專利名稱：一種加氫進(jìn)料的加熱方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加氫進(jìn)料油氣加熱方法及其裝置。
背景技術(shù)：
加氫裝置反應(yīng)器進(jìn)料加熱爐，一般簡(jiǎn)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(rùn)滑油異構(gòu)化加氫脫蠟爐、潤(rùn)滑油加氫處理爐、潤(rùn)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(yù)加氫爐、柴油臨氫降凝爐、煤油或柴油加氫精制爐和潤(rùn)滑油加氫精制爐等。對(duì)于一些中、低壓加氫爐，當(dāng)采用爐后混氫工藝時(shí)，其爐管材質(zhì)一般選用價(jià)格不高的鉻-鑰鋼或碳鋼，大都選用對(duì)流-輻射型圓筒爐。部分中、低壓加氫爐和大多數(shù)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(tài)下直接見火操作，其盤管的工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求非常嚴(yán)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(shè)計(jì)成純對(duì)流爐，避免受火焰直接加熱。純對(duì)流爐安全性相對(duì)較高，但是由于采用與煙氣的對(duì)流換熱，傳熱系數(shù)低，且對(duì)流室內(nèi)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(fèi)用高，因此采用純對(duì)流爐無(wú)論是爐子熱效率，還是管材利用率都非常低，很不經(jīng)濟(jì)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自20世紀(jì)70年代以來，高壓加氫爐逐漸改用輻射-對(duì)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(nèi)被加熱介質(zhì)一般都是氫氣加重質(zhì)油(如減壓渣油、常壓重油等)或減壓瓦斯油，無(wú)論是為了避免結(jié)焦，延長(zhǎng)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(chǎn)品品質(zhì)，都 要求加熱過程十分均勻，最高加熱強(qiáng)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(jié)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(fā)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(yán)重結(jié)焦和燒壞爐管的事故時(shí)有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加氫進(jìn)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(yīng)器的進(jìn)料油氣加熱到所需溫度，替換原有加氫工藝中加熱爐。本發(fā)明所述的一種加氫進(jìn)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(shí)現(xiàn)的。來自脫硫單元的循環(huán)氫在排放一部分廢氫后與新氫經(jīng)壓縮機(jī)加壓后與加氫原料油混合后組成加氫進(jìn)料，與反應(yīng)器產(chǎn)品換熱后進(jìn)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(jìn)入加氫反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)品經(jīng)換熱后進(jìn)入后續(xù)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(tǒng)提供，工作過程如下將混合無(wú)機(jī)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(nèi)溫度達(dá)到142°C以上，混合無(wú)極鹽粉狀顆粒熔化成液體，當(dāng)熔鹽溫度達(dá)到180°C，熔鹽加熱爐點(diǎn)火升溫，由熔鹽循環(huán)泵對(duì)熔鹽強(qiáng)制液相循環(huán)，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(nèi)間壁加熱加氫進(jìn)料至所需溫度，繼而返回熔融槽中。本發(fā)明所采用的熔鹽由硝酸鉀、亞硝酸鈉和硝酸鈉三種無(wú)機(jī)鹽混合而成，常規(guī)質(zhì)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(diǎn)為142°C，沸點(diǎn)680°C，在550°C以下非常穩(wěn)定，幾乎不會(huì)蒸發(fā)，無(wú)毒無(wú)味，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕。最佳使用溫度為 350°C 530°C。本發(fā)明所述的熔鹽爐加熱系統(tǒng)包括熔融槽、循環(huán)泵、熔鹽加熱爐。熔鹽在停工狀態(tài)下全部在熔融槽中，開工時(shí)先蒸汽或電加熱將其加熱為液相。正常工作時(shí)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(huán)泵產(chǎn)生的動(dòng)力強(qiáng)制液相循環(huán)，將熱能輸送給要加熱的加氫進(jìn)料油氣，繼而返回熔融槽中。本發(fā)明通過控制熔鹽溫度和循環(huán)流量可以控制所被加熱的加氫進(jìn)料出口 溫度，溫度范圍可控制± I°C內(nèi)，且熔鹽流為閉路循環(huán)，液相輸送熱能，傳熱系數(shù)較高，可使用較少的換熱器材即到達(dá)換熱效果，同時(shí)熱損失小，節(jié)能效果顯著，環(huán)保效果好；在熱負(fù)荷變化的場(chǎng)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(jìn)行熱量交換，可同時(shí)為多個(gè)用熱單元提供熱量；采用熔鹽與加氫進(jìn)料在間壁式換熱器換熱技術(shù)的安全性能高，相對(duì)于加熱爐(或加氫爐)火焰直接加熱油流，間壁式換熱器內(nèi)溫度較低，設(shè)備燒穿可能性大大降低，即使加氫進(jìn)料與熔鹽流串漏，也不會(huì)發(fā)生火災(zāi)。本發(fā)明提出的加氫進(jìn)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(yù)加氫爐、柴油臨氫降凝爐、煤油或柴油加氫精制爐和潤(rùn)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(rùn)滑油異構(gòu)化加氫脫蠟爐、潤(rùn)滑油加氫處理爐、潤(rùn)滑油加氫降凝爐等。上述發(fā)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(shí)，需加熱的加氫進(jìn)料在管程中流動(dòng)；在使用套管式換熱器，需加熱的加氫進(jìn)料在內(nèi)管中流動(dòng)。當(dāng)采用間壁式換熱器置換高壓加氫爐時(shí)，由于換熱器是在高壓、高溫和臨氫條件下操作的，換熱器內(nèi)油氣流經(jīng)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(nèi)熔融的熔鹽流可設(shè)計(jì)在常壓下操作，也可設(shè)計(jì)在高壓下操作，以方便換熱器的制造、操作和安全性為準(zhǔn)。上述發(fā)明中優(yōu)先將高壓加氫爐改為熔融的熔鹽與加氫進(jìn)料換熱的間壁式換熱器。由于中、低壓加氫反應(yīng)的反應(yīng)器入口溫度多在300°C以下，反應(yīng)器出口的油品或蒸汽足以將油品加熱至所需反應(yīng)溫度，即使采用加熱爐加熱，由于中、低壓加氫反應(yīng)原料殘?zhí)枯^低，力口熱溫度也較低，本發(fā)明所公布的技術(shù)措施的優(yōu)勢(shì)相對(duì)不明顯，因此仍可采用加熱爐直接加熱加氫進(jìn)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(jìn)料油氣在管道中生焦概率的優(yōu)勢(shì)。高壓加氫反應(yīng)所需反應(yīng)溫度高、進(jìn)料殘?zhí)扛撸菀捉Y(jié)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(nèi)的加氫進(jìn)料油氣結(jié)焦可能性大大降低，并可加熱到更高溫度。并且在換熱器內(nèi)即實(shí)現(xiàn)了加氫進(jìn)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(nèi)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(dá)750 850°C，爐管溫度也高達(dá)650°C以上，容易造成油流在管內(nèi)局部出現(xiàn)高溫而裂解并生焦，生焦后掛在爐管壁上降低了傳熱系數(shù)，甚至?xí)斐蔂t管燒穿。本發(fā)明中將熔融的熔鹽溫度控制在350°C 550°C之間，與加氫進(jìn)料采用非接觸的間壁式換熱。熔鹽換熱器內(nèi)加氫進(jìn)料與間壁的溫差遠(yuǎn)小于加熱爐管內(nèi)加氫進(jìn)料與爐管的溫差，加氫進(jìn)料在加熱過程中局部出現(xiàn)高溫而發(fā)生生焦的概率大大降低。在高壓、臨氫條件下，加氫進(jìn)料、特別是重質(zhì)油高溫結(jié)焦的傾向有所降低。在高壓、臨氫條件下，可以將加氫進(jìn)料加熱到500°C而不會(huì)出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。采用熔融的熔鹽為熱載體提供熱量廣泛應(yīng)用于化肥、三聚氫胺、氧化鋁等高溫加熱生產(chǎn)工藝，但尚未在石油煉制領(lǐng)域有所應(yīng)用，特別是加熱高溫、高壓、臨氫的加氫反應(yīng)器進(jìn)料油氣方面。但由于常規(guī)加氫進(jìn)料油氣加熱過程對(duì)油品與加熱爐管溫差的要求不是很高，而采用熔鹽間接對(duì)油品加熱的能量利用效率較低，建造維護(hù)成本較高，操作復(fù)雜，對(duì)安全性要求較高等原因尚未在石油煉制領(lǐng)域有所應(yīng)用，特別是加氫進(jìn)料加熱方面；但是隨著對(duì)加氫水平要求的不斷提高、對(duì)包含沸程在350°C以上重質(zhì)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(diǎn)造成油品、特別是重質(zhì)油品在下游的加氫反應(yīng)內(nèi)形成延遲焦化效應(yīng)，即部分重質(zhì)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(nèi)部從而造成壓降過大。為防止管道內(nèi)包含重質(zhì)油品的加氫進(jìn)料高溫下結(jié)焦，現(xiàn)有技術(shù)更多的是從改善加熱管道內(nèi)油氣流動(dòng)狀態(tài)，即提高爐管內(nèi)油氣流速、提高加熱爐管段內(nèi)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(zhì)油的加氫進(jìn)料溫度一般仍小于400°C ;本發(fā)明將傳統(tǒng)對(duì)包含重質(zhì)油餾分的加氫進(jìn)料直接用爐管加熱改為采用熔融的熔鹽對(duì)其間接加熱，對(duì)加氫進(jìn)料、特別包含沸程在350°C以上重質(zhì)油餾分的加氫進(jìn)料加熱則可突破上述瓶頸，能將加氫進(jìn)料加熱至500°C而不在加熱設(shè)備內(nèi)結(jié)焦，而且使加熱過程更為均勻，加熱強(qiáng)度易于控制，從而有效避免了局部過熱而迅速裂解和結(jié)焦、甚至燒穿爐管、下游的反應(yīng)器內(nèi)催化劑間或催化劑顆粒內(nèi)形成焦粒而造成催化劑床層壓差過大，延長(zhǎng)了操作周期。


圖I :包含本發(fā)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(yīng)器3、反應(yīng)器產(chǎn)品換熱器4、新氫5、循環(huán)氫6、氫氣壓縮機(jī)7、間壁式換熱器8、熔鹽加熱爐9、熔鹽循環(huán)泵10、熔鹽槽
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的加氫進(jìn)料的加熱裝置由間壁式換熱器7、熔融槽10、循環(huán)泵9、熔鹽加熱爐8，反應(yīng)器產(chǎn)品換熱器3構(gòu)成；熔融槽10內(nèi)設(shè)蒸汽或電加熱設(shè)備，循環(huán)泵9設(shè)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(jī)6通過反應(yīng)器產(chǎn)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(yīng)器2入口連接，反應(yīng)器2出口通過反應(yīng)器產(chǎn)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(huán)氫5在排放一部分廢氫后與新氫4經(jīng)壓縮機(jī)加壓后與加氫原料油混合后組成加氫進(jìn)料，與反應(yīng)器產(chǎn)品換熱后進(jìn)入以熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器7加熱至反應(yīng)所需反應(yīng)溫度，再進(jìn)入加氫反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)品經(jīng)換熱后進(jìn)入后續(xù)的分離裝置。換熱器7出口溫度(或反應(yīng)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(tǒng)的工作過程如下將混合無(wú)機(jī)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(nèi)溫度達(dá)到142°C以上，混合無(wú)極鹽粉狀顆粒熔化成液體，當(dāng)熔鹽溫度達(dá)到180°C，熔鹽加熱爐8點(diǎn)火升溫，同時(shí)開啟熔鹽循環(huán)泵9對(duì)熔鹽強(qiáng)制液相循環(huán)，輸送至進(jìn)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(nèi)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(tài)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(nèi)固結(jié)。 ·
權(quán)利要求
1.一種加氫進(jìn)料的加熱方法，其特征在于來自脫硫單兀的循環(huán)氫在排放一部分廢氫后與新氫經(jīng)壓縮機(jī)加壓后與加氫原料油混合后組成加氫進(jìn)料，與反應(yīng)器產(chǎn)品換熱后進(jìn)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(jìn)入加氫反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)品經(jīng)換熱后進(jìn)入后續(xù)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(tǒng)提供，工作過程如下將混合無(wú)機(jī)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(nèi)溫度達(dá)到142°C以上，混合無(wú)極鹽粉狀顆粒熔化成液體，當(dāng)熔鹽溫度達(dá)到180°C，熔鹽加熱爐點(diǎn)火升溫，由熔鹽循環(huán)泵對(duì)熔鹽強(qiáng)制液相循環(huán)，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(nèi)間壁加熱加氫進(jìn)料至所需溫度，繼而返回熔融槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加氫進(jìn)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(wú)機(jī)鹽的混合物；質(zhì)量混合比例為硝酸鉀53%，亞硝酸鈉40%，硝酸鈉7%。
3.—種權(quán)利要求I所述的加氫進(jìn)料的加熱裝置，由間壁式換熱器、熔融槽、循環(huán)泵、熔鹽加熱爐，反應(yīng)器產(chǎn)品換熱器構(gòu)成；其特征在于熔融槽內(nèi)設(shè)蒸汽或電加熱設(shè)備，循環(huán)泵設(shè)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(jī)通過反應(yīng)器產(chǎn)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(yīng)器入口連接，反應(yīng)器出口通過反應(yīng)器產(chǎn)品換熱器與分離裝置連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的所述的加氫進(jìn)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(fā)明涉及一種加氫進(jìn)料油氣加熱方法及其裝置；加氫進(jìn)料進(jìn)入以熔融的熔鹽為熱媒介的間壁式換熱器加熱至200℃～500℃，進(jìn)入加氫反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)品進(jìn)入分離裝置；間壁式換熱器熔融的熔鹽由熔鹽加熱系統(tǒng)提供將混合無(wú)機(jī)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(nèi)溫度達(dá)到142℃以上，混合無(wú)極鹽粉狀顆粒熔化成液體，當(dāng)熔鹽溫度達(dá)到180℃，熔鹽加熱爐點(diǎn)火升溫，由熔鹽循環(huán)泵對(duì)熔鹽強(qiáng)制液相循環(huán)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(jìn)料至所需溫度，返回熔融槽中；本方法加熱均勻，加熱強(qiáng)度易于控制，避免了裂解和結(jié)焦、燒穿爐管、延長(zhǎng)了操作周期。
文檔編號(hào)C10G67/02GK102746896SQ20111010256
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者何濤波, 周華群, 張兆前, 李瀟, 梅建國(guó), 白躍華, 范明, 董衛(wèi)剛 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司