TW201936914A - 用於加氫處理或氫轉化之線圈繞組熱交換器 - Google Patents

用於加氫處理或氫轉化之線圈繞組熱交換器 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種用於氫轉化或加氫處理烴原料之裝置及方法，其尤其包含至少一個線圈繞組熱交換器(S-1)，該線圈繞組交換器係由垂直腔室形成為大量疊層之單程熱交換器，在該垂直腔室中一或多束管路圍繞中央核心成螺旋形地捲繞，以用於：加熱該烴原料/氫物流混合物且將其直接分配於加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)，及冷卻來自該加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)之反應流出物。本發明亦係關於線圈繞組熱交換器(S-1)在用於氫轉化或加氫處理烴原料之方法中之用途。

Description

用於加氫處理或氫轉化之線圈繞組熱交換器
本發明描述係關於用於氫轉化(例如重原料之加氫裂化)及加氫處理(例如殘渣或製氣油之氫化脫金屬、加氫脫氮及/或加氫脫硫)之裝置及方法的領域。
殼管式熱交換器早已為吾人所熟知。專利US 2,978,226、EP 1 113 238及EP 2 975 353描述此類型之熱交換器之實例。熟知之殼管式熱交換器係例如BEU或DEU標準之熱交換，其包含呈U形之交換管路束(U形管束)。此等標準由管式換熱器製造商協會標準(Tubular Exchanger Manufactures Association) (TEMA; wwww.tema.org)定義。
線圈繞組熱交換器亦稱作螺旋繞組熱交換器，為熟習此項技術者已知。因此，專利EP 1367350描述線圈繞組熱交換器及其在LNG液化方法中之用途。線圈繞組熱交換器之其他組態例如描述於專利申請案WO 2004/063655及WO 2014/067223中。
已經設想線圈繞組熱交換器以與其他熱交換器相同之方式在各種方法中的用途，該等方法例如用於轉化重原料之方法(US 8,152,994及US 8,277,637)或低溫空氣分離方法(US 6,718,79)，然而，此用途相比於使用其他類型之熱交換器(例如殼管式或板式熱交換器)之情況不會導致佈局之修改。
在上文所述之情形內，本說明書之第一目標為改進氫轉化或加氫處理裝置及方法，尤其就能效及操作成本而言。
根據第一態樣，藉由用於氫轉化或加氫處理烴原料之裝置獲得前述目標以及其他優勢，該裝置包含：
至少一個線圈繞組熱交換器，該線圈繞組交換器係由垂直腔室形成為大量疊層之單程熱交換器，在該垂直腔室中一或多束管路圍繞中央核心成螺旋形地捲繞，適用於：
加熱該烴原料及視情況存在之氫物流或烴原料/氫物流混合物且將其直接分配於加氫處理或氫轉化反應區段，及
冷卻來自該加氫處理或氫轉化反應區段之反應流出物；
第一混合區段，其適用於使該烴原料與該氫物流混合，該第一混合區段有可能處於該至少一個線圈繞組熱交換器之上游或下游；
加氫處理或氫轉化反應區段，其適用於加氫處理或氫轉化該烴原料；
高壓冷分離器，其適用於將該經冷卻之反應流出物之至少一部分分離成包含至少一種輕餾分之第一液體流出物及包含氫氣之第一氣體流出物；及
分離塔，其適用於將該包含至少一種輕餾分之第一液體流出物分離成底部液體及塔頂流出物。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含第一壓縮區段，其適用於壓縮包含氫氣之第一氣體流出物且將其再循環於第一混合區段或至少一個線圈繞組熱交換器。
根據一或多個實施例，該加氫處理或氫轉化反應區段包含至少一個反應器，該反應器包含至少一種催化劑，該催化劑包含至少一種選自元素週期表之第VIII族中之元素的元素。
根據一或多個實施例，該反應器包含至少一個固定床。
根據一或多個實施例，該反應器包含至少一個鼓泡床。
根據一或多個實施例，該裝置包含用於過濾單元入口處之烴原料的裝置。根據一或多個實施例，過濾裝置位於視情況選用之熱交換器之下游，該熱交換器適用於將烴原料加熱至在50℃與100℃之間或150℃與230℃之間的溫度。
根據一或多個實施例，該裝置包含原料滾筒，其適用於含有視情況過濾之烴原料。該滾筒位於用於向線圈繞組熱交換器S-1進料之泵的上游。
根據一或多個實施例，該裝置包含單一線圈繞組熱交換器。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含第一旁路，其適用於將來自線圈繞組熱交換器之入口之烴原料之一部分或烴原料/氫物流混合物之一部分直接分配於線圈繞組熱交換器之出口。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含高壓熱分離器，其適用於將經冷卻之反應流出物分離成包含至少一種重餾分之第一液體流出物及分配於高壓冷分離器之包含輕餾分之第一氣體流出物。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含中壓熱分離器，其適用於將包含至少一種重餾分之第一液體流出物分離成分配於分離塔之包含至少一種重餾分之第二液體流出物，及包含輕餾分之第二氣體流出物。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含中壓冷分離器，其適用於將包含至少一種輕餾分之第一液體流出物分離成分配於分離塔之包含至少一種輕餾分之第二液體流出物，及包含氫氣之第二氣體流出物。
根據一或多個實施例，中壓冷分離器適用於分離包含輕餾分之第二氣體流出物。
根據一或多個實施例，加氫處理或氫轉化反應區段適用於將反應流出物直接分配於線圈繞組熱交換器。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含至少第二熱交換器及/或蒸汽產生器及/或第一空氣冷凝器，其分別適用於冷卻及/或冷凝包含輕餾分之第一氣體流出物。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含胺洗滌柱，其適用於消除包含氫氣之第一氣體流出物中的至少一部分H2 S。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含第二空氣冷凝器，其適用於冷凝包含輕餾分之第二氣體流出物且將經冷凝之包含輕餾分之第二氣體流出物分配於中壓冷分離器。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含第三熱交換器，其適用於加熱包含至少一種輕餾分之第一或第二液體流出物及/或冷卻來自分離塔之底部液體。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含第四熱交換器，其適用於冷卻或加熱包含至少一種重餾分之第一或第二液體流出物。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含第三空氣冷凝器，其適用於冷凝來自分離塔之塔頂流出物。
根據一或多個實施例，該裝置進一步包含回流滾筒，其適用於將來自分離塔之塔頂流出物分離成塔頂氣體餾分及至少一種烴類液體餾份。
根據第二態樣，藉由用於氫轉化或加氫處理烴原料之方法獲得前述目標以及其他優勢，該方法包含以下步驟：
藉助於至少一個線圈繞組熱交換器加熱烴原料及視情況存在之氫物流或烴原料/氫物流混合物且將其直接分配於加氫處理或氫轉化反應區段，該線圈繞組交換器係由垂直腔室形成為大量疊層之單程熱交換器，在垂直腔室中，一或多束管路圍繞中央核心成螺旋形地捲繞；
使烴原料與氫物流在第一混合區段中混合，該混合有可能在加熱步驟之前或之後進行；
藉助於至少一個線圈繞組熱交換器冷卻來自加氫處理或氫轉化反應區段之反應流出物；
在包含至少一個反應器之該加氫處理或氫轉化反應區段中加氫處理或氫轉化烴原料，該反應器包含至少一種催化劑，該催化劑包含至少一種選自元素週期表之第VIII族中之元素的元素；
在高壓冷分離器中分離經冷卻之反應流出物之至少一部分以便分配包含至少一種輕餾分之第一液體流出物及包含氫氣之第一氣體流出物；及
在分離塔中分離包含至少一種輕餾分之第一液體流出物以便分配底部液體及塔頂流出物。
根據一或多個實施例，該方法進一步包含藉助於第一壓縮區段壓縮包含氫氣之第一氣體流出物且將其再循環於第一混合區段或至少一個線圈繞組熱交換器。
根據一或多個實施例，在加氫處理或氫轉化條件，諸如以下操作條件中之至少一者下進行烴原料之加氫處理或氫轉化：
溫度在約200℃與約460℃之間；
總壓力在約1 MPa與約20 MPa之間；
液體原料之總體每小時空間速度在約0.05 h- 1 與約12 h- 1 之間；
該氫物流包含相對於氫物流之體積在約50體積%與約100體積%之間的氫氣；
氫氣相對於該液體烴原料之量在約50 Nm3 /m3 與約2500 Nm3 /m3 之間。
根據一或多個實施例，烴原料之初沸點高於120℃。舉例而言，烴原料可選自以下原料：大氣壓餾出物、真空餾出物、來自費舍爾-托普希(Fischer-Tropsch)單元之大氣壓或真空殘餘物或流出物。較佳地，烴原料係選自以下原料：大氣壓餾出物(石腦油、石油、煤油及汽油)、由原油之直接蒸餾產生或自轉換單元(諸如流體化催化裂化單元(fluid catalytic cracking unit；FCC)、煉焦器或減黏裂化單元)產生之真空餾出物(例如汽油)、由催化裂化單元產生之輕循環油(light cycle oil；LCO)、源自提取芳香族之單元的原料、由潤滑油基礎油之溶劑脫蠟產生之(一或多種)潤滑油基礎油、源自用於脫硫或氫轉化常壓渣油(ATR)及/或減壓渣油(VR)及/或脫瀝青油之固定床或鼓泡床方法的餾出物、脫瀝青油、來自費舍爾-托普希單元之流出物、植物油(單獨或呈混合物形式)、或動物脂肪。以上清單不為限制性。
根據一或多個實施例，烴原料包含相對於烴原料之重量至少5重量%之裂化原料；或烴原料包含相對於烴原料之重量少於5重量%之裂化原料，使得有可能實施在加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)之入口與出口之間超過15℃之溫度上升。
根據一或多個實施例，高壓冷分離器係在低於加氫處理或氫轉化反應區段之壓力的壓力下運行。
根據一或多個實施例，高壓冷分離器之溫度在20℃與100℃之間。
根據一或多個實施例，高壓熱分離器係在低於加氫處理或氫轉化反應區段之壓力的壓力下運行。
根據一或多個實施例，高壓熱分離器之溫度在200℃與450℃之間。
根據一或多個實施例，烴原料在單元入口處係在30℃與110℃之間、較佳地34℃與100℃之間的溫度下。
根據一或多個實施例，烴原料在單元入口處係在150℃與280℃之間、較佳地160℃與260℃之間的溫度下。
根據一或多個實施例，該方法包含在視情況加熱至在50℃與100℃之間或在150℃與230℃之間的溫度之後，在單元入口處過濾烴原料之步驟。根據一或多個實施例，該方法包含將經過濾之烴原料保留於原料滾筒中之步驟。泵送該來自滾筒之原料之步驟使得有可能向線圈繞組熱交換器S-1進料。
根據一或多個實施例，烴原料及視情況存在之氫物流或烴原料/氫物流混合物在混合區段(位於線圈繞組熱交換器之上游)之出口處及/或在線圈繞組熱交換器之入口處及/或在旁路之入口處的溫度係在30℃與280℃之間、較佳34℃與260℃之間。根據一或多個尤其較佳之實施例，上述溫度係在40℃與60℃之間(冷流程)。根據一或多個尤其較佳之實施例，上述溫度係在200℃與250℃之間(熱流程)。
根據一或多個實施例，在線圈繞組熱交換器之出口處烴原料及/或氫物流或經加熱之烴原料/氫物流混合物之溫度在200℃與460℃之間，較佳在240℃與440℃之間。
根據一或多個實施例，在加氫處理或氫轉化反應區段之入口處經加熱之烴原料/氫物流混合物之溫度在200℃與460℃之間，較佳地在240℃與440℃之間。
根據一或多個實施例，反應流出物在加氫處理或氫轉化反應區段之出口處及/或在線圈繞組熱交換器之入口處的溫度係在205℃與475℃之間，較佳地在245℃與455℃之間。
根據一或多個實施例，經冷卻之反應流出物在線圈繞組熱交換器之出口處的溫度係在70℃與450℃之間，較佳地在80℃與380℃之間。
根據第三態樣，藉由將線圈繞組熱交換器用於加氫處理或氫轉化方法獲得前述目的以及其他優勢，該線圈繞組交換器係由垂直腔室形成為大量疊層之單程熱交換器，在該垂直腔室中一或多束管路圍繞中央核心成螺旋形地捲繞。
根據一或多個實施例，線圈繞組熱交換器係用於：
加熱烴原料/氫物流混合物且將其直接分配於加氫處理或氫轉化反應區段；及
冷卻來自該加氫處理或氫轉化反應區段之流出物。
在閱讀僅藉助於說明及非限制性地給出之下文之說明書之後,且參考以下圖示，上文提及之裝置、方法及用途的實施例以及其他特徵及優勢將變得顯而易見。
本說明書係關於氫轉化裝置及方法，諸如用於加氫裂化重原料(例如真空殘餘物或真空製氣油)之裝置及方法的領域。本說明書亦係關於加氫處理裝置及方法，諸如用於氫化脫金屬、加氫脫氮及/或加氫脫硫殘餘物或製氣油之裝置及方法的領域。
參考圖1，用於加氫處理或氫轉化烴原料(諸如製氣油、真空餾出物、來自費舍爾-托普希單元之常壓或減壓渣油或流出物)之參考裝置包含：
- 第一區段，其用於混合烴原料(管線1)及氫物流(管線4)；
- 一或多個殼管式熱交換器E-1A/B/C/D及E-1E/F/G/H之串，其用於利用來自加氫處理或氫轉化反應區段R-1之反應流出物(管線9)預加熱由第一混合區段產生之烴原料/氫物流混合物(下文中稱為烴混合物) (管線5)；
- 反應器入口熔爐F-1，其用於加熱由殼管式熱交換器E-1之(一或多個)串產生之經預加熱的烴混合物(管線7)且將經加熱之烴混合物(管線8)分配於加氫處理或氫轉化反應區段R-1；
- 加氫處理或氫轉化反應區段R-1；
- 視情況旁路(旁路管線19)，使得烴混合物之一部分(管線5)可避過殼管式熱交換器E-1之串且實現加氫處理或氫轉化反應區段R-1之反應溫度的調節；
- 視情況高壓熱分離器B-1，其中的原料係藉由反應流出物(管線11)形成，該反應流出物在穿過殼管式熱交換器E-1之串之後冷卻，以便分配包含至少一種重餾分之第一液體流出物(管線22)及包含輕餾分之第一氣體流出物(管線14)；
- 高壓冷分離器B-2，其中的原料係由由加氫處理或氫轉化反應區段R-1產生之反應流出物之至少一部分形成且在穿過殼管式熱交換器E-1 (管線11及14)之(一或多個)串之後冷卻，以便分配包含至少一種輕餾分之第一液體流出物(管線25)及包含氫氣之第一氣體流出物(管線16)；
- 視情況第二熱交換器E-3，其用於冷卻反應流出物(或視情況源自高壓熱分離器B-1之包含輕餾分之第一氣體流出物)之至少一部分；
- 視情況第一空氣冷凝器A-1，其用於冷凝反應流出物(或視情況源自高壓熱分離器B-1及視情況進一步源自第二熱交換器E-3之包含輕餾分的第一氣體流出物)之至少一部分；
- 視情況胺洗滌柱C-2，其使得有可能消除來自由高壓冷分離器B-2產生之包含氫氣之第一氣體流出物(管線16)的H2 S (亦稱作回收氫氣)的至少一部分；
- 視情況第一壓縮區段K-1，其用於壓縮經回收及胺洗滌之氫氣(管線17)；
- 視情況第二壓縮區段K-2，其用於壓縮補充氫氣(管線2)；
- 視情況第二區段，其用於混合經回收、洗滌及壓縮之氫氣(管線18)以及經壓縮之補充氫氣(管線3)；
- 視情況中壓熱分離器B-3，其中的原料係由高壓熱分離器B-1產生之包含至少一種重餾分之第一液體流出物(管線22)，且其中的一種流出物係分配於分離塔C-1之包含至少一種重餾分之第二液體流出物(管線26)；
- 視情況第二空氣冷凝器A-2，其用於冷凝由中壓熱分離器B-3產生之包含輕餾分之第二氣體流出物(管線23)及分配經冷凝之包含輕餾分之第二氣體流出物(管線24)；
- 視情況中壓冷分離器B-4，其用於分離由高壓冷分離器B-2產生之包含至少一種輕餾分之第一液體流出物(管線25) (及視情況由中壓熱分離器B-3產生之包含輕餾分之第二氣體流出物(管線23) (及視情況第二空氣冷凝器A-2中之經冷凝(管線24)))，將包含至少一種輕餾分之第二液體流出物(管線27及28)分配於分離塔C-1，及移除包含氫氣之第二氣體流出物；
- 分離塔C-1 (例如使用經由管線32添加之流體的習知分餾塔或汽提塔)，其用於分配由高壓冷分離器B-2產生，視情況由高壓熱分離器B-1 (管線22)產生，視情況由中壓分離器B-3 (管線26)產生，視情況由中壓冷分離器B-4 (管線27)產生之以液體流出物(管線25)為起始物質之底部液體(管線39)及塔頂流出物；
- 視情況第三熱交換器E-4，其用於加熱分離塔C-1之原料(管線25，視情況管線27)及/或冷卻來自分離塔C-1之底部液體(管線39)；
- 視情況第四熱交換器(未表示)，其適用於冷卻或加熱包含至少一種重餾分之第一或第二液體流出物；
- 視情況第三空氣冷凝器A-3，其用於冷凝由分離塔C-1產生之塔頂流出物；及
- 視情況回流滾筒B-6，其用於將塔頂流出物分離成氣體塔頂餾分(例如酸氣) (管線35)及烴液體餾份(例如石腦油) (管線38)。
圖1及圖2針對相同的加氫處理或氫轉化裝置之設備具有相同編號。
參考圖2，根據本說明書之第一態樣之裝置亦包含參考裝置之元素，殼管式熱交換器E-1之(一或多個)串(圖1)除外，其經至少一個線圈繞組熱交換器S-1置換。亦重要的係，根據本說明書之裝置中不再需要用於加熱原料之參考裝置中所用之反應器入口熔爐F-1(圖1)。根據一或多個實施例，在直接進入反應區段之前，僅藉由反應流出物，較佳地藉助於單一線圈繞組熱交換器S-1加熱反應區段之原料。
具體而言，吾等已證實，包含至少一個線圈繞組熱交換器S-1作為殼管式熱交換器E-1之(一或多個)串的置換之加氫處理或氫轉化裝置以用於利用反應流出物加熱加氫處理或氫轉化反應區段R-1之原料，使得尤其有可能省掉提供用於加熱該原料之反應器入口熔爐F-1。
單一線圈繞組熱交換器S-1係由垂直腔室形成為大量疊層之單程熱交換器，在該垂直腔室中一或多束管路圍繞中央核心成螺旋形地捲繞(參見Technique de l'Ingénieur, J 3 601 V2 第4.2段)。該交換器使得有可能交換在腔室中循環之流體與在試管束中循環之至少一種流體之間的熱量。
根據一或多個實施例，使用線圈繞組熱交換器S-1，其中熱流體位於殼體側面上且冷流體位於試管側面上。
根據一或多個實施例，使用線圈繞組熱交換器S-1，其中熱流體位於試管側面上且冷流體位於殼體側面上。
在圖2之實例中，將第一混合區段安置在至少一個線圈繞組熱交換器S-1之上游。在一或多個實施例中，第一混合區段處於至少一個線圈繞組熱交換器S-1之下游。
在圖2之實例中，安置線圈繞組熱交換器(S-1)以加熱烴原料/氫物流混合物。另一方面，線圈繞組熱交換器(S-1)可經組態以加熱烴原料及視情況存在之氫物流。
亦應注意，根據本說明書之裝置可包含啟動熔爐(未表示)，其位於加氫處理或氫轉化反應區段之入口處(亦即S-1與R1之間的管線7)。另一方面，啟動熔爐僅用於啟動製程；該方法不包含穩定操作中線圈繞組熱交換器與加氫處理或氫轉化反應區段之間的加熱步驟。
根據一或多個實施例，烴原料之初沸點超過120℃。就柴油而言，起始點一般為約150℃且蒸餾範圍通常在170℃與390℃之間。就常壓渣油而言，起始點通常超過300℃，較佳地在340℃與380℃之間。就真空渣油而言，起始點通常在450℃與600℃之間，較佳地在500℃與550℃之間。減輕壓餾出物(減輕壓製氣油-LVGO)之特徵在於蒸餾範圍在300℃與430℃之間，較佳地在340℃與400℃之間。重減壓餾出物(重減壓製氣油-HVGO)之特徵在於蒸餾範圍在400℃與620℃之間，較佳地在440℃與550℃之間。可用的原料之沸點因此在廣泛範圍內。
根據一或多個實施例，烴原料含有至少10體積%、一般至少20體積%、常常至少80體積%之沸騰高於340℃之化合物。
根據一或多個實施例，烴原料之氮含量超過500重量ppm，一般在500與10 000重量ppm之間，更一般在700與4500重量ppm之間且更一般仍在800與4500重量ppm之間。
根據一或多個實施例，烴原料之硫含量在0.01重量%與5重量%之間，一般在0.2重量%與4重量%之間且更一般仍在0.5重量%與3重量%之間。
根據一或多個實施例，烴原料含有金屬。根據一或多個實施例，烴原料之組合之鎳及釩含量少於10重量ppm、較佳地小於5重量ppm且更佳仍小於2重量ppm。
根據一或多個實施例，烴原料之瀝青烯含量小於3000重量ppm、較佳地小於1000重量ppm且更佳仍小於300重量ppm。
根據一或多個實施例，視原料性質及反應類型而定，來自加氫處理或氫轉化反應區段R-1之反應流出物由以下各者組成：包含氫氣之烴餾份(一般呈混合相形式)；由裂解產生之氣體，及尤其由該反應區段之反應產生之H2 S及NH3 ，其與原料中所含有之硫及氮氣之含量成比例，視情況CO2 及其他氣體；源自二級反應之輕餾份，諸如液化石油氣(LPG)；及至少石腦油，以及視情況以下烴餾份：柴油、煤油及/或未轉化之殘渣等。
根據一或多個實施例，視原料性質及反應類型而定，包含至少一種重餾分之第一液體流出物包含來自反應區段之流出物之最重餾分的至少一部分，其包含石腦油、柴油、煤油及/或未轉化之殘渣。視原料性質及反應類型而定，包含至少一種重餾分之第一液體流出物亦可包含來自反應區段之流出物之中間餾分，視情況包含柴油、煤油及/或石腦油。
根據一或多個實施例，包含輕餾分之第一氣體流出物包含反應流出物之最輕餾分之至少一部分，其包含氫氣；由裂解產生之氣體，及尤其由反應區段之反應產生之H2 S及NH3 ，其與原料中所含有之硫及氮氣之含量成比例；視情況CO2 及其他氣體；源自二級反應之輕餾份，諸如LPG，以及至少石腦油。
根據一或多個實施例，包含至少一種輕餾分之第一液體流出物包含反應流出物之餾分，該反應流出物之餾分包含源自二級反應之輕餾份(諸如LPG)，及至少石腦油。
根據一或多個實施例，包含氫氣之第一氣體流出物包含由裂解產生之氣體，及尤其由反應區段之反應產生之H2 S，其與原料中所含有之硫含量成比例，視情況CO2 。
根據一或多個實施例，包含至少一種重餾分之第二液體流出物包含來自反應區段之流出物之最重餾分，該最重餾分視原料性質及反應類型而定包含柴油、煤油及/或未轉化之殘渣。
根據一或多個實施例，包含輕餾分之第二氣體流出物包含來自反應區段之流出物之第一中間餾分，其視原料性質及反應類型而定視情況包含柴油、煤油及/或石腦油。
根據一或多個實施例，包含至少一種輕餾分之第二液體流出物包含第一液體流出物之最重餾分，該第一液體流出物包含至少一種輕餾分。包含至少一種輕餾分之第二液體流出物亦可包含來自反應區段之流出物之第二中間餾分，其視原料性質及反應類型而定視情況包含柴油、煤油及/或石腦油。
根據一或多個實施例，包含氫氣之第二氣體流出物包含反應流出物之最輕餾分之至少一部分，該至少一部分包含氫氣，由裂解產生之氣體，及尤其由反應區段之反應產生之H2 S，其與原料中所含有之硫含量成比例，視情況CO2 及其他氣體。
根據一或多個實施例，塔頂流出物包含由裂解產生之氣體，及尤其H2 S，視情況CO2 及其他氣體、LPG、石腦油及視情況汽提流體。
根據一或多個實施例，氣態塔頂餾分包含由裂解產生之氣體，及尤其H2 S，視情況CO2 及其他氣體，LPG。
根據一或多個實施例，液體烴餾份包含石腦油。
根據一或多個實施例，底部液體包含來自反應區段之流出物之最重餾分，該最重餾分視原料性質及反應類型而定包含柴油、煤油及/或未轉化之殘渣。
在根據本說明書之裝置中，加氫處理或氫轉化反應區段R-1可包含一或多個串聯或並聯配置之反應器，例如兩個串聯配置之反應器。反應區段之各反應器包含至少一個催化劑床。催化劑可用於固定床、或膨脹床、或另外鼓泡床。就用於固定床之催化劑而言，有可能在至少一個反應器中安置若干催化劑床。各反應器可配備有冷卻構件，諸如位於兩個連續床之間的液體或氣體驟冷物流，以便控制反應器中之每個床之入口處的溫度。另一方面，加氫處理或氫轉化反應器不含加熱構件。
根據一或多個實施例，加氫處理或氫轉化反應區段R-1係加氫裂化單元之反應區段。
根據一或多個實施例，加氫處理或氫轉化反應區段R-1係用於加氫脫硫柴油或煤油或真空餾出物之單元之反應區段。
根據一或多個實施例，加氫處理或氫轉化反應區段R-1係用於加氫脫硫石腦油之單元之反應區段。
根據一或多個實施例，在單元中包括加氫處理或氫轉化反應區段R-1以用於氫轉化鼓泡床中之殘渣或餾出物或脫瀝青油。
分離塔C-1尤其用於消除由裂解產生之氣體(一般稱為酸性氣體)，及尤其由反應區段之反應產生之H2 S。此塔較佳藉助於任何汽提氣體(例如含有氫氣或蒸氣之氣體)汽提。較佳地，使用蒸氣進行該汽提。
根據第二態樣，本說明書亦係關於一種用於實施根據第一態樣之裝置的方法。
根據一或多個實施例，加氫處理或氫轉化反應區段R-1之操作條件包含以下特徵中之至少一者：
- 溫度在約200℃與約460℃之間，較佳地在約240℃與約450℃之間；
- 總壓力在約1與約20 MPa之間，諸如在2與20 MPa之間，較佳地在2.5與18 MPa之間，及極佳地在3與18 MPa之間；
- 用於各種催化步驟之液體原料之總體每小時空間速度在約0.05 h- 1 與約12 h- 1 之間，且較佳地在約0.05 h- 1 與約10 h- 1 之間；
- 所使用之氫氣的純度相對於氫氣供應(亦即回收之氫氣/補充氫氣混合物)之體積在約50體積%與100體積%之間；
- 氫氣相對於該液體烴原料之量在約50 Nm3 /m3 與約2500 Nm3 /m3 之間；及
- 烴原料中裂化原料之量相對於烴原料之重量為至少5重量%、較佳至少10%，例如在10重量%與50重量%之間。
熟習此項技術者已知之任何催化劑皆可用於根據本說明書之方法，該催化劑例如包含以下之催化劑：選自元素週期表之第VIII族(新元素週期表之第8族、第9族及第10族)之元素的至少一種元素及視情況選自元素週期表之第VIB族(新元素週期表之第6族)之元素的至少一種元素。
在下文中，根據CAS分類(CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press出版, 主編D.R. Lide, 第81版, 2000-2001)給出化學元素族。舉例而言，根據CAS分類之第VIII族對應於根據新IUPAC分類之第8列、第9列及第10列中之金屬；根據CAS分類之第VIb族對應於根據新IUPAC分類之第6列中之金屬。
為了實施根據本說明書之方法，有可能使用習知的氫轉化催化劑，其在非結晶載體上包含至少一種具有加氫-去氫化功能之金屬或金屬化合物。此催化劑可為包含來自第VIII族(例如鎳及/或鈷)之金屬之催化劑，該等金屬常常與第VIB族中之至少一種金屬(例如鉬及/或鎢)組合。舉例而言，可使用在非結晶礦物載體上的，包含相對於催化劑之總重量0.5重量%至10重量%鎳(表述為氧化鎳NiO)，及1重量%至30重量%鉬，較佳5重量%至20重量%鉬(表述為氧化鉬MoO3 )之催化劑。相對於催化劑之總重量，催化劑中第VIB族及第VIII族中之金屬氧化物之總含量一般在5重量%與40重量%之間且較佳地在7重量%與30重量%之間。第VIB族中之金屬與第VIII族中之金屬之間的重量比(根據金屬氧化物表現)一般為約20至約1，且通常為約10至約2。載體例如選自由氧化鋁、氧化矽、氧化矽-氧化鋁、氧化鎂、黏土及至少兩種此等礦物之混合物形成之群。此載體亦可含有其他化合物及例如選自三氧化二硼、氧化鋯、氧化鈦、磷酸酸酐之氧化物。
可使用之另一類型之催化劑係含有至少一種基質、至少一種Y沸石及至少一種加氫-去氫化金屬之催化劑。亦可將上文所述之基質、金屬及其他元素併入此催化劑之組合物中。有利的Y沸石描述於專利申請案WO 00/71641，以及專利EP 0 911 077、US 4,738,940及US 4,738,941中。
根據一或多個實施例，高壓冷分離器B-2在低於加氫處理或氫轉化反應區段R-1或高壓熱分離器B-1之壓力的壓力下運行，例如比加氫處理或氫轉化反應區段R-1或高壓熱分離器B-1之壓力低0.1 MPa至1.0 MPa之壓力。
考慮到可用的冷卻構件，高壓冷分離器B-2之溫度一般儘可能低。此係為了最大化所回收氫氣之純度。高壓冷分離器B-2之溫度一般在20℃與100℃之間，較佳地在35℃與70℃之間。將由高壓冷分離器B-2產生之包含至少一種輕餾分之第一液體流出物傳送至分離塔C-1，較佳汽提器類型之分離塔，較佳配備有回流滾筒B-6之分離塔。
根據一或多個實施例，將經冷卻之反應流出物傳送至在較低壓力(例如比加氫處理或氫轉化反應區段R-1之壓力低0.1 MPa至1.0 MPa之壓力)下運行之視情況選用之高壓熱分離器B-1。高壓熱分離器B-1之溫度一般在200℃與450℃之間，較佳地在250℃與380℃之間且極佳地在260℃與360℃之間。
根據一或多個實施例，將由高壓熱分離器B-1產生之包含至少一種重餾分之第一液體流出物傳送至第一閥V-1或視情況選用之渦輪機且傳送至視情況選用之中壓熱分離器B-3，選擇其壓力以便能夠向視情況選用之中壓冷分離器B-4進料由中壓熱分離器B-3產生之包含至少一種重餾分之第二液體流出物。
根據一或多個實施例，中壓熱分離器B-3處於在1.0與4.0 MPa之間，較佳地在1.5與3.5 MPa之間的壓力下運行。中壓熱分離器B-3之溫度一般在150℃與380℃之間，較佳地在200℃與360℃之間。
根據一或多個實施例，使由高壓冷分離器B-2產生之包含至少一種輕餾分之第一液體流出物在第二閥V-2或視情況選用之渦輪機中膨脹且將其傳送至視情況選用之中壓冷分離器B-4。較佳需要中壓冷分離器B-4之總壓力有效回收在該分離器B-4中分離之包含氫氣之第二氣體流出物內的氫氣。此氫氣之回收較佳在變壓吸附單元中進行。中壓冷分離器B-4之總壓力一般在1.0 MPa與4.0 MPa之間，較佳地在1.5 MPa與3.5 MPa之間。中壓冷分離器B-4之溫度一般在20℃與100℃之間，較佳地在35℃與70℃之間。
可藉由第三熱交換器E-4冷卻分離塔C-1中之底部液體(管線39)，之後經由管線40將其傳送至使得有可能分離石腦油、煤油及製氣油餾份以及殘渣之分餾區段(未表示)。
根據本說明書之方法尤其適用於以下原料：其相對於烴原料之總重量包含至少5重量%、較佳至少10重量%之裂化原料(亦即源自熱或催化裂化單元)。通常，裂化原料來源於減黏裂煉、焦化或FCC單元。根據一或多個實施例，裂化原料來源於催化裂化單元，且包含例如由FCC單元產生之LCO (輕循環油)或HCO (重循環油)。根據一或多個實施例，該等裂化原料含有烯烴且根據ASTM D2710方法所量測，其溴指數通常在4與20 mg/100 g之間，較佳地在7與20 mg/100 g之間。該方法亦適用於包含極少或不含裂化原料之原料，例如在反應區段中之反應充分放熱時，使得有可能在反應區段之出口處之流出物的溫度下操作，該溫度比反應區段之入口處之原料的溫度高至少5℃、較佳至少15℃。
根據本說明書之方法亦適用於相對於烴原料之總重量包含少於5重量%之裂化原料之原料以及不含裂化原料(例如少於1重量%)之原料。舉例而言，可實施該方法使得反應區段之入口與出口之間的溫度上升超過15℃。
根據第三態樣，本說明書亦係關於線圈繞組熱交換器S-1在根據第一態樣之裝置或根據第二態樣之方法中的用途，且尤其用於加熱烴混合物且將其直接分配於加氫處理或氫轉化反應區段R-1；及冷卻來自加氫處理或氫轉化反應區段R-1之流出物。
根據本說明書之裝置、方法及用途具有以下優勢：
- 線圈繞組熱交換器S-1及視情況在烴原料中存在裂化原料(因為裂化原料使得反應區段中之溫度升高，反應流出物在線圈繞組交換器之入口處的溫度較高)使得有可能將烴混合物加熱至足夠高之溫度以便能夠取消正常操作中加氫處理或氫轉化反應區段R-1之反應器入口熔爐F-1；
- 線圈繞組熱交換器S-1使得有可能將反應流出物冷卻至比在參考裝置中更低之溫度且因此所需之第一空氣冷凝器A-1之功率更低；
- 線圈繞組熱交換器S-1使得有可能減少安裝裝置設備所需之占地面積；
- 線圈繞組熱交換器S-1使得有可能降低反應環中之壓降且因此減少第一壓縮區段K-1中所需之功率。
實例
圖1構成參考比較且圖2描述根據本說明書之裝置及方法之實施例的實例。
烴原料係沸點在187℃與365℃之間的餾份，其與61重量%之大氣壓製氣油混合，相對於烴原料之總重量含有11重量%之重真空餾出物，以及14重量%之裂化製氣油及14重量%之煉焦器製氣油，且具有以下特徵：
在本申請案中，烴原料之比重係無因次的。
根據本說明書，如圖2中所表示，烴原料經由管線1進料。補充氫氣(較佳地相對於烴原料過量)經由管線2及第二壓縮區段K-2 (例如壓縮機)，隨後管線3進料，且與管線4中之回收氫氣混合。隨後使氫氣與烴原料(管線1)混合，之後將因此獲得之烴混合物經由管線5分配於線圈繞組熱交換器S-1。線圈繞組熱交換器S-1使得有可能藉助於反應流出物加熱烴混合物。在此實例中，線圈繞組熱交換器S-1係如專利申請案WO 2014/067223中所描述。在此熱交換之後，經由管線7將烴混合物直接輸送至加氫脫硫區段，該加氫脫硫區段由包含至少一種加氫脫硫催化劑之至少一個加氫脫硫反應器(加氫處理或氫轉化反應區段R-1之實例)形成。加氫脫硫反應所需之溫度係藉由經由管線19繞過烴混合物之一部分調節(視情況藉助於閥門V-3)。
在此實例中，加氫處理或氫轉化反應區段R-1係由具有3個催化劑床之加氫脫硫反應器構成。加氫脫硫反應器之床係由(基於Al2 O3 類型之NiMo之) Axens HR1248催化劑構成。該等床係在大約7.50 MPa及325℃與390℃之間的溫度下運行。反應區段中化學氫氣消耗相對於新鮮烴原料係1.1重量%。
隨後經由管線9將反應流出物傳送至線圈繞組熱交換器S-1，然後經由管線11到達第一空氣冷凝器A-1，之後經由管線15進入高壓冷分離器B-2，使得有可能進行氣液分離及水性液體相之傾析兩者。
由高壓冷分離器B-2產生之包含至少一種輕餾分之第一液體流出物經由管線25進料至第三熱交換器E-4且經由管線28進料至汽提器(分離塔C-1之實例)。汽提器在塔頂部處在0.69 MPa下運行。
由高壓冷分離器B-2產生之經回收之氫氣經由管線16傳送至胺洗滌柱C-2，使得有可能消除至少一部分H2 S。在藉助於第一壓縮區段K-1壓縮且與原料混合(管線1)之後，隨後將回收之氫氣經由管線17及18分配至第一混合區段，然後與烴原料一起分配至加氫處理反應器。
經由管線32向汽提器進料汽提蒸氣。在汽提器之頂部處，經由管線35回收塔頂流出物之氣體餾分(一般稱為酸氣)，且經由管線38回收終沸點通常超過100℃之石腦油型餾份。在第三熱交換器E-4中冷卻經由管線39回收之來自汽提器之底部液體，之後經由管線40傳送至視情況選用之分餾區段(未表示)，其使得有可能回收石腦油、煤油、製氣油餾份及殘渣。
表1比較：
- 使用TEMA BEU標準之三個原料/流出物殼管式熱交換器E-1A/B/C之串(圖1)且使用反應器入口熔爐F-1的參考加氫處理裝置及方法；與
- 使用單一線圈繞組熱交換器S-1(圖2)且未使用任何反應器入口熔爐F-1之根據本說明書之加氫處理裝置及方法。
利用與上文所述之例如根據本說明書之方法的原料及操作條件相同的原料及操作條件運行參考方法。
如表1中所顯示，在根據本說明書之裝置及方法中：
- 反應器入口熔爐F-1為非必需的，但其對參考裝置及方法為至關重要的；
- 第一空氣冷凝器A-1之功率相對於參考裝置及方法除以1.5；
- 反應器入口熔爐F-1及第一空氣冷凝器A-1之總功率相對於參考裝置及方法除以2；且
- 第一壓縮區段K-1之功率相對於參考裝置及方法除以1.3。
1‧‧‧管線
2‧‧‧管線
3‧‧‧管線
4‧‧‧管線
5‧‧‧管線
7‧‧‧管線
8‧‧‧管線
9‧‧‧管線
11‧‧‧管線
14‧‧‧管線
15‧‧‧管線
16‧‧‧管線
17‧‧‧管線
18‧‧‧管線
19‧‧‧旁路管線
22‧‧‧管線
23‧‧‧管線
24‧‧‧管線
25‧‧‧管線
26‧‧‧管線
27‧‧‧管線
28‧‧‧管線
32‧‧‧管線
35‧‧‧管線
38‧‧‧管線
39‧‧‧管線
40‧‧‧管線
A-1‧‧‧第一空氣冷凝器
A-2‧‧‧第二空氣冷凝器
A-3‧‧‧第三空氣冷凝器
B-1‧‧‧ 高壓熱分離器
B-2‧‧‧ 高壓冷分離器
B-3‧‧‧中壓熱分離器
B-4‧‧‧中壓冷分離器
B-6‧‧‧回流滾筒
C-1‧‧‧分離塔
C-2‧‧‧胺洗滌柱
E-1A/B/C‧‧‧殼管式熱交換器
E-3‧‧‧第二熱交換器
E-4‧‧‧第三熱交換器
F-1‧‧‧反應器入口熔爐
K-1‧‧‧第一壓縮區段
K-2‧‧‧第二壓縮區段
R-1‧‧‧加氫處理或氫轉化反應區段
S-1‧‧‧單一線圈繞組熱交換器
V-1‧‧‧第一閥/液體渦輪機
V-2‧‧‧第二閥
V-3‧‧‧閥門
圖1描繪參考裝置之佈局，其中反應區段之原料經殼管式熱交換器串中之反應流出物預加熱，隨後在熔爐中加熱，之後進入反應區段。
圖2描繪根據本說明書之裝置之佈局，其中反應區段之原料由線圈繞組熱交換器S-1中之反應流出物加熱，之後直接進入反應區段。

Claims (15)

  1. 一種用於氫轉化或加氫處理烴原料之裝置， 其包含： 至少一個線圈繞組熱交換器(S-1)，該線圈繞組交換器係由垂直腔室形成為大量疊層之單程熱交換器，在該垂直腔室中一或多束管路圍繞中央核心成螺旋形地捲繞，適用於： 加熱該烴原料及視情況存在之氫物流或烴原料/氫物流混合物且將其直接分配於加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)，及 冷卻來自該加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)之反應流出物； 第一混合區段，其適用於使該烴原料與該氫物流混合，該第一混合區段處於該至少一個線圈繞組熱交換器(S-1)之上游或下游； 該加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)，其適用於加氫處理或氫轉化該烴原料； 高壓冷分離器(B-2)，其適用於將該經冷卻之反應流出物之至少一部分分離成包含至少一種輕餾分之第一液體流出物及包含氫氣之第一氣體流出物；及 分離塔(C-1)，其適用於將該包含至少一種輕餾分之第一液體流出物分離成底部液體及塔頂流出物。
  2. 如請求項1之氫轉化或加氫處理裝置，其包含單一線圈繞組熱交換器(S-1)。
  3. 如請求項1或請求項2之氫轉化或加氫處理裝置，其進一步包含旁路(19)，該旁路適用於將來自該線圈繞組熱交換器(S-1)之入口之該烴原料的一部分或該烴原料/氫物流混合物的一部分直接分配於該線圈繞組熱交換器(S-1)之出口。
  4. 如前述請求項中任一項之氫轉化或加氫處理裝置，其進一步包含高壓熱分離器(B-1)，適用於將該經冷卻之反應流出物分離成包含至少一種重餾分之第一液體流出物及分配於該高壓冷分離器(B-2)之包含輕餾分之第一氣體流出物。
  5. 如請求項4之氫轉化或加氫處理裝置，其進一步包含中等壓力熱分離器(B-3)，適用於將該包含至少一種重餾分之第一液體流出物分離成分配於該分離塔(C-1)之包含至少一種重餾分之第二液體流出物，及包含輕餾分之第二氣體流出物。
  6. 如前述請求項中任一項之氫轉化或加氫處理裝置，其進一步包含中壓冷分離器(B-4)，適用於將該包含至少一種輕餾分之第一液體流出物分離成分配於該分離塔(C-1)之包含至少一種輕餾分之第二液體流出物，及包含氫氣之第二氣體流出物。
  7. 如請求項6之氫轉化或加氫處理裝置，其係請求項5之附屬項，其中該中壓冷分離器(B-4)適用於分離該包含輕餾分之第二氣體流出物。
  8. 一種用於氫轉化或加氫處理烴原料之方法，其包含以下步驟： 藉助於至少一個線圈繞組熱交換器(S-1)加熱該烴原料及視情況存在之氫物流或烴原料/氫物流混合物且將其直接分配於加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)； 在第一混合區段中混合該烴原料與該氫物流，該混合發生在該加熱步驟之前或之後； 藉助於該至少一個線圈繞組熱交換器(S-1)冷卻來自該加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)之反應流出物，該線圈繞組交換器係由垂直腔室形成為大量疊層之單程熱交換器，在該垂直腔室中一或多束管路圍繞中央核心成螺旋形地捲繞； 在包含至少一個反應器之該加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)中加氫處理或氫轉化該烴原料，該反應器包含至少一種催化劑，該催化劑包含至少一種選自元素週期表之第VIII族中之元素的元素； 在高壓冷分離器(B-2)中分離該經冷卻之反應流出物之至少一部分以便分配包含至少一種輕餾分之第一液體流出物及包含氫氣之第一氣體流出物；及 在分離塔(C-1)中分離該包含至少一種輕餾分之第一液體流出物以便分配底部液體及塔頂流出物。
  9. 如請求項8之氫轉化或加氫處理方法，其中利用以下操作條件中之至少一者進行該烴原料之該加氫處理或氫轉化： 溫度在約200℃與約460℃之間； 總壓力在約1 MPa與約20 MPa之間； 液體原料之總體每小時空間速度在約0.05 h- 1 與約12 h- 1 之間； 該氫物流包含相對於該氫物流之體積在約50體積%與約100體積%之間的氫氣； 氫氣相對於該液體烴原料之量在約50 Nm3 /m3 與約2500 Nm3 /m3 之間。
  10. 如請求項8或請求項9之氫轉化或加氫處理方法，其中該烴原料包含超過120℃之初沸點。
  11. 如請求項8至10中任一項之氫轉化或加氫處理方法，其中： 相對於該烴原料之重量，該烴原料包含至少5重量%之裂化原料；或 相對於該烴原料之重量，該烴原料包含少於5重量%之裂化原料，且其中在該加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)之入口與出口之間實施超過15℃之溫度上升。
  12. 如請求項8至11中任一項之氫轉化或加氫處理方法，其中該高壓冷分離器(B-2)係在低於該加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)之壓力之壓力下運行。
  13. 如請求項8至12中任一項之氫轉化或加氫處理方法，其中該高壓冷分離器(B-2)之溫度在20℃與100℃之間。
  14. 一種線圈繞組熱交換器(S-1)在用於氫轉化或加氫處理烴原料之方法中的用途，該線圈繞組交換器係由垂直腔室形成為大量疊層之單程熱交換器，在該垂直腔室中一或多束管路圍繞中央核心成螺旋形地捲繞。
  15. 如請求項14之用途，其中該線圈繞組熱交換器(S-1)係用於： 加熱烴原料/氫物流混合物且將其直接分配於加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)；及 冷卻來自該加氫處理或氫轉化反應區段(R-1)之流出物。
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