專利名稱：一種加氫進料的加熱方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加氫進料油氣加熱方法及其裝置。
背景技術：
加氫裝置反應器進料加熱爐，一般簡稱加氫爐。按操作壓力分類，加氫爐可分為高壓加氫爐和中、低壓加氫爐兩大類。操作壓力在10. OMpa以上的一般叫做高壓加氫爐，如減壓渣油加氫(VRDS)爐、常壓重油加氫(ARDS)爐、加氫裂化爐、潤滑油異構化加氫脫蠟爐、潤滑油加氫處理爐、潤滑油加氫降凝爐等。操作壓力在10. OMpa以下的一般叫做中、低壓加氫 爐，如石腦油預加氫爐、柴油臨氫降凝爐、煤油或柴油加氫精制爐和潤滑油加氫精制爐等。對于一些中、低壓加氫爐，當采用爐后混氫工藝時，其爐管材質一般選用價格不高的鉻-鑰鋼或碳鋼，大都選用對流-輻射型圓筒爐。部分中、低壓加氫爐和大多數高壓加氫爐采用爐前混氫，加熱爐盤管均處在高溫、高壓和臨氫狀態下直接見火操作，其盤管的工藝設計和結構設計要求非常嚴格。特別是高壓加氫爐，由于其操作條件十分苛刻，早期的加氫爐都設計成純對流爐，避免受火焰直接加熱。純對流爐安全性相對較高，但是由于采用與煙氣的對流換熱，傳熱系數低，且對流室內溫度低，需換熱爐管多，造成較大的壓降損失，且重油加氫加熱爐管材昂貴，管壁又厚，建造費用高，因此采用純對流爐無論是爐子熱效率，還是管材利用率都非常低，很不經濟。隨著技術的不斷發展，自20世紀70年代以來，高壓加氫爐逐漸改用輻射-對流型或純輻射性爐。由于高壓加氫爐除純氫氣加熱爐外，管內被加熱介質一般都是氫氣加重質油(如減壓渣油、常壓重油等)或減壓瓦斯油，無論是為了避免結焦，延長操作周期，提高高合金爐管的使用壽命；還是為了避免裂解而影響產品品質，都 要求加熱過程十分均勻，最高加熱強度不能超過某一較低的限制值，以免局部過熱而迅速裂解和結焦，影響操作周期，甚至燒穿爐管。近年來，由圓筒爐、立管立式爐發展到臥管單面輻射立式爐、單排臥管雙面輻射爐，上述問題得到了一定的解決，但是嚴重結焦和燒壞爐管的事故時有發生。
發明內容
本發明的目的是提供一種加氫進料的加熱方法及其裝置；本方法是利用以熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器，將加氫反應器的進料油氣加熱到所需溫度，替換原有加氫工藝中加熱爐。本發明所述的一種加氫進料的加熱方法是由以熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器實現的。來自脫硫單元的循環氫在排放一部分廢氫后與新氫經壓縮機加壓后與加氫原料油混合后組成加氫進料，與反應器產品換熱后進入以熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器加熱至200°C 500°C，進入加氫反應器內進行反應，反應后產品經換熱后進入后續的分離裝置，所述的間壁式換熱器熔融的熔鹽由熔鹽加熱系統提供，工作過程如下將混合無機鹽粉狀顆粒加入到熔鹽槽中，在熔融槽中通入高壓蒸汽或電加熱，熔鹽槽內溫度達到142°C以上，混合無極鹽粉狀顆粒熔化成液體，當熔鹽溫度達到180°C，熔鹽加熱爐點火升溫，由熔鹽循環泵對熔鹽強制液相循環，輸送至熔鹽加熱爐加熱，控制在熔鹽爐出口的熔鹽溫度或熔鹽換熱器熔鹽流的入口溫度在350°C 550°C，熔鹽輸送至換熱器內間壁加熱加氫進料至所需溫度，繼而返回熔融槽中。本發明所采用的熔鹽由硝酸鉀、亞硝酸鈉和硝酸鈉三種無機鹽混合而成，常規質量混合比例為硝酸鉀為53%，亞硝酸鈉為40%，硝酸鈉為7%。該熔鹽的熔點為142°C，沸點680°C，在550°C以下非常穩定，幾乎不會蒸發，無毒無味，對設備無腐蝕。最佳使用溫度為 350°C 530°C。本發明所述的熔鹽爐加熱系統包括熔融槽、循環泵、熔鹽加熱爐。熔鹽在停工狀態下全部在熔融槽中，開工時先蒸汽或電加熱將其加熱為液相。正常工作時以燃油或煉廠氣、天然氣等氣體烴為燃料，在熔鹽加熱爐將從熔融槽中抽取的熔鹽加熱，利用循環泵產生的動力強制液相循環，將熱能輸送給要加熱的加氫進料油氣，繼而返回熔融槽中。本發明通過控制熔鹽溫度和循環流量可以控制所被加熱的加氫進料出口 溫度，溫度范圍可控制± I°C內，且熔鹽流為閉路循環，液相輸送熱能，傳熱系數較高，可使用較少的換熱器材即到達換熱效果，同時熱損失小，節能效果顯著，環保效果好；在熱負荷變化的場合，熱效率也能保持在最佳水平；由于采用將熔融的熔鹽輸送至間壁式換熱器進行熱量交換，可同時為多個用熱單元提供熱量；采用熔鹽與加氫進料在間壁式換熱器換熱技術的安全性能高，相對于加熱爐(或加氫爐)火焰直接加熱油流，間壁式換熱器內溫度較低，設備燒穿可能性大大降低，即使加氫進料與熔鹽流串漏，也不會發生火災。本發明提出的加氫進料的加熱方法，可以適用于一切加氫工藝，既可以用熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器替換操作壓力低于10. OMpa的中、低壓加氫爐，如石腦油預加氫爐、柴油臨氫降凝爐、煤油或柴油加氫精制爐和潤滑油加氫精制爐等；也可以用熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器替換操作壓力高于10. OMpa的高壓加氫爐，如減壓渣油加氫(VRDS)爐、常壓重油加氫(ARDS)爐、加氫裂化爐、潤滑油異構化加氫脫蠟爐、潤滑油加氫處理爐、潤滑油加氫降凝爐等。上述發明中所述的間壁式換熱器可以是管殼式換熱器、套管式換熱器、螺旋盤管式換熱器或板式換熱器中任意一種。在使用管殼式換熱器、螺旋盤管式換熱器時，需加熱的加氫進料在管程中流動；在使用套管式換熱器，需加熱的加氫進料在內管中流動。當采用間壁式換熱器置換高壓加氫爐時，由于換熱器是在高壓、高溫和臨氫條件下操作的，換熱器內油氣流經的管稱和殼體可采用Cr-M0抗氫鋼材或Cr-Ni不銹鋼；換熱器內熔融的熔鹽流可設計在常壓下操作，也可設計在高壓下操作，以方便換熱器的制造、操作和安全性為準。上述發明中優先將高壓加氫爐改為熔融的熔鹽與加氫進料換熱的間壁式換熱器。由于中、低壓加氫反應的反應器入口溫度多在300°C以下，反應器出口的油品或蒸汽足以將油品加熱至所需反應溫度，即使采用加熱爐加熱，由于中、低壓加氫反應原料殘炭較低，力口熱溫度也較低，本發明所公布的技術措施的優勢相對不明顯，因此仍可采用加熱爐直接加熱加氫進料。但將中、低壓加氫爐(加熱爐)改為熔融的熔鹽與石油換熱的間壁式換熱器也是可以的，仍然具有降低加氫進料油氣在管道中生焦概率的優勢。高壓加氫反應所需反應溫度高、進料殘炭高，更容易結焦；采取將高壓加氫爐改為熔融的熔鹽與石油換熱的間壁式換熱器，可使換熱器內的加氫進料油氣結焦可能性大大降低，并可加熱到更高溫度。并且在換熱器內即實現了加氫進料的升溫過程，工藝裝置整體安全性得以提高。
由于原有加熱爐(或加氫爐)內用燃油或天然氣、煉廠氣等氣體烴的明火以熱輻射為主加熱爐管，爐膛溫度高達750 850°C，爐管溫度也高達650°C以上，容易造成油流在管內局部出現高溫而裂解并生焦，生焦后掛在爐管壁上降低了傳熱系數，甚至會造成爐管燒穿。本發明中將熔融的熔鹽溫度控制在350°C 550°C之間，與加氫進料采用非接觸的間壁式換熱。熔鹽換熱器內加氫進料與間壁的溫差遠小于加熱爐管內加氫進料與爐管的溫差，加氫進料在加熱過程中局部出現高溫而發生生焦的概率大大降低。在高壓、臨氫條件下，加氫進料、特別是重質油高溫結焦的傾向有所降低。在高壓、臨氫條件下，可以將加氫進料加熱到500°C而不會出現結焦現象。采用熔融的熔鹽為熱載體提供熱量廣泛應用于化肥、三聚氫胺、氧化鋁等高溫加熱生產工藝，但尚未在石油煉制領域有所應用，特別是加熱高溫、高壓、臨氫的加氫反應器進料油氣方面。但由于常規加氫進料油氣加熱過程對油品與加熱爐管溫差的要求不是很高，而采用熔鹽間接對油品加熱的能量利用效率較低，建造維護成本較高，操作復雜，對安全性要求較高等原因尚未在石油煉制領域有所應用，特別是加氫進料加熱方面；但是隨著對加氫水平要求的不斷提高、對包含沸程在350°C以上重質油品加氫過程中，油品與加熱管道的溫差過大成為制約將油品加熱至更高溫度的瓶頸；并且由 于溫差過大、局部熱點造成油品、特別是重質油品在下游的加氫反應內形成延遲焦化效應，即部分重質油熱裂化、縮合焦化成小焦粒而堵塞在催化劑顆粒間或顆粒內部從而造成壓降過大。為防止管道內包含重質油品的加氫進料高溫下結焦，現有技術更多的是從改善加熱管道內油氣流動狀態，即提高爐管內油氣流速、提高加熱爐管段內油氣壓力或氫分壓等以減緩生焦，但效果有限，加熱后的包含重質油的加氫進料溫度一般仍小于400°C ;本發明將傳統對包含重質油餾分的加氫進料直接用爐管加熱改為采用熔融的熔鹽對其間接加熱，對加氫進料、特別包含沸程在350°C以上重質油餾分的加氫進料加熱則可突破上述瓶頸，能將加氫進料加熱至500°C而不在加熱設備內結焦，而且使加熱過程更為均勻，加熱強度易于控制，從而有效避免了局部過熱而迅速裂解和結焦、甚至燒穿爐管、下游的反應器內催化劑間或催化劑顆粒內形成焦粒而造成催化劑床層壓差過大，延長了操作周期。
圖I :包含本發明方法的加氫工藝典型流程圖。其中1、加氫原料油混合泵2、反應器3、反應器產品換熱器4、新氫5、循環氫6、氫氣壓縮機7、間壁式換熱器8、熔鹽加熱爐9、熔鹽循環泵10、熔鹽槽
具體實施例方式本發明所述的加氫進料的加熱裝置由間壁式換熱器7、熔融槽10、循環泵9、熔鹽加熱爐8，反應器產品換熱器3構成；熔融槽10內設蒸汽或電加熱設備，循環泵9設置在熔融槽10出口處，由管線與熔鹽加熱爐入口 8連接，熔鹽加熱爐8出口通過管線與間壁式換熱器7殼程入口連接，間壁式換熱器7殼程出口與熔融槽10入口連接，加氫原料油混合泵I和氫氣壓縮機6通過反應器產品換熱器3與間壁式換熱器7管程入口連接，間壁式換熱器7管程出口與反應器2入口連接，反應器2出口通過反應器產品換熱器3與分離裝置連接。如圖I所示，來自脫硫單元的循環氫5在排放一部分廢氫后與新氫4經壓縮機加壓后與加氫原料油混合后組成加氫進料，與反應器產品換熱后進入以熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器7加熱至反應所需反應溫度，再進入加氫反應器內進行反應，反應后產品經換熱后進入后續的分離裝置。換熱器7出口溫度(或反應器3的入口溫度)在200°C 500°C任意選取。所述的熔鹽加熱系統的工作過程如下將混合無機鹽粉狀顆粒加入到熔鹽槽10中，在熔融槽10中通入高壓蒸汽或電加熱的加熱下，熔鹽槽10內溫度達到142°C以上，混合無極鹽粉狀顆粒熔化成液體，當熔鹽溫度達到180°C，熔鹽加熱爐8點火升溫，同時開啟熔鹽循環泵9對熔鹽強制液相循環，輸送至進行熔鹽加熱爐8加熱，控制在熔鹽爐出口的熔鹽溫度(或熔鹽換熱器熔鹽流的入口溫度)在350°C 550°C，為將熔鹽輸送至熔鹽換熱器7內間壁加熱石油流至所需溫度，繼而返回熔融槽中。在停工狀態下熔鹽全部返回熔融槽，以防止熔鹽在輸送管道和換熱器內固結。 ·
權利要求
1.一種加氫進料的加熱方法，其特征在于來自脫硫單兀的循環氫在排放一部分廢氫后與新氫經壓縮機加壓后與加氫原料油混合后組成加氫進料，與反應器產品換熱后進入以熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器加熱至200°C 500°C，進入加氫反應器內進行反應，反應后產品經換熱后進入后續的分離裝置，所述的間壁式換熱器熔融的熔鹽由熔鹽加熱系統提供，工作過程如下將混合無機鹽粉狀顆粒加入到熔鹽槽中，在熔融槽中通入高壓蒸汽或電加熱，熔鹽槽內溫度達到142°C以上，混合無極鹽粉狀顆粒熔化成液體，當熔鹽溫度達到180°C，熔鹽加熱爐點火升溫，由熔鹽循環泵對熔鹽強制液相循環，輸送至熔鹽加熱爐加熱，控制在熔鹽爐出口的熔鹽溫度或熔鹽換熱器熔鹽流的入口溫度在250°C 550°C，熔鹽輸送至換熱器內間壁加熱加氫進料至所需溫度，繼而返回熔融槽中。
2.根據權利要求I所述的加氫進料的加熱方法，其特征在于熔鹽采用硝酸鉀、亞硝酸鈉和硝酸鈉三種無機鹽的混合物；質量混合比例為硝酸鉀53%，亞硝酸鈉40%，硝酸鈉7%。
3.—種權利要求I所述的加氫進料的加熱裝置，由間壁式換熱器、熔融槽、循環泵、熔鹽加熱爐，反應器產品換熱器構成；其特征在于熔融槽內設蒸汽或電加熱設備，循環泵設置在熔融槽出口處，由管線與熔鹽加熱爐入口連接，熔鹽加熱爐出口通過管線與間壁式換熱器殼程入口連接，間壁式換熱器殼程出口與熔融槽入口連接，加氫原料油混合泵和氫氣壓縮機通過反應器產品換熱器與間壁式換熱器管程入口連接，間壁式換熱器管程出口與反應器入口連接，反應器出口通過反應器產品換熱器與分離裝置連接。
4.根據權利要求3所述的所述的加氫進料的加熱裝置，其特征在于所述的間壁式換熱器為管殼式換熱器、套管式換熱器、螺旋盤管式換熱器或板式換熱器。
全文摘要
本發明涉及一種加氫進料油氣加熱方法及其裝置；加氫進料進入以熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器加熱至200℃～500℃，進入加氫反應器內進行反應，反應后產品進入分離裝置；間壁式換熱器熔融的熔鹽由熔鹽加熱系統提供將混合無機鹽粉狀顆粒加入到熔鹽槽中，在熔融槽中通入高壓蒸汽或電加熱，熔鹽槽內溫度達到142℃以上，混合無極鹽粉狀顆粒熔化成液體，當熔鹽溫度達到180℃，熔鹽加熱爐點火升溫，由熔鹽循環泵對熔鹽強制液相循環至熔鹽加熱爐加熱，熔鹽爐出口的溫度在250℃～550℃，熔鹽至換熱器加熱加氫進料至所需溫度，返回熔融槽中；本方法加熱均勻，加熱強度易于控制，避免了裂解和結焦、燒穿爐管、延長了操作周期。
文檔編號C10G67/02GK102746896SQ20111010256
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者何濤波, 周華群, 張兆前, 李瀟, 梅建國, 白躍華, 范明, 董衛剛 申請人:中國石油天然氣股份有限公司