混合物沿反应器的强烈混合会导致高耗能。
当前存在一种已知的轻烃馏分催化加工方法（俄罗斯联邦专利，公开号RU2181750C1，IPC C10G 35/095，申请日2001年4月19日），根据该方法，石油馏分的沸点不高于400°C，按元素硫计算，其含硫化合物的重量百分率不超过10%，温度为250-550°C，压力不超过2兆帕，原料的质量流量不超过10小时-1，该石油馏分与多孔催化剂接触，经常硅铝酸盐组合物的沸石作为多孔催化剂，其SiO2/Al2O3 摩尔比不超过450，可选择：ZSM-5、ZSM-11、ZSM-35、ZSM-38、ZSM -48、BETA。
该方法主要缺点是对原料进行初步脱硫的需要使原油的加工过程变得复杂。
当前存在一种已知的轻烃馏分加工催化装置，用于提高轻烃馏分的辛烷值，该装置包括用于加热和蒸发原料过程中的炉子、用于原料化学转化过程中的绝热式催化反应器、用于原料稳定和目标产物分离过程中的分馏塔、与分馏塔技术连接的热交换器、冷却散热器、冷凝器和分离器。原料和反应产物的分馏单元以连续工作方式运行，反应器以“反应-再生”方式运行（俄罗斯专利，RU2098173C1，IPC C10G 35/04，公开日期1997年12 月10日）。
该装置的主要缺点是工艺方案的复杂性、与原料有关较高的损失。此外，在使用烟气作为再生气体时，需要将在碳氢化合物气体燃烧过程中不可避免地形成烟灰的清除，为此需要安装昂贵的精细过滤器。与此同时，这种问题还会导致催化剂再生过程中的活性下降。最后，分馏塔的使用会使该技术过程复杂化。
当前存在一种已知的将脂肪烃 C2-C12 催化加工成芳香烃或高辛烷值汽油的装置（俄罗斯专利，RU2175959C2，IPC C07C 1/00，C07C 2/02，C07C 2/76，C07C 15/00，申请日2001年11月20日）。该装置包括反应器、炉子、热交换器、冷却散热器、分离器和通过管道连接的稳定塔。在反应器第一层进行C2-C4烃的芳构化反应导致芳烃产物C6-C10的形成，然后这些芳烃产物进入反应器的第二层，在此转化成直馏汽油。
由于使用复杂的分馏设备，该装置的主要缺点是不高工作效率。反应器的复杂结构导致催化剂的装卸困难。
发明内容
本发明要解决的问题是汽油和多组分原料加工效率和质量的提高。有益效果是将轻烃馏分加工成高质量催化产物效率的提高。
本申请采用的技术方案是：一种轻烃馏分催化加工方法，分为几个步骤，其中包括：加热原料过程、将原料分离成煤油馏分和原料气体混合物的过程、原料气体混合物加热过程、将经加热的原料气体混合物送至反应区的过程、在直接转化条件下原料气体混合物与催化剂接触的过程、将催化产物从反应区取出的过程、催化产物的冷却过程，催化产物的冷却过程也分为几个步骤，首先将催化产物循环供应到加热同流换热器的系统，然后将催化产物分离成含有硫化氢的气相和液相。
同时，在直接催化过程中，发生低辛烷值组分成高辛烷值组分的气相转化，在此过程中，发生热吸收、过量含氢气体的释放、在硫化合物中气体混合物的吸附净化。这一点很重要，在轻烃原料的加工过程中需要去除硫化合物，因为硫化合物会引起管道、增压和加工设备的腐蚀，会导致化石燃料加工和燃烧过程中使用的催化剂中毒，并且会导致燃烧发动机的早期破坏。例如，在使用含高硅沸石的催化剂作为催化剂时，直接转化过程主要条件是，温度应为350至450℃，压力为3.5至5大气压，进料空速为4.5至5.0 升/一分钟。
该发明的技术成果由通过轻烃馏分催化加工装置实现，该装置由通过管道连接的加热和冷却热交换器、炉子和催化反应器组成，催化产物从催化反应器的输出处是通过冷却热交换器实现的，冷却热交换器与气体分离器连接，气体分离器将催化产物分离成含有硫化氢的气相和液相。与此同时，加热同流换热器的输出处连接到煤油分离器，该煤油分离器可以将加热的原料分离成原料气体混合物，该原料气体混合物用于随后进入催化反应器和煤油馏分。此外，气体分离器的气相输出处通过管道连接到炉子，反应器的催化产物的输出处连接到加热同流换热器系统。
在运行时，在装置内会发生化学过程，该化学过程从根本上会改变原料的分馏成分、外观、气味和辛烷值。在此情况下，硫浓度最多降低12倍。主要结果是，催化后的直馏汽油成为高流动性的产品。
碳氢化合物直接转化过程的最大优点是它对硫化合物的抵抗力，因为在某种石油或凝析油中在不同程度上存在硫化合物。由于连续反应，原料中的有机硫化合物转化为链烷烃、芳烃和硫化氢。其中第一个是硫醇、硫化物、噻吩及其衍生物C-S联系的断裂反应，在断裂反应发生之后，硫化氢分子和中间体烯烃逐渐形成，例如：
C4H9SH C4H8 + H2S
丁硫醇丁烯硫化氢
(CH3)2S C2H4 + H2S
二甲硫醚乙烯硫化氢
所形成的烯烃进一步转化为链烷烃和芳烃，与此同时，在分离和稳定阶段，硫化氢与该过程的衍生物（即C1-C4烃）在一起从液体产品中分离出来，从而得到脱硫汽油。
此外，根据所提出的方法和装置，在使用加热同流换热器系统来冷却催化产物时，在使用反应期间释放的气体来加热原料时，装置的效率会提高到90％。与此同时，多余的气体可用于发电或加热系统内。
此外，所提出的方法和装置通过控制器提供催化加工指定参数的自动维护，为此，根据温度传感器、压力传感器、浮子传感器和流量计的读数，控制器向泵和电磁阀提供控制信号。
因此，所提出的方法和装置确保有效加工过程，将轻烃馏分加工成具有低硫含量的高质量催化产物，而无需原料的脱硫或脱水的初步过程。
附图说明
该装置由具体实施示例和附图说明，
其中图1为轻烃原料催化加工装置的示意图。
具体实施方式
如图1所示，用于将轻烃原料（石脑油、石油溶剂、直馏汽油、稳定气体汽油）催化加工成A-80 汽油高质量催化产物的轻烃馏分催化加工装置，包括通过管道与催化反应器2连接的炉1、加热的同流式换热器一3、同流式换热器二4、同流式换热器三5和冷却的回热式热交换器一7、回热式热交换器二8、回热式热交换器三9，冷却换热器系统包括在催化反应器2输出处安装的管式换热器6、回热式热交换器一7、回热式热交换器二8、回热式热交换器三9，回热式热交换器一7、回热式热交换器二8连接到冷却散热器10，工业水通过该回热式热交换器二9进行冷却。
如本实施例所示，催化反应器（2）由两个反应塔（Р-1和Р-2）组成。
从催化反应器（2）中催化产物的输出处通过管式换热器6、同流式换热器三5、同流式换热器二4、同流式换热器一3、回热式热交换器一7、回热式热交换器二8、回热式热交换器三9与气体分离器11连接，该气体分离器11可以将催化剂分离成气相和液相，即高辛烷值汽油。气相含有硫化氢气体，该硫化氢气体在气体分离器11分离催化产物后由轻硫化合物而形成，该硫化氢气体随后在原料加热炉子1中燃烧。
加热同流式换热器一3、同流式换热器二4、同流式换热器三5的输出处连接到煤油分离器12，煤油分离器12通过同流换热器13连接到收集煤油的容器14。
为了稳定原料进料速度，该装置设有原料储存罐15，在原料储存罐15输入处安装同流式换热器16。原料储存罐14和15中积累工作流体的液位控制由在其中安装的浮子传感器(未显示)实现。
工作介质通过速度的调节由泵 (17、18、19、20) 和控制阀（21、22、23）实现。安装的泵（17、18、19、20）调节工作介质的通过速度：原料输入泵（17、18）调节向装置原料的输入流程，泵19调节装置煤油的输出流程，泵20调节催化产物的输出流程。为了防止工作介质相反方向的流动，该装置设有止回阀（24、25、26、27）。
工作流体的通过速度由流量计控制：装置的原料输入处有流量计28，催化产物输出处有流量计29，煤油输出处有流量计30。
在进行工作流体流动的清洁时，该装置使用过滤器（31、32），过滤器安装在装置的原料输入处和热交换器系统催化产物的输出处。
温度传感器（未显示）进行温度控制，温度传感器是在炉子1和催化反反应器2柱内安装的。
不稳定气体冷凝物的轻馏分的成分包含低分子量硫醇。在开始运行之前，电加热器进行装置的催化反应器2的加热，催化反应器2的温度直接达到350°C。在催化反应器2达到所需的温度范围后，装置的泵 (17、18)进行启动，将原料输入炉子1里，在原料输入炉子1后柴油燃烧器（在启动时）加热原料，该柴油燃烧器连接到柴油外部源。装置切换到运转模式主要指标是气体向后燃点火塞的持续释放以及催化反应器2中压力的增加到工作水平。装置切换到运转模式之后，装置的运转切换到加热原料模式，在此过程中，装置使用气相，该气相是在气体分离器11中由催化产物形成的（在催化合成反应过程中，该催化产物是从反应器2中产生的）。
该装置使用的原料（KK-210°C直馏汽油馏分）由装置的泵17）通过过滤器31和同流换热器16进入原料储罐15，然后使用装置的泵（18）进入同流换热器13、同流式换热器一3、同流式换热器二4、同流式换热器三5，在此原料由反应产物的热量加热到200°C，然后进入煤油分离器12，在此原料气体混合物从分离器12的顶部通过管式热交换器6达到加热炉子1，同时从分离器12的底部经过同流换热器13的煤油馏分进行收集，这些收集的煤油馏分进入煤油积累的罐14中，然后这些煤油馏分通过装置的泵（19）从装置抽出。
加热的原料气混合物从炉子1进入催化反应器2，该充高硅含量含沸石催化产物。原料的体积进料速度为4.5 至 5.0 升/每分钟。在350-450°C的温度和 3.5 至 5 个大气压的压力条件下，通过催化异构化和芳构化以及链烷烃和环烷烃的脱氢，催化反应器将直馏汽油馏分的低辛烷值组分转化为高辛烷值组分。
反应的混合物均匀地通过催化反应器的管道，该管道充催化产物，在此通过特征化学的反应，汽油馏分改变其烃成分。反应都在一个步骤中进行，吸收热，释放过量的含氢气体。与此同时，气体混合物会发生硫化合物的吸附净化，即在再生时保留在反应器中的硫化合物（在催化氧化反应过程中）除去。
该过程是在固定床催化剂中以单程方式进行的，即没有芳族化合物的循环流，与此同时，烯烃流主要在反应中消耗。在正常操作条件下，与其他催化剂相比，基于沸石催化剂具有一些优势，其中包括：高活性、高选择性，以及较长的寿命周期。
得到的催化产物回到管式换热器6、同流式换热器三5、同流式换热器二4、同流式换热器一3进行循环，然后进入回热式热交换器一7、回热式热交换器二8、回热式热交换器三9，在此催化产物的温度通过冷却下降到25°C，然后通过催化剂过滤器32进入气体分离器11。
剩余的烃气通过气体分离器11顶部从装置中去除，然后成为炉子1燃料气体。气体分离器（11）底部的催化产物通过同流式换热器16由装置的泵（20）抽出，然后进入油罐区。
最终获得的催化汽油（因为 30-2080С）（马达法辛烷值 74-80）是车用汽油生产的组分。
该装置自动将工艺条件的参数保持在指定值范围内，进行参数的记录，并且在参数与指定值发生偏差时，发出警告信号。
控制器保持设定的参数，为此，控制器收集在炉子1和反应器2中安装的温度传感器的读数、在反应器2中安装的压力传感器的读数、在储存罐（14、15）中安装的浮子传感器的读数、流量计（28、29、30）的读数，并且控制在装置管道上安装的电磁阀（21、22、23）。

Claims (9)

1.一种轻烃馏分催化加工装置，包括通过管道串联的加热原料的同流式换热器一(3)、同流式换热器二(4)、同流式换热器三(5)、炉子(1)、催化反应器(2)、冷却催化产物的回热式热交换器一(7)、回热式热交换器二(8)、回热式热交换器三(9)，回热式热交换器一(7)、回热式热交换器二(8)、回热式热交换器三(9)与气体分离器(11)连接，该气体分离器(11)能够将催化产物分离成含有硫化氢的气相和液相的催化加工的最终产物，其特征在于，同流式换热器一(3)、同流式换热器二(4)、同流式换热器三(5)的输出处连接到煤油分离器(12)，该煤油分离器(12)能够将加热的原料分离成原料气体混合物，用于随后进入催化反应器(2)和煤油馏分，其中气体分离器(11)的气相输出处通过管道与炉子(1)连接；催化反应器(2)的催化产物输出处与管式换热器(6)、同流式换热器三(5)、同流式换热器二(4)、同流式换热器一(3)连接，同流式换热器一(3)连接用于冷却的回热式热交换器一(7)、回热式热交换器二(8)、回热式热交换器三(9)。
2.根据权利要求1所述的催化加工装置，其特征在于，所述冷却的回热式热交换器一(7)、回热式热交换器二(8)、回热式热交换器三(9)包括至少一个与冷却散热器连接的同流换热器和至少一个水冷式同流换热器。
3.根据权利要求1所述的催化加工装置，其特征在于，所述煤油分离器(12)通过同流换热器(13)连接到用于收集煤油馏分的容器(14)。
4.根据权利要求1所述的催化加工装置，其特征在于，所述催化反应器(2)由至少两个反应器塔组成。
5.根据权利要求1所述的催化加工装置，其特征在于，在所述气体分离器(11)液相的输出处加装了同流式换热器(16)。
6.根据权利要求1所述的催化加工装置，其特征在于，其包括安装在炉子(1)和催化反应器(2)中的温度传感器、安装在催化反应器(2)中的压力传感器、安装在收集煤油馏分(14)和原料(15)罐中的浮子传感器、安装在装置管道上的流量计、泵和电磁阀，这些流量计、泵和电磁阀确保工作介质通过速度的控制。
7.一种轻烃馏分的催化加工方法，采用权利要求1所述的装置，该方法包括原料加热流程、在催化反应器中原料与催化剂接触流程、所得催化产物冷却流程、气体分离器(11)将催化产物分离成含有硫化氢的气相和液相的流程，其特征在于，通过同流式换热器一(3)、同流式换热器二(4)、同流式换热器三(5)经过加热的原料预先通过煤油分离器(12)分离成煤油馏分和原料气体混合物，得到的混合物在炉子(1)中加热，然后进入催化反应器(2)，得到的催化产物进入管式换热器(6)、同流式换热器三(5)、同流式换热器二(4)、同流式换热器一(3)、进行循环，最后冷却的的回热式热交换器一(7)、回热式热交换器二(8)、回热式热交换器三(9)冷却得到催化产物。
8.根据权利要求7所述的催化加工方法，其特征在于，含高硅沸石的催化剂作为催化剂，直接转化过程主要条件是，温度应为350至450℃，压力为3.5至5大气压，进料空速为4.5至5.0升/每分钟。
9.根据权利要求7所述的催化加工方法，其特征在于，所述气体分离器(11)的气相用作装置炉子(1)的燃料气体。
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