CN115265233A - 一种加氢换热工艺 - Google Patents

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Abstract

一种加氢换热工艺，当缠绕管式换热器内的工作负荷M与设计负荷N之间满足N60％≤M≤N 110％时，原料油与氢气混合后走缠绕管式换热器的两个管程，且各管程中氢油比为500～1100Nm3/m3；当工作负荷M与设计负荷N之间满足N 30％≤M＜N 60％时，氢气分为两路，第一路氢气与原料油混合后走第一管程，且第一管程中氢油比为475～1050Nm3/m3；第二路氢气走第二管程，且第二管程中氢气的流速不低于0.1m/s；当工作负荷M与设计负荷N满足M＞N 110％时，原料油与氢气混合后走缠绕管式换热器的两个管程，且各管程中氢油比为450～1000Nm3/m3。与现有技术相比，本申请能适应负荷波动及实现炉前混氢和炉后混氢不同加工工艺的转换。

Description

一种加氢换热工艺
技术领域
本发明属于换热技术领域，具体涉及一种加氢换热工艺。
背景技术
加氢处理是石油产品中较为重要的处理方法之一，是指在一定温度、氢分压及催化剂条件下，脱除油品中的硫、氮、氧等杂原子及金属杂质，使烯烃饱和、芳烃部分加氢饱和，以改善油品的使用性能。
加氢处理的过程为：油品与氢气混合后，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；反应完成后，氢气在分离器中分出，并经压缩机循环使用；产品则在稳定塔中分出硫化氢、氨、水以及在反应过程中少量分解而产生的气态氢。
现有的加氢换热系统及工艺如申请号为CN202110477804.0的发明专利申请《采用多股流缠绕管式换热器的加氢换热系统及换热工艺》(申请公开号为CN113063309A)、申请号为CN202110477790.2的发明专利申请《一种加氢工艺用的换热系统及换热工艺》(申请公开号为CN113267075A)公开的方案。
现有加氢换热系统中换热器的工作负荷一般需要维持在设计负荷的60～100％之间，当在开工阶段或原料供应不足时，很难维持在60％以上的工作负荷。低负荷运行往往会导致换热器内结垢、结焦的发生，使得整套系统难以长期运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能适应负荷波动的加氢换热工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种加氢换热工艺，其特征在于：
采用具有一个壳程和两个管程的缠绕管式换热器进行换热，该两个管程为第一管程、第二管程，换热工艺为：
当缠绕管式换热器内的工作负荷M与设计负荷N之间满足N 60％≤M≤N 110％的第一工况时，原料油与氢气混合后走缠绕管式换热器的两个管程，且各管程中氢油比为500～1100Nm3/m3；
当缠绕管式换热器内的工作负荷M与设计负荷N之间满足N 30％≤M＜N 60％的第二工况时，氢气分为两路，第一路氢气与所有的原料油混合后走第一管程，且第一管程中氢油比为475～1050Nm3/m3；第二路氢气走第二管程，且第二管程中氢气的流速不低于0.1m/s；加氢反应中氢油比是由催化剂性能决定的，当催化剂性能一定时，原料油加工减少，氢气可同步减小。因第二工况下原料油只走一个管程，相比于第一工况氢气流速变化不大。
本申请中的“氢气”可为从加氢装置输出的循环氢(循环氢中可能带有杂质)，或者是直接从外部接入的氢气。
当缠绕管式换热器内的工作负荷M与设计负荷N满足M＞N 110％的第三工况时，原料油与氢气混合后走缠绕管式换热器的两个管程，且各管程中氢油比为450～1000Nm3/m3。
本申请中，从加工原料油的量和设计值的比例，可以判断缠绕管式换热器内的工作负荷的多少。且各工况下，原料油的压力和温度一般略高于氢气的压力和温度。
为降低换热器结垢的风险，优选地，当缠绕管式换热器内由M≥N 60％的高负荷运行转至M＜N 60％的低负荷运行时，先清洗第一管程，具体如下：将所有的原料油以及部分氢气通入第一管程，将流速为0.1～0.7m/s的部分氢气通入第二管程(注：除保证第二管程内有0.1～0.7m/s低流速的氢气外，其他氢气全部通入第一管程内，且原料油和氢气的温度、压力不变)，维持48～72h时间后，将全部的氢气通入第一管程，将所有的原料油输入第二管程，并维持12～24h时间后，完成第一管程的清洗；
然后清洗第二管程，具体如下：将所有的原料油以及部分氢气通入第二管程，将流速为0.1～0.7m/s的部分氢气通入第一管程(注：除保证第一管程内有0.1～0.7m/s低流速的氢气外，其他氢气全部通入第二管程内，且原料油和氢气的温度、压力不变)，维持48～72h时间后完成第二管程的清洗。
在上述方案中，优选地，采用具有上述缠绕管式换热器的加氢换热系统，该加氢换热系统还包括有用于输送原料油的原料油总管线、用于输送氢气的氢气总管线，
所述原料油总管线的输出端连接有第一原料油管线、第二原料油管线；
所述氢气总管线的输出端连接有第一氢气管线、第二氢气管线；
上述第一原料油管线、第二原料油管线、第一氢气管线、第二氢气管线上均设有用于控制流量的第一阀门；
第一管程的入口端与第一原料油管线的出口端、第一氢气管线的出口端相连通，第二管程的入口端与第二原料油管线的出口端、第二氢气管线的出口端相连通；
当缠绕管式换热器处于第一工况时，各第一阀门均打开；
当缠绕管式换热器处于第二工况时，第一原料油管线上的第一阀门打开，第二原料油管线上的第一阀门闭合，第一、第二氢气管线上的第一阀门均打开；
当缠绕管式换热器处于第三工况时，各第一阀门均打开。
为保证换热效果，优选地，所述缠绕管式换热器的换热管由内而外逐层螺旋缠绕成多层螺旋管，各层螺旋管中均具有第一管程、第二管程的换热管，且第一、第二管程的换热管均布在各层螺旋管中。如此，使得壳程介质与各层螺旋管的介质进行均匀换热，特别是当第一管程中通原料油与氢气、第二管程中仅通少量氢气时，能有效保证换热效果。
优选地，所述第一管程的出口端、第二管程的出口端为独立分开而形成两路；
或，所述第一管程的出口端、第二管程的出口端合并为一路。
优选地，所述第一管程的出口端、第二管程的出口端为独立分开的两路出缠绕管式换热器，加氢换热系统还包括有：
第一原料油旁路管线，其输入端与第一原料油管线相连通，并位于第一原料油管线的入口端和第一原料油管线上的第一阀门之间；其输出端与上述第一管程的出口端相连通；
第二原料油旁路管线，其输入端与第二原料油管线相连通，并位于第二原料油管线的入口端和第二原料油管线上的第一阀门之间；其输出端与上述第二管程的出口端相连通；
上述第一原料油旁路管线、第二原料油旁路管线上均设有用于控制流量的第三阀门。如此，可根据换热器的管程出口温度控制第三阀门，如当换热器的管程出口温度较高时，可打开对应的第三阀门，使得未换热的低温原料油与管程出口的介质混合，从而降低管程出口介质的温度。
同样优选地，所述第一管程的出口端、第二管程的出口端合并为一路的状态下；加氢换热系统还包括有：
第三原料油旁路管线，其输入端与上述原料油总管线相连通，输出端与第一管程的出口端、第二管程的出口端合并后的一路相连通；
且所述第三原料油旁路管线上设有第三阀门。
在上述各方案中，优选地，加氢换热系统还包括有加热炉、与加热炉的输出端相连通的加氢反应器，第一管程的出口端、第二管程的出口端与上述加热炉的输入端相连通，缠绕管式换热器之壳程的入口端与上述加氢反应器的输出端相连通，缠绕管式换热器之壳程的出口端连接至下游设备。
优选地，还包括有加热炉旁路管线，其输入端连接于加热炉的输入端和缠绕管式换热器之管程出口端之间的管线上，其输出端连接于加热炉的输出端和加氢反应器的输入端之间的管线上；且加热炉旁路管线上、加热炉的输入端和缠绕管式换热器之管程出口端之间的管线上均设有用于控制流量的第四阀门。如此，当管程出口介质的温度较高时，可直接走加热炉旁路管线。
优选地，所述第一管程的出口端、第二管程的出口端为独立分开而形成两路的状态下，两路通过各自的管线与加热炉的输入端相连通，且在两路管线上均设有上述的第四阀门，所述加热炉旁路管线也有两条，并均设有第四阀门，两条加热炉旁路管线的输入端分别与对应的两路管线相连通，输出端连接于加热炉的输出端和加氢反应器的输入端之间的管线上。如此，当管程出口介质的温度较高时，可直接走加热炉旁路管线。如此，可根据工况以及加工油品的不同，实现炉前混氢和炉后混氢不同加工工艺的转换，可兼顾两种加氢工艺的有点，使得生产更加灵活、适应性更加宽广。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将换热工艺设计为当换热器处于正常工况(即第一工况)或高负荷工况(即第三工况)运行时，原料油以及氢气混合后走换热器的两个管程，当换热器处于低负荷工况(即第二工况)运行时，通过调整气液相在不同管程内的流量来达到所需最小流速要求，如原料油与第一路氢气混合走第一管程，第二路氢气走第二管程，由于所有的原料油走第一管程，能保证进入换热器的油气混合进料流速处于正常设计的60％～110％之间，解决了低负荷长周期运行的问题，并保证了流速，维持换热器的换热效率；由于第二管程内有氢气经过，有效避免了因多股流换热器某一管程内无介质时长期承受高外压、高温工况对换热器带来的损伤。且本申请能实现炉前混氢和炉后混氢不同加工工艺的转换。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二的结构示意图；
图3为本实用新型实施例三的结构示意图。
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，为本实用新型的一种加氢换热工艺的优选实施例一，该工艺采用加氢换热系统，加氢换热系统包括有缠绕管式换热器1、用于输送原料油的原料油总管线2、用于输送氢气的氢气总管线3、第一原料油旁路管线51、第二原料油旁路管线52、加热炉6、加氢反应器7以及加热炉旁路管线8。
原料油总管线2、氢气总管线3上均设有用于控制流量的第二阀门42。原料油总管线2的输出端连接有第一原料油管线21、第二原料油管线22。氢气总管线3的输出端连接有第一氢气管线31、第二氢气管线32。第一原料油管线21、第二原料油管线22、第一氢气管线31、第二氢气管线32上均设有用于控制流量的第一阀门41。
缠绕管式换热器1具有一个壳程和两个管程，该两个管程为第一管程11、第二管程12，第一管程11的入口端与第一原料油管线21的出口端、第一氢气管线31的出口端相连通，第二管程12的入口端与第二原料油管线22、第二氢气管线32的出口端相连通。第一管程11的出口端、第二管程12的出口端为独立分开而形成两路。本实施例中，缠绕管式换热器1的换热管由内而外逐层螺旋缠绕成多层螺旋管，各层螺旋管中均具有第一管程11、第二管程12的换热管，且第一、第二管程的换热管数量相同并交替地均布在各层螺旋管中。
上述第一原料油旁路管线51的输入端与第一原料油管线21相连通，并位于第一原料油管线21的入口端和第一原料油管线21上的第一阀门41之间，第一原料油旁路管线51的输出端与上述第一管程11的出口端相连通。第二原料油旁路管线52的输入端与第二原料油管线22相连通，并位于第二原料油管线22的入口端和第二原料油管线22上的第一阀门41之间，第二原料油旁路管线52的输出端与上述第二管程12的出口端相连通。同时，第一原料油旁路管线51、第二原料油旁路管线52上均设有用于控制流量的第三阀门43。
从缠绕管式换热器1两个管程出来的两路管线合并成一路后与加热炉6的输入端相连通，加热炉6的输出端与加氢反应器7的输入端相连通，加氢反应器7的输出端与缠绕管式换热器1之壳程的入口端相连通，缠绕管式换热器1的壳程的出口端连接至下游设备。该下游设备为现有技术，包括有热高压分离罐、热低压分离罐、空冷器、冷低压分离罐等，在此不做赘述。
上述加热炉旁路管线8的输入端连接于加热炉6的输入端和缠绕管式换热器1的管程出口端之间的管线上，其输出端连接于加热炉6的输出端和加氢反应器7的输入端之间的管线上；且加热炉旁路管线8上、加热炉6的输入端和缠绕管式换热器1的管程出口端之间的管线上均设有用于控制流量的第四阀门44。且加热炉6的输入端和缠绕管式换热器1的管程出口端之间的管线上的第四阀门44位于加热炉6的输入端和旁路管线8的输入端之间。
本实施例的换热工艺如下：
当缠绕管式换热器1内的工作负荷M与设计负荷N之间满足N 60％≤M≤N 110％的第一工况时，各第一阀门41均打开，原料油与氢气混合后走缠绕管式换热器1的两个管程，且各管程中氢油比为500～1100Nm3/m3(氢油比可为500Nm3/m3、1100Nm3/m3或500至1100之间的任意值，具体根据实际工况设计)；
当缠绕管式换热器1内的工作负荷M与设计负荷N之间满足N 30％≤M＜N 60％的第二工况时，第一原料油管线21上的第一阀门41打开，第二原料油管线22上的第一阀门41闭合，第一、第二氢气管线上的第一阀门41均打，从而使得氢气分为两路，第一路氢气与原料油混合后走第一管程11，且第一管程11中氢油比为475～1050Nm3/m3(氢油比可为475Nm3/m3、1050Nm3/m3或475至1050之间的任意值，具体根据实际工况设计)；第二路氢气走第二管程12，且第二管程12中氢气的流速不低于0.1m/s；
当缠绕管式换热器1内的工作负荷M与设计负荷N满足M＞N 110％的第三工况时，各第一阀门41均打开，原料油与氢气混合后走缠绕管式换热器1的两个管程，且各管程中氢油比为450～1000Nm3/m3(氢油比可为450Nm3/m3、1000Nm3/m3或450至1000之间的任意值，具体根据实际工况设计)。第三工况下，为了充分换热，原料油旁路将关闭，此时氢油比下降。
本申请换热器中管程入口温度为110～160℃，管程出口温度为320～380℃，壳程入口温度为360～420℃，壳程出口温度为220～260℃，操作压力为5～20MPa。
当缠绕管式换热器1内由高负荷(≥N 60％)运行转至低负荷(＜N 60％)运行时，先清洗第一管程11，具体如下：将所有的原料油以及大部分氢气通入第一管程11，将流速为0.1～0.7m/s的小部分氢气通入第二管程12，维持48～72h时间后，将全部的氢气通入第一管程11，将所有的原料油输入第二管程12，并维持12～24h时间后，完成第一管程11的清洗；
然后清洗第二管程，具体如下：将所有的原料油以及大部分的氢气通入第二管程12，将流速为0.1～0.7m/s的小部分氢气通入第一管程11，维持48～72h时间后完成第二管程12的清洗。
实施例二：
如图2所示，为本实用新型的一种加氢换热工艺的优选实施例二，本实施例与实施例一基本相同，区别在于本实施例中，第一管程11的出口端、第二管程12的出口端为独立分开而形成两路，两路通过各自的管线与加热炉6的输入端相连通，且两路管线上均设有上述的第四阀门44，加热炉旁路管线8也有两条，并均设有第四阀门44，两条加热炉旁路管线8的输入端分别与对应的两路管线相连通，输出端连接于加热炉6的输出端和加氢反应器7的输入端之间的管线上。
实施例三：
如图3所示，为本实用新型的一种加氢换热工艺的优选实施例三，本实施例与实施例一基本相同，区别在于本实施例中，第一管程11的出口端、第二管程12的出口端合并为一路，且合并为一路的管线与原料油总管线2之间通过第三原料油旁路管线53相连通，且第三原料油旁路管线53上设有第三阀门43。

Claims (10)

1.一种加氢换热工艺，其特征在于：
采用具有一个壳程和两个管程的缠绕管式换热器(1)进行换热，该两个管程为第一管程(11)、第二管程(12)，换热工艺为：
当缠绕管式换热器(1)内的工作负荷M与设计负荷N之间满足N 60％≤M≤N 110％的第一工况时，原料油与氢气混合后走缠绕管式换热器(1)的两个管程，且各管程中氢油比为500～1100Nm3/m3；
当缠绕管式换热器(1)内的工作负荷M与设计负荷N之间满足N 30％≤M＜N 60％的第二工况时，氢气分为两路，第一路氢气与所有的原料油混合后走第一管程(11)，且第一管程(11)中氢油比为475～1050Nm3/m3；第二路氢气走第二管程(12)，且第二管程(12)中氢气的流速不低于0.1m/s；
当缠绕管式换热器(1)内的工作负荷M与设计负荷N满足M＞N 110％的第三工况时，原料油与氢气混合后走缠绕管式换热器(1)的两个管程，且各管程中氢油比为450～1000Nm3/m3；
2.根据权利要求1所述的加氢换热工艺，其特征在于：当缠绕管式换热器(1)内由M≥N60％的高负荷运行转至M＜N 60％的低负荷运行时，先清洗第一管程(11)，具体如下：将所有的原料油以及部分氢气通入第一管程(11)，将流速为0.1～0.7m/s的部分氢气通入第二管程(12)，维持48～72h时间后，将全部的氢气通入第一管程(11)，将所有的原料油输入第二管程(12)，并维持12～24h时间后，完成第一管程(11)的清洗；
然后清洗第二管程(12)，具体如下：将所有的原料油以及部分氢气通入第二管程(12)，将流速为0.1～0.7m/s的部分氢气通入第一管程(11)，维持48～72h时间后完成第二管程(12)的清洗。
3.根据权利要求1所述的加氢换热工艺，其特征在于：采用具有上述缠绕管式换热器(1)的加氢换热系统，该加氢换热系统还包括有用于输送原料油的原料油总管线(2)、用于输送氢气的氢气总管线(3)，
所述原料油总管线(2)的输出端连接有第一原料油管线(21)、第二原料油管线(22)；
所述氢气总管线(3)的输出端连接有第一氢气管线(31)、第二氢气管线(32)；
上述第一原料油管线(21)、第二原料油管线(22)、第一氢气管线(31)、第二氢气管线(32)上均设有用于控制流量的第一阀门(41)；
第一管程(11)的入口端与第一原料油管线(21)的出口端、第一氢气管线(31)的出口端相连通，第二管程(12)的入口端与第二原料油管线(22)的出口端、第二氢气管线(32)的出口端相连通；
当缠绕管式换热器(1)处于第一工况时，各第一阀门(41)均打开；
当缠绕管式换热器(1)处于第二工况时，第一原料油管线(21)上的第一阀门(41)打开，第二原料油管线(22)上的第一阀门(41)闭合，第一、第二氢气管线上的第一阀门(41)均打开；
当缠绕管式换热器(1)处于第三工况时，各第一阀门(41)均打开。
4.根据权利要求3所述的加氢换热工艺，其特征在于：所述缠绕管式换热器(1)的换热管由内而外逐层螺旋缠绕成多层螺旋管，各层螺旋管中均具有第一管程(11)、第二管程(12)的换热管，且第一、第二管程的换热管均布在各层螺旋管中。
5.根据权利要求3所述的加氢换热工艺，其特征在于：所述第一管程(11)的出口端、第二管程(12)的出口端为独立分开而形成两路；
或，所述第一管程(11)的出口端、第二管程(12)的出口端合并为一路。
6.根据权利要求5所述的加氢换热工艺，其特征在于：所述第一管程(11)的出口端、第二管程(12)的出口端为独立分开而形成两路的状态下，加氢换热系统还包括有：
第一原料油旁路管线(51)，其输入端与第一原料油管线(21)相连通，并位于第一原料油管线(21)的入口端和第一原料油管线(21)上的第一阀门(41)之间；其输出端与上述第一管程(11)的出口端相连通；
第二原料油旁路管线(52)，其输入端与第二原料油管线(22)相连通，并位于第二原料油管线(22)的入口端和第二原料油管线(22)上的第一阀门(41)之间；其输出端与上述第二管程(12)的出口端相连通；
上述第一原料油旁路管线(51)、第二原料油旁路管线(52)上均设有用于控制流量的第三阀门(43)。
7.根据权利要求5所述的加氢换热工艺，其特征在于：所述第一管程(11)的出口端、第二管程(12)的出口端合并为一路的状态下；加氢换热系统还包括有：
第三原料油旁路管线(53)，其输入端与上述原料油总管线(2)相连通，输出端与第一管程(11)的出口端、第二管程(12)的出口端合并后的一路相连通；
且所述第三原料油旁路管线(53)上设有第三阀门(43)。
8.根据权利要求5～7中任一权项所述的加氢换热工艺，其特征在于：加氢换热系统还包括有加热炉(6)、与加热炉(6)的输出端相连通的加氢反应器(7)，第一管程(11)的出口端、第二管程(12)的出口端与上述加热炉(6)的输入端相连通，缠绕管式换热器(1)之壳程的入口端与上述加氢反应器(7)的输出端相连通，缠绕管式换热器(1)之壳程的出口端连接至下游设备。
9.根据权利要求8所述的加氢换热工艺，其特征在于：还包括有加热炉旁路管线(8)，其输入端连接于加热炉(6)的输入端和缠绕管式换热器(1)之管程出口端之间的管线上，其输出端连接于加热炉(6)的输出端和加氢反应器(7)的输入端之间的管线上；且加热炉旁路管线(8)上、加热炉(6)的输入端和缠绕管式换热器(1)之管程出口端之间的管线上均设有用于控制流量的第四阀门(44)。
10.根据权利要求9所述的加氢换热工艺，其特征在于：所述第一管程(11)的出口端、第二管程(12)的出口端为独立分开而形成两路的状态下，该两路通过各自的管线与加热炉(6)的输入端相连通，且在两路管线上均设有上述的第四阀门(44)，所述加热炉旁路管线(8)也有两条，并均设有第四阀门(44)，两条加热炉旁路管线(8)的输入端分别与对应的两路管线相连通，输出端连接于加热炉(6)的输出端和加氢反应器(7)的输入端之间的管线上。
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