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CN106701160A - 沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法 - Google Patents

沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，属于石油化工和煤化工技术领域。本发明所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，包括以下步骤：(1)将劣质重油脱除固体残渣和脱水；(2)经步骤(1)处理后的劣质重油同氢气混合，送到沸腾床加氢反应器；(3)将步骤(2)得到的反应产物送至热高压分离器进行闪蒸，得到热高分气和热高分油；(4)将步骤(3)中得到的热高分气和一部分热高分油送到下游处理设施，另外一部分热高分油通过循环泵升压，送至第一台沸腾床反应器的底部。本发明降低了装置的投资，简化了反应器的内件设计，降低了反应器的安装高度，避免了循环泵容易气蚀的工程问题。

Description

沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法
技术领域
本发明涉及一种沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，属于石油化工和煤化工技术领域。
背景技术
世界原油质量的总体变化趋势是：低硫、轻质等优质原油接续资源量正在衰减，而重质、劣质原油供应量正在增加。在未来，加工劣质原油既是炼化企业保证原料供应的无奈选择，也是降本增效、实现可持续发展的必由之路。而现有的四种重油加工工艺(延迟焦化、减黏裂化、重油催化裂化和重油加氢)中，只有重油加氢工艺既可处理高硫、高残碳、高金属含量渣油，也能提高液收和液体产品质量，还能方便地与其他工艺进行组合，产生显著的综合效益。
目前绝大多数重油加氢装置都采用固定床加氢工艺。虽然固定床加氢工艺技术成熟、精制深度高、脱硫率高、工艺和设备结构简单易操作，但在处理高金属、高沥青质和高胶质原料时，存在催化剂失活快、易结焦、床层压力降增长快、装置运行周期短、原料适应范围窄等弊端。
沸腾床加氢工艺则不然，其最大优势是原料适应性广，既可加氢处理各种重质原油的渣油，也能处理最劣质的原油、煤焦油、煤柴油、蒽油、洗油、页岩油、甚至油砂沥青等。且渣油转化率高、轻油收率高，催化剂能够在线置换，整个装置连续运转周期超过2年，从而能最大限度地降低企业运营成本，提升经济效益。
采用沸腾床工艺后，为了实现反应器中催化剂的“沸腾”状态，需要增加反应器入口的油品流量，将催化剂有效的“浮动”起来。这样一来，需要设置循环泵。循环泵的设置通常设置在反应器的底部，可以采用反应器器内循环或反应器器外循环。设置多台反应器时，需要设置多台循环泵，循环泵的数量通常和反应器的数量相同。
CN 102120934 A公布了一种液相循环加氢方法，该发明为一种循环液相加氢方法，所述的加氢反应产物经过换热器冷却或者直接进入热高压分离罐；所述的热高压分离罐分离出的液相物流的一部分直接、或者再经过热低压分离罐进一步分离，做为循环油返回每个加氢反应器入口和/或入多床层加氢反应器的床层间；所述的每个加氢反应器入口和/或入多床层加氢反应器的床层间设置或者不设置循环油冷却器；所述的热高压分离罐分离的气相物流经冷却和分液后，作为反应生成气送出或者经压缩后再返回氢气原料系统。本发明方法减小了现有加氢方法高压气路系统设备、管道的尺寸和降低了装置能量消耗，同时也起到了节省装置建设投资的目的。但是对于高氢耗的劣质重油，上述方法无法实现有效的加氢，因为仅仅依靠循环油溶解氢气提供氢气的量是有限的，该发明更适合于汽油，煤油和柴油的加氢精制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其降低了装置的投资，简化了反应器的内件设计，降低了反应器的安装高度，避免了循环泵容易气蚀的工程问题。
本发明所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，包括以下步骤：
(1)将劣质重油脱除固体残渣和脱水；
(2)经步骤(1)处理后的劣质重油同氢气混合，送到沸腾床加氢反应器；
(3)将步骤(2)得到的反应产物送至热高压分离器进行闪蒸，得到热高分气和热高分油；
(4)将步骤(3)中得到的热高分气和一部分热高分油送到下游处理设施，另外一部分热高分油通过循环泵升压，送至第一台沸腾床反应器的底部。
步骤(1)中的劣质重油包括劣质原油，煤焦油、蒽油、洗油、常压渣油、减压渣油、页岩油，油砂沥青等。这些油品可以单独加工，也可以混合加工。重油中或多或少含有一定的机械杂质，机械杂质的颗粒直径为1-1000μm不等，大于25μm部分固体颗粒容易吸附在加氢催化剂表面，降低催化剂活性，导致催化剂失活，所以先将劣质重油的固体杂质脱除到直径为1μm-100μm，再进行脱水处理。
步骤(1)中，将劣质重油脱除固体残渣和脱水时，将劣质重油中大于25-100μm的固体脱除，优选将大于25μm的固体脱除；水脱除到小于200-800ppmwt，优选将水脱除到小于300ppmwt。
步骤(1)的主要作用是脱除水分和机械杂质。脱除固体残渣为过滤或者离心分离，脱水为聚结脱水、加热闪蒸脱水或加热分馏脱水；若劣质重油的密度小于0.95g/cm3，采用电脱盐方法脱除部分盐类金属。
步骤(2)中，沸腾床反应器进行加氢反应时催化剂为流动状态，通过循环泵实现催化剂流动。不同于固定床反应器；由于固定床加氢的反应温升较大，使得反应本身容易飞温，操控性差，本发明采用沸腾床反应器加氢，控制好沸腾床反应器入口温度，反应器内氢油物料在循环油的搅动下，反应体系是恒温体系，内部催化剂没有局部热点，反应放热稳定和均匀，催化剂整体活性稳定，催化剂失活速率均匀。同时沸腾床反应器不用打冷氢来降温，大大降低了循环氢压缩机的排量和负荷。
沸腾床反应器具有以下优点：
(1)通过循环油的升压，提高反应器内油品的湍动，使得反应温度均匀；
(2)反应器顶部设计固液分离升气管，便于被携带上去的催化剂和油品有效分离；
(3)反应器底部有循环油入口分布器和混氢油入口分布器；底部设置分配盘。
(4)反应器底部设有催化剂添加和卸出管线，用于催化剂在线添加和卸出，催化剂卸出和添加使用一根管线。
步骤(2)中，沸腾床反应器为一台或多台串联，当原料的金属含量小于30-80ppm时，选用一台沸腾床反应器；当原料的金属含量大于50-200ppm时，选用多台串联；前面的沸腾床反应器主要功能为脱金属，后面的沸腾床反应器主要功能为加氢精制。沸腾床反应器之间设置或不设置换热器，即反应器之间可以取热，也可以用外部热源加热，以达到下一个反应器的进料温度要求为准。
步骤(2)中，沸腾床反应器多台串联时，每台沸腾床反应器设置在线添加和卸出催化剂管线，添加和卸出催化剂管线合用一根管线；催化剂通过压差法卸出或添加。
步骤(2)中所述的沸腾床反应器进行加氢反应时，催化剂采用在线卸出和添加。催化剂添加和卸出是在催化剂添加/卸出罐和反应器之间进行。当添加催化剂时，建立催化剂添加/卸出罐同反应器之间压力差在0-2.0MPa，利用油品携带和压力差将催化剂添加到反应器中。当催化剂卸出时，建立催化剂添加/卸出罐同反应器之间压力差在-2.0-0MPa，利用油品携带和压力差将反应器中的催化剂卸出到催化剂添加/卸出罐。催化剂卸出和添加为间歇进行，卸出和添加的辅助介质是氢气、油品和氮气。沸腾床加氢工艺处理的是劣质重油，在高温下会生成部分焦炭吸附在催化剂表面。通过沸腾床加氢工艺，可以在线卸出部分失活催化剂，同时添加部分新鲜或再生好的催化剂来提高反应器内的催化剂的平均活性。催化剂卸出和添加使用一根管线。
步骤(2)中，沸腾床反应器反应条件为：反应温度150℃～500℃，反应压力6MPa～20MPa，氢油体积比100:1～2000:1、液时体积空速0.2～2h-1。优选反应条件如下：反应温度350～440℃、压力13.0～17.0MPa、氢油体积比400:1～900:1和液时体积空速0.5～1.5h-1。
步骤(2)沸腾床加氢的催化剂的活性组分优选为Ni、Co或Mo金属，但是由于其在反应器中流动的特点，同普通催化剂不同，要求硬度在15N/mm2以上，防止催化剂形成粉末。
步骤(3)中，热高压分离器直接和最后一台沸腾床反应器相连，最后一台沸腾床反应器的反应产物出来直接进入热高压分离器进行闪蒸分离，得到热高分气和热高分油。
步骤(4)中，循环泵的操作条件为：操作温度150℃～500℃，泵扬程10～200m，流量与沸腾床新鲜进料的比例为0.1：1～10：1。循环泵的优选操作条件为：操作温度350℃～450℃，泵扬程20～120m，流量与沸腾床新鲜进料的比例为1：1～6：1。
步骤(4)中，循环泵将部分热高分油循环到第一台沸腾床反应器的底部；下游的沸腾床反应器没有设置循环油设施。循环油的目的是强化沸腾床催化剂的返混，同时使得沸腾床反应器反应温度均匀。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)降低了装置的投资：将循环泵设置在热高压分离器的底部，并且仅设置一台，通过将热高分油循环到第一台反应器底部，使得下游的反应器不再需要设置循环泵；
(2)通过热高分油的循环，简化了反应器的内件设计，反应器内不用设置循环中心管；
(3)降低了反应器的安装高度：循环泵若设置在反应器的底部，反应器底部循环泵为解决入口液体不夹带气体，需要提高反应器的安装高度，提高循环泵入口的允许气蚀余量，同时给予循环泵入口液体足够的停留时间，让循环泵入口液体夹带的气体有效地解吸出来；现在循环泵安装在热高压分离器的底部，所以反应器的安装高度可以降低下来；
(4)避免了循环泵的气蚀：若循环泵设置在反应器底部，需要通过提高反应器的安装高度，提高循环中心管的液体停留时间，将循环泵的吸入液体中的气体有效地进行分离；若循环泵设置在热高压分离器的底部，热高压分离器实现汽液闪蒸分离，热高分气和热高分液体实现有效分离，大大降低了热高分油夹带气体的可能性，有效避免了循环泵的气蚀问题。
附图说明
图1是本发明所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。
实施例1
(1)神木县褐煤的中低温煤焦油，性质见表1，送进离心机，离心脱渣和分馏脱水，将煤焦油中的固体脱除到颗粒直径小于40um；将煤焦油中的水脱除到300ppmwt；
(2)将步骤(1)处理得到的重油和氢气混合进入沸腾床反应器进行加氢反应，沸腾床反应器进行加氢反应时催化剂为流动状态；沸腾床反应温度388℃，反应压力15.5MPa，氢油体积比500:1和液时体积空速1.0h-1；设置一台沸腾床反应器；
(3)将步骤(2)得到的反应产物直接送到热高压分离器，通过热高压分离器闪蒸得到热高分气和热高分油；
(4)将步骤(3)得到的热高分油，一部分通过循环泵，循环到沸腾床反应器的底部，该部分循环油，使得反应器的催化剂“流动”起来，同时使得反应器内反应温度均匀；另外一部分热高分油和热高分气送到下游处理设施进一步处理；
(5)步骤(4)中循环泵的操作条件为：操作温度388℃，泵扬程70m，流量与沸腾床新鲜进料的比例为4：1。
表1神木县褐煤的中低温煤焦油的主要性质
实施例2
(1)新疆吉木萨尔县所产页岩油，性质见表2，送进电脱盐，将页岩油中的盐类金属脱到小于10ppmwt；然后通过常压塔，将水脱除到水含量小于300ppmwt；
(2)将步骤(1)处理得到的重油和氢气混合进入沸腾床反应器进行加氢反应，沸腾床反应器进行加氢反应时催化剂为流动状态；沸腾床反应温度400℃，反应压力15.5MPa，氢油体积比700:1和液时体积空速0.8h-1；由于油品中金属含量较高，沸腾床反应器设置两台串联；
(3)将步骤(2)得到的反应产物直接送到热高压分离器，通过热高压分离器闪蒸得到热高分气和热高分油；
(4)将步骤(3)得到的热高分油，一部分通过循环泵，循环到第一台沸腾床反应器的底部，该部分循环油使得两台反应器的催化剂“浮动”起来，同时使得两台反应器内反应温度均匀；另外一部分热高分油和热高分气送到下游处理设施进一步处理；
(5)步骤(4)中循环泵的操作条件为：操作温度400℃，泵扬程100m，流量与沸腾床新鲜进料的比例为5：1。
表2吉木萨尔县页岩油的主要性质

Claims (10)

1.一种沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将劣质重油脱除固体残渣和脱水；
(2)经步骤(1)处理后的劣质重油同氢气混合，送到沸腾床加氢反应器；
(3)将步骤(2)得到的反应产物送至热高压分离器进行闪蒸，得到热高分气和热高分油；
(4)将步骤(3)中得到的热高分气和一部分热高分油送到下游处理设施，另外一部分热高分油通过循环泵升压，送至第一台沸腾床反应器的底部。
2.根据权利要求1所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于：步骤(1)中，将劣质重油脱除固体残渣和脱水时，将劣质重油中大于25-100μm的固体脱除，水脱除到小于200-800ppmwt。
3.根据权利要求1或2所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于：步骤(1)中，脱除固体残渣为过滤或者离心分离，脱水为聚结脱水、加热闪蒸脱水或加热分馏脱水；若劣质重油的密度小于0.95g/cm3，采用电脱盐方法脱除部分盐类金属。
4.根据权利要求1所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于：步骤(2)中，沸腾床反应器进行加氢反应时催化剂为流动状态，通过循环泵实现催化剂流动。
5.根据权利要求1所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于：步骤(2)中，沸腾床反应器为一台或多台串联，当原料的金属含量小于30-80ppm时，选用一台沸腾床反应器；当原料的金属含量大于50-200ppm时，选用多台串联；沸腾床反应器之间设置或不设置换热器。
6.根据权利要求1或5所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于：步骤(2)中，沸腾床反应器多台串联时，每台沸腾床反应器设置在线添加和卸出催化剂管线，添加和卸出催化剂管线合用一根管线；催化剂通过压差法卸出或添加。
7.根据权利要求1所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于：步骤(2)中，沸腾床反应器反应条件为：反应温度150℃～500℃，反应压力6MPa～20MPa，氢油体积比100:1～2000:1、液时体积空速0.2～2h-1。
8.根据权利要求1所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于：步骤(3)中，热高压分离器直接和最后一台沸腾床反应器相连，最后一台沸腾床反应器的反应产物出来直接进入热高压分离器进行闪蒸分离，得到热高分气和热高分油。
9.根据权利要求1所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于：步骤(4)中，循环泵的操作条件为：操作温度150℃～500℃，泵扬程10～200m，流量与沸腾床新鲜进料的比例为0.1：1～10：1。
10.根据权利要求1所述的沸腾床加氢装置中循环泵的设置方法，其特征在于：步骤(4)中，循环泵将部分热高分油循环到第一台沸腾床反应器的底部；下游的沸腾床反应器没有设置循环油设施。
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