CN116059932A - 一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了石油化工技术领域中的一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，所述的反应流程包括换热、过滤和反应部分，其特征在于：原料经过混合进料换热器与反应产物换热升温后进入进料加热炉，在炉中继续加热至反应所需温度后经过过滤器过滤掉物流中的积碳，然后进入反应器进行反应。以解决现有技术中加热炉管、反应器、换热器等高温设备的金属器壁积碳造成的不良影响。
Description
技术领域
本发明属于石油炼制技术领域，具体涉及一种能够降低石油炼制装置积碳的工艺方法。
技术背景
在石油炼制过程中，由于加热炉管、反应器、换热器等高温设备的金属器壁常常产生积碳，且积碳随着时间不断累积，易造成催化剂的大量损失以及反应器、再生器内构件的损坏，如待生剂碳含量下降、再生剂中出现“侏儒”球、催化剂下料管堵塞、扇形筒损坏、中心管破裂等现象。如果未能及时处理，积碳将进一步增加造成反应器内温降异常、压降突然上升，甚至导致装置被迫停工等重大经济损失。
器壁积碳主要是丝状碳,是由气相的烃类分子吸附在金属表面，再经过一系列分解、脱氢反应，在金属表面生成碳原子，这些碳原子逐渐渗入金属晶粒间形成丝状碳。丝状碳的生长速率与温度有关，当温度小于700℃时，其生长速率随着温度的升高而成倍加快，此外，脱离了金属母体的丝状碳具有催化脱氢和加氢裂解活性，易发生碳生碳反应，从而加快装置内积碳的速度和积碳量。
工业上一般利用对工艺设备的预硫化来抑制器壁积碳，Bennett等人对25/20/Nb不锈钢进行预硫化和连续硫化，并在高温下考察硫化对丝状碳生长的影响。结果表明，噻吩、硫化氢、二氧化硫、硫醇对于25/20/Nb不锈钢都具有抑制丝状碳生成的作用，但由于催化剂对原料油中杂质十分敏感，过高的含硫量会造成催化剂中毒，过低则无法对装置起到良好的抑制作用。
EP0839782A1公开了一种抑制热解炉表面形成焦炭的方法，该方法向炉中添加抑制剂。所述抑制剂选自取代苯、取代萘、取代蒽、取代菲及其混合物组成的基团，其中所述抑制化合物包含至少一种具有至少2个碳原子的取代物。在热解炉表面形成了一层薄薄的催化活性焦层，然后将碳氢化合物原料送入熔炉，从而在处理碳氢化合物原料的过程中抑制炉表面形成催化活性焦炭，但该方法会给原料中带来不必要的重组分，影响产品的精度。
US10170065公开了一种在烯烃生产中抑制催化剂结焦的方法，该方法将含氧原料与硅磷酸铝分子筛催化剂接触，形成含烯烃产物，并将含烯烃产物从催化剂中分离。分离后催化剂的未再生部分在与额外进料接触之前冷却，以减少催化剂上的结焦，但目前没有文献表明该方法适用于其他催化剂，且该方法不能抑制积碳在器壁上生成。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种降低炼化装置积碳危害的工艺流程，以解决现有技术中加热炉管、反应器、换热器等高温设备的金属器壁积碳造成的不良影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，所述的反应流程包括换热、过滤和反应部分，其特征在于：原料经过混合进料换热器与反应产物换热升温后进入进料加热炉，在炉中继续加热至反应所需温度后经过过滤器过滤掉物流中的积碳，然后进入反应器进行反应。
本发明一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其进一步特征在于：所述的反应器排布方式包括叠置式、并列式、两两叠置式。
本发明一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其进一步特征在于：所述物流进出反应器方式包括上进上出、上进下出。
本发明一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其进一步特征在于：所述的反应器台数可以为1台或多台，根据反应器台数设置过滤器的对应数量。
本发明一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其进一步特征在于：当采用本发明用于丙烷脱氢制丙烯装置或连续重整装置时：
1)原料经过混合进料换热器与反应产物换热升温后进入进料加热炉，在炉中继续加热至反应所需温度后经过第一过滤器过滤掉物流中的积碳，然后进入第一反应器，经反应器内的扇形筒通过连续移动的催化剂进行反应；
2)因吸热反应而温度降低的一反产物经反应器内中心管流出进入第一中间加热炉升温至反应温度，继续经第二过滤器过滤掉物流中的积碳后进入第二反应器，物流以与第一反应器相同的过程在第二反应器中继续进行反应；
3)二反产物同样先进入第二中间加热炉升温至反应温度，再经第三过滤器过滤掉物流中的积碳后进入第三反应器进行反应；
4)三反产物同样先进入第三中间加热炉升温至反应温度，再经第四过滤器过滤掉物流中的积碳后进入第四反应器进行反应；最终反应产物从第四反应器流出后进入混合进料换热器与进料换热。
本发明一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其进一步特征在于：当用于丙烷脱氢制丙烯装置时，所述进入进料加热炉的物流温度为500～600℃，压力为0.2～0.4Mpa(g)；进入第一中间加热炉的物流温度为500～600℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第二中间加热炉的物流温度为500～600℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第三中间加热炉的物流温度为500～700℃，压力为0～0.3Mpa(g)。
本发明一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其进一步特征在于：当用于丙烷脱氢制丙烯装置时，所述进入第一反应器的物流温度为600～700℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第二反应器的物流温度为600～700℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第三反应器的物流温度为600～700℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第四反应器的物流温度为600～700℃，压力为0～0.3Mpa(g)。所述从第四反应器流出后进入混合进料换热器的反应产物温度为500～650℃，压力为0～0.2Mpa(g)。
本发明一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其进一步特征在于：当用于连续重整装置时，所述进入重整进料加热炉的物流温度为300～500℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第一中间加热炉的物流温度为300～500℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第二中间加热炉的物流温度为300～500℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第三中间加热炉的物流温度为300～500℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)。
本发明一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其进一步特征在于：当用于连续重整装置时，所述进入重整第一反应器的物流温度为500～600℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第二反应器的物流温度为500～600℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第三反应器的物流温度为500～600℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第四反应器的物流温度为500～600℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；所述从重整第四反应器流出后进入重整混合进料换热器的反应产物温度为400～600℃，压力为0.2～0.5Mpa(g)。
本发明与现有技术相比的优点是：
1)当温度小于700℃时，积碳的产生量与设备内表面积以及温度成正比，而物流在加热炉内的接触面积远大于反应器内的接触面积，且物流在加热炉内的温度要高于在反应器内的温度，因此，加热炉内产生的积碳量要远高于反应器内产生的积碳量。因而，可以通过在加热炉和反应器之间增设过滤器的方式，过滤出加热炉产生的部分积碳，从而降低积碳的总量。
2)由于脱离了金属母体的丝状碳具有催化脱氢和加氢裂解活性，易发生碳生碳反应，从而加快装置内积碳的速度和积碳量，故使用过滤器过滤掉物流从加热炉内带来的积碳，可以有效的降低反应器内碳生碳反应造成的积碳量。
3)当积碳在反应系统内累积到一定程度后，相比于更换反应器内件，更换过滤器更简单易操作，且装置可通过将过滤器设置为一操一备的方式维持连续运行，从而节省了因更换反应器内构件而停工的时间。
4)相比于每台反应器内构件数千万的价格，过滤器价格只需要数十万，因此，采用将积碳拦截在过滤器内，更换过滤器而非反应器内构件的方式可以有效降低积碳造成的经济损失。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明的使用范围。
附图说明
图1为本发明一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法示意图。
其中所示附图标记为：1-反应进料，2-混合进料换热器，3-进料加热炉,4-第一过滤器,5-第一反应器,6-第一中间加热炉，7-第二过滤器，8-第二反应器，9-第二中间加热炉，10-第三过滤器，11-第三反应器，12-第三中间加热炉，13-第四过滤器，14-第四反应器，15-反应产物，16-燃料气，17-蒸汽
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
当用于丙烷脱氢制丙烯装置时，如附图1所示，丙烷脱氢反应进料经过换热器2与反应产物换热升温至500～600℃，压力为0.2～0.4Mpa(g)后进入进料加热炉3，在炉中继续加热至反应所需温度(温度为600～700℃，压力为0.1～0.3Mpa(g))后经过第一过滤器4过滤掉物流中的积碳，然后进入第一反应器5，经反应器内的扇形筒径向通过连续移动的催化剂进行反应。
由于吸热反应使物流温度降低至500～600℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)，反应产物经反应器内中心管流出进入第一中间加热炉6升温至反应温度(温度600～700℃，压力0.1～0.3Mpa(g))，继续经第二过滤器7过滤掉物流中的积碳后进入第二反应器8，物流以与第一反应器相同的过程在第二反应器中继续进行反应。
二反产物(温度500～600℃，压力0.1～0.3Mpa(g))以与上述相同的过程进入第二中间加热炉9升温至反应温度(温度600～700℃，压力0.1～0.3Mpa(g))后，再经第三过滤器10过滤掉物流中的积碳后进入第三反应器11进行反应。
三反产物(温度500～700℃，压力0～0.3Mpa(g))以与上述相同的过程进入第三中间加热炉12升温至反应温度(温度600～700℃，压力0～0.3Mpa(g))后，再经第四过滤器13过滤掉物流中的积碳后进入第四反应器14进行反应。
最终反应产物(温度500～650℃，压力为0～0.2Mpa(g))从第四反应器14流出后进入混合进料换热器2与进料换热。
当用于连续重整装置时，如附图1所示，重整反应进料经过换热器2与反应产物换热升温至400～500℃，压力为0.4～0.6Mpa(g)后进入进料加热炉3，在炉中继续加热至反应所需温度(温度为500～600℃，压力为0.4～0.6Mpa(g))后经过第一过滤器4过滤掉物流中的积碳，然后进入第一反应器5，经反应器内的扇形筒径向通过连续移动的催化剂进行反应。
由于吸热反应使物流温度降低至350～450℃，压力为0.4～0.6Mpa(g)，反应产物经反应器内中心管流出进入第一中间加热炉6升温至反应温度(温度500～600℃，压力0.4～0.5Mpa(g))，继续经第二过滤器7过滤掉物流中的积碳后进入第二反应器8，物流以与第一反应器相同的过程在第二反应器中继续进行反应。
二反产物(温度400～500℃，压力0.4～0.5Mpa(g))以与上述相同的过程进入第二中间加热炉9升温至反应温度(温度500～600℃，压力0.3～0.5Mpa(g))后，再经第三过滤器10过滤掉物流中的积碳后进入第三反应器11进行反应。
三反产物(温度400～500℃，压力0.3～0.5Mpa(g))以与上述相同的过程进入第三中间加热炉12升温至反应温度(温度500～600℃，压力0.3～0.5Mpa(g))后，再经第四过滤器13过滤掉物流中的积碳后进入第四反应器14进行反应。
最终反应产物(温度400～500℃，压力0.3～0.5Mpa(g))从第四反应器14流出后进入混合进料换热器2与进料换热。
Claims (9)
1.一种降低炼化装置积碳危害的工艺方法，所述的反应流程包括换热、过滤和反应部分，其特征在于：原料经过混合进料换热器与反应产物换热升温后进入进料加热炉，在炉中继续加热至反应所需温度后经过过滤器过滤掉物流中的积碳，然后进入反应器进行反应。
2.根据权利要求1所述的降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其特征在于：所述的反应器排布方式包括叠置式、并列式、两两叠置式。
3.根据权利要求1所述的降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其特征在于：所述物流进出反应器方式包括上进上出、上进下出。
4.根据权利要求1所述的降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其特征在于：所述的反应器台数为1台或多台，根据反应器台数设置过滤器的对应数量。
5.根据权利要求1所述的降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其特征在于：用于丙烷脱氢制丙烯装置或连续重整装置时，所述反应器台数和过滤器数量为四台：
1)原料经过混合进料换热器与反应产物换热升温后进入进料加热炉，在炉中继续加热至反应所需温度后经过第一过滤器过滤掉物流中的积碳，然后进入第一反应器，经反应器内的扇形筒通过连续移动的催化剂进行反应；
2)因吸热反应而温度降低的一反产物经反应器内中心管流出进入第一中间加热炉升温至反应温度，继续经第二过滤器过滤掉物流中的积碳后进入第二反应器，物流以与第一反应器相同的过程在第二反应器中继续进行反应；
3)二反产物同样先进入第二中间加热炉升温至反应温度，再经第三过滤器过滤掉物流中的积碳后进入第三反应器进行反应；
4)三反产物同样先进入第三中间加热炉升温至反应温度，再经第四过滤器过滤掉物流中的积碳后进入第四反应器进行反应；最终反应产物从第四反应器流出后进入混合进料换热器与进料换热。
6.根据权利要求5所述的降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其特征在于：当用于丙烷脱氢制丙烯装置时，所述进入进料加热炉的物流温度为500～600℃，压力为0.2～0.4Mpa(g)；进入第一中间加热炉的物流温度为500～600℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第二中间加热炉的物流温度为500～600℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第三中间加热炉的物流温度为500～700℃，压力为0～0.3Mpa(g)。
7.根据权利要求5所述的尾气处理方法，其特征在于：当用于丙烷脱氢制丙烯装置时，所述进入第一反应器的物流温度为600～700℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第二反应器的物流温度为600～700℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第三反应器的物流温度为600～700℃，压力为0.1～0.3Mpa(g)；进入第四反应器的物流温度为600～700℃，压力为0～0.3Mpa(g)。所述从第四反应器流出后进入混合进料换热器的反应产物温度为500～650℃，压力为0～0.2Mpa(g)。
8.根据权利要求5所述的降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其特征在于：当用于连续重整装置时，所述进入重整进料加热炉的物流温度为300～500℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第一中间加热炉的物流温度为300～500℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第二中间加热炉的物流温度为300～500℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第三中间加热炉的物流温度为300～500℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)。
9.根据权利要求5所述的降低炼化装置积碳危害的工艺方法，其特征在于：当用于连续重整装置时，所述进入重整第一反应器的物流温度为500～600℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第二反应器的物流温度为500～600℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第三反应器的物流温度为500～600℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；进入重整第四反应器的物流温度为500～600℃，压力为0.3～0.6Mpa(g)；所述从重整第四反应器流出后进入重整混合进料换热器的反应产物温度为400～600℃，压力为0.2～0.5Mpa(g)。
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