一種加氫工藝的控溫方法及其設(shè)計方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多重優(yōu)化的漿態(tài)床加氫設(shè)備控溫方法及其設(shè)計方法和用途，所述加氫設(shè)備包括漿態(tài)床加氫反應(yīng)器和分離系統(tǒng)，屬于石油化工和煤化工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著原油開采量的不斷增加和常規(guī)原油儲量的不斷減少，原油劣質(zhì)化趨勢越來越嚴(yán)重，原油直接蒸餾得到的中間餾分油及焦化、催化裂化等二次加工得到的中間餾分中的S、N含量也相應(yīng)增加。但市場對輕質(zhì)油的需求不斷增加，人們的環(huán)保意識也不斷增強(qiáng)，環(huán)保法律法規(guī)對發(fā)動機(jī)尾氣排放要求更加嚴(yán)格，各種燃油標(biāo)準(zhǔn)要求S、N的含量也更加苛亥Ij。因此，如何將含硫、氮等雜質(zhì)較高的中間餾分加工成滿足環(huán)保要求的產(chǎn)品是各煉廠所面臨的重要問題。在此現(xiàn)實環(huán)境下，重油加氫、煤直接液化和油煤混煉技術(shù)受到重視，這些技術(shù)采用漿態(tài)床加氫反應(yīng)器對重質(zhì)烴原料在催化劑作用下進(jìn)行加氫裂化，采用分離系統(tǒng)將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行逐級分離得到輕油產(chǎn)物。
[0003]加氫裂化反應(yīng)工藝的實質(zhì)是高溫、高壓、臨氫、強(qiáng)放熱催化加氫過程，若操作不當(dāng)很容易發(fā)生飛溫，飛溫是指反應(yīng)器處在非穩(wěn)定的操作狀態(tài)下，當(dāng)操作參數(shù)有小的擾動，反應(yīng)器的局部地方或整個反應(yīng)器中的溫度急劇升高失去控制。若反應(yīng)器溫度一旦系統(tǒng)超過8600C，輕則造成催化劑燒結(jié)失活或者反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件損壞，重則導(dǎo)致反應(yīng)器壁損壞，甚至發(fā)生著火爆炸的惡性事故。而分離器內(nèi)的溫度一旦升高，則會發(fā)生大量的縮聚反應(yīng)，造成嚴(yán)重的結(jié)焦和堵塞，影響分離效果，甚至造成整個裝置的停工。因此，如何在保證或必要時犧牲加氫轉(zhuǎn)化率的情況下，嚴(yán)格控制加氫設(shè)備的溫度，使整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)是工程設(shè)計和操作的重要任務(wù)，這不僅關(guān)系到反應(yīng)器和分離系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和分離效果，更關(guān)系到整個裝置乃至全廠的安全和穩(wěn)定運行。
[0004]關(guān)于反應(yīng)器控溫方法，目前有些文獻(xiàn)和專利提到將冷卻劑全部直接加到反應(yīng)器中以降低反應(yīng)器溫度。但是直接向反應(yīng)器中添加冷卻劑會破壞反應(yīng)平衡，造成反應(yīng)器中不同部位的反應(yīng)進(jìn)度、密度不一，進(jìn)而形成漩渦流，不利于反應(yīng)的進(jìn)行，且如果冷卻劑選用不當(dāng)會發(fā)生副反應(yīng)，一方面產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，可能會腐蝕整個系統(tǒng)，另一方面會使反應(yīng)系統(tǒng)的操作參數(shù)發(fā)生變化，不利于控制系統(tǒng)穩(wěn)定。
[0005]關(guān)于分離系統(tǒng)控溫方法，目前的做法大多是設(shè)置單級或兩級分離器，分離器只起到閃蒸作用，物料只在進(jìn)入分離器前通過換熱器和空冷進(jìn)行降溫，這樣做的好處是操作方便，分離器上少開口，減少了泄露的可能性。但是這樣做帶來的后果是一旦分離器內(nèi)的溫度升高，無法及時地向上游控溫系統(tǒng)做出反映，造成分離器內(nèi)發(fā)生大量的縮聚反應(yīng)，造成嚴(yán)重的結(jié)焦和堵塞，給整個裝置的停工，甚至是全廠性的停工，帶來極大的損失。
[0006]對于在重油加氫、煤直接液化和油煤混煉技術(shù)中的漿態(tài)床反應(yīng)器，由于重質(zhì)烴原料中的S、N含量高，需要二級以上串聯(lián)的反應(yīng)器才能將重質(zhì)烴原料充分加氫；對于分離系統(tǒng)，由于反應(yīng)器出口物料組份復(fù)雜，簡單通過一臺高溫高壓分離器無法將氣液相完全分離，需要兩臺以上分離器的有機(jī)組合，高溫高壓分離器直接連接反應(yīng)器出口，而后逐級降溫和降壓逐一分離出不同組分氣液產(chǎn)物，達(dá)到理想分離效果。
[0007]因此，針對漿態(tài)床反應(yīng)設(shè)備中的漿態(tài)床反應(yīng)器以及分離系統(tǒng)，本發(fā)明提出了有效控溫方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種多重優(yōu)化的漿態(tài)床加氫設(shè)備控溫方法，在各級反應(yīng)器之間的管道中打入冷卻介質(zhì)，使得冷卻劑與反應(yīng)物料在管道中充分混合，形成均勻介質(zhì)后進(jìn)入下一級反應(yīng)器，從而降低反應(yīng)器內(nèi)溫度。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0010]—種多重優(yōu)化的加氫設(shè)備控溫方法，向某級或多級反應(yīng)器入口前的管道注入冷卻劑，所述冷卻劑通過至少一根冷卻管路輸送且流量可控。
[0011]所述方法還包括向某級或多級分離器上和/或某級或多級分離器入口前的管道中注入冷卻劑。
[0012]所述冷卻劑包括冷氫或冷油或二者的混合物，所述冷氫為循環(huán)氫，純度為85vol%以上，溫度為30-250°C;所述冷油為所述漿態(tài)床反應(yīng)器中產(chǎn)生的循環(huán)重油，溫度為50-450V。
[0013]所述冷卻管路為I?8根，每根管路上設(shè)置有溫度自控閥和/或手閥以及溫度傳感器。
[0014]所述反應(yīng)器級數(shù)為2-3級，所述分離器級數(shù)為2-6級。
[0015]當(dāng)所述反應(yīng)器級數(shù)為三級，所述分離器級數(shù)為六級時，一級反應(yīng)器入口前的溫度控制在350-465°C，一、二級反應(yīng)器間溫度控制在380-480°C，二、三級反應(yīng)器間溫度控制在360-480°C，高溫高壓離器操作溫度控制在300-470°C，操作壓力為17_22MPa，反應(yīng)器出口物料分離的停留時間為0.5-60分鐘，后續(xù)分離器操作溫度和操作壓力均不超過高溫高壓分離器的操作溫度和壓力，停留時間為0.5-60分鐘。
[0016]優(yōu)選的，反應(yīng)氫氣分為兩路加熱，一路在氫氣加熱爐中加熱，一路與原料混合后在原料加熱爐中加熱;然后所述氫氣加熱爐出口的氫氣一路與所述反應(yīng)氫氣與原料的混合物料混合后進(jìn)入所述一級反應(yīng)器，一路與所述一級反應(yīng)器出口的物流混合后進(jìn)入所述二級反應(yīng)器，一路與所述二級反應(yīng)器出口的物流混合后進(jìn)入所述三級反應(yīng)器，一路進(jìn)入所述高溫高壓分離器。
[0017]—種優(yōu)化控溫的漿態(tài)床加氫設(shè)備，在某級或多級的反應(yīng)器和分離器入口前的管道和/或分離器上連通至少一根冷卻管路，所述冷卻管路中的冷卻劑為冷氫或冷油或二者的混合物，所述冷卻劑的量可控。
[0018]上述的一種多重優(yōu)化的漿態(tài)床加氫設(shè)備控溫方法的用途，用于重油加氫工藝、煤直接液化工藝和油煤混煉工藝中的反應(yīng)器和分離器，所述重油包括重質(zhì)原油、渣油、催化油漿、脫油瀝青、煤焦油的一種或者多種組合，所述煤包括褐煤、煙煤、不粘煤中的一種或者多種組合，所述油煤混煉工藝中油與煤的比例范圍為97:3-30:70。
[0019]—種多重優(yōu)化的漿態(tài)床加氫設(shè)備控溫設(shè)計方法，向加氫設(shè)備中注入冷卻劑以控制溫度，注入位置分別位于某級或多級反應(yīng)器入口前的管道、某級或多級分離器入口前的管道中和/或某級或多級分離器上，所述冷卻劑通過至少一根冷卻管路輸送且流量可控。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0021]本發(fā)明的一種多重優(yōu)化的漿態(tài)床加氫設(shè)備控溫方法，為了控制反應(yīng)器溫度且維持反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)狀態(tài)穩(wěn)定，在反應(yīng)器入口之間的管道處注入冷卻劑，這樣冷卻劑與上一級反應(yīng)器的出口物料在管道中充分混和后進(jìn)入下一級反應(yīng)器，由于反應(yīng)物料的溫度得到降低，從而控制下一級反應(yīng)器的溫度在合理范圍內(nèi)，保證反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)體系和密度均一，避免形成漩渦流。本發(fā)明的控溫方法根據(jù)實際需要，當(dāng)某級反應(yīng)器或多級反應(yīng)器的溫度升高時，則向相應(yīng)的反應(yīng)器入口前的管道中通入冷卻劑，每個注入位置設(shè)計多根冷卻管路，每根管路的流量可調(diào)節(jié)，根據(jù)目標(biāo)溫度與反應(yīng)器溫度的差異，調(diào)節(jié)流量以控制反應(yīng)器處于安全溫度范圍內(nèi)。因此本發(fā)明的控溫方法操作簡便，工程實施上容易實現(xiàn)，防止分離器飛溫和漩渦流的形成，極大地提高了加氫設(shè)備的運行穩(wěn)定性。
[0022]本發(fā)明的控溫方法還包括向漿態(tài)床分離系統(tǒng)中通入冷卻劑，控制分離器的溫度，以將分離器內(nèi)的縮聚反應(yīng)降到最少，結(jié)焦的可能性降到最小，提高液、固分離效率，從而提高液體收率和循環(huán)氫純度。
[0023]循環(huán)氫或循環(huán)重油為重油加氫的中間產(chǎn)物，易于得到、成本低，同時也是加氫反應(yīng)的反應(yīng)物，不會在反應(yīng)器中生成副產(chǎn)物，與原來反應(yīng)體系內(nèi)的反應(yīng)物一樣，可能發(fā)生的反應(yīng)也一致，不會改變原來反應(yīng)體系的操作參數(shù)，使整個加氫體系的穩(wěn)定容易控制。
[0024]每根冷卻管路上設(shè)置溫度控制閥或手閥以及溫度傳感器，提高溫控的可操作性、安全性，且便于自動化控制。
[0025]漿態(tài)床加氫系統(tǒng)包括2-3級反應(yīng)器和2-6級分離器，以實現(xiàn)充分的加氫和分離得到更多的液態(tài)油。本方法特別適用于反應(yīng)器級間，可充分合理地利用了上一級反應(yīng)物的反應(yīng)熱，實現(xiàn)熱量的高效利用，同時保證下一級反應(yīng)器穩(wěn)定。由于分離器內(nèi)幾乎不發(fā)生反應(yīng)，較穩(wěn)定，因此本方法可直接應(yīng)用于分離器上，快速實現(xiàn)降溫效果。
[0026]對于一級反應(yīng)器的溫度控制，可通過注入冷卻劑控溫，也可通過設(shè)置兩路氫氣分別加熱再混合的方式控溫。一方面，一路氫氣單獨加熱至較高溫度后與原料加熱爐出口的較低溫度的混合物料混合，通過控制混合比例從而調(diào)節(jié)一級反應(yīng)器入口的溫度；另一方面，較高溫度的氫氣分別向二級或三級反應(yīng)器入口、高溫高壓分離器入口通入，以增加二級或三級反應(yīng)器、分離器內(nèi)的氫分壓，從而解決了多級反應(yīng)器因氫分壓不夠而反應(yīng)不充分的問題以及分離器因溫度高、氫分壓低而導(dǎo)致瀝青烯發(fā)生縮聚反應(yīng)的問題。
[0027]本方法特別適用于固體含量較多、采用現(xiàn)有控溫方法無法實現(xiàn)溫度均一控制的重油加氫工藝、煤直接液化工藝和油煤混煉工藝中的漿態(tài)床反應(yīng)器以及分離系統(tǒng)。由于漿態(tài)床反應(yīng)器內(nèi)加氫裂化反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，且對反應(yīng)溫度有嚴(yán)格的要求，因此在設(shè)計反應(yīng)器時需要對不同工況下的反應(yīng)進(jìn)度、放熱量和溫升做出準(zhǔn)確計算，通過控制反應(yīng)器的入口溫度來穩(wěn)定反應(yīng)器的操作溫度。另外，漿態(tài)床分離系統(tǒng)直接連接反應(yīng)器出口，溫度較高，容易發(fā)生副反應(yīng)，影響分離效果。因此，本方法充分考慮了漿態(tài)床反應(yīng)器和分離器的反應(yīng)特點，對漿態(tài)床反應(yīng)器及分離器內(nèi)的溫度進(jìn)行高