加强油品液相加氢精制装置原料油与新氢混合程度的方法

摘要

本发明公开了加强油品液相加氢精制装置原料油与新氢混合程度的方法。该方法的原料油经缓冲罐脱除气体后，经原料油泵升压至8.0～12.0Mpag后依次进入进反应产物‐原料油换热器和进料加热炉，加热后进液气射流泵的喷嘴，在吸入室原料油高速流通产生低压吸力将管网新氢或经一级压缩的新氢直接吸入，再通过喉管高湍流混合和扩散管提压后与循环油一起进加氢反应器进行加氢反应；本发明取消新氢压缩机或改为一级压缩，降低加氢精制生成油循环泵的流量，提高原料油泵出口压力，利用射流泵实现原料油与新氢的强湍流混合，新氢被均匀分散于原料油中，从而大大强化了新氢在原料油中的混合分散程度，大大减少了反应过程对循环油的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及油品加氢，具体涉及石油馏分液相加氢精制装置原料油与新氢 混合的方法，属于石油加工技术领域。

背景技术

油品加氢是油品精制的主要方法，在临氢环境及一定温度、压力条件和催 化剂的作用下，饱和烯烃脱除硫、氮、氧杂质原子及金属杂质，以得到满足质 量标准的石油产品。随着环保法规日益严格及原油重质化、劣质化程度不断提 高，油品加氢在石油加工工艺中越显重要。

液相加氢工艺是在传统气相加氢工艺基础上发展起来的，特点是部分富含 溶解饱和氢的加氢精制生成油通过循环泵重返反应器，以代替气相加氢工艺的 循环氢为反应体系提供辅助氢源，由于用循环油泵代替循环氢压缩机，故大大 降低了能耗；同时又将反应过程控制由氢气在油中的质量扩散控制变为反应动 力学控制，故加快了反应速率，因而一经提出便获得了广泛应用。

现有的液相加氢工艺流程如图1所示，具体过程如下：原料油经缓冲罐 V01脱除气体后，进原料油泵P01提压，与经新氢压缩机K01(二级压缩机) 压缩后的管网新氢一起进串级的反应产物‐原料油换热器E01和反应进料加热 炉F01，加热至规定温度后与反应产物循环油一起进加氢反应器R01。精制后 的产物分两路，一路经循环泵P02升压，经流量控制阀与进料混合进加氢反应 器R01，为反应过程提供足够的液相溶解氢；另一路经反应产物‐原料油换热 器E01放热和减压阀减压后进热低压分离器V02，分出的液相送现有精馏单元 生产精制柴油，气相则经热低分气空冷器EA01冷却后进冷低压分离罐V03， 实现油、气、水三相分离，含硫污水送污水汽提，气体去氢回收装置，油送至 精馏单元。

上述现有液相加氢工艺流程中的新氢流程并没有改变，依然是新氢压缩机 将管网氢压缩到规定压力后进管道与原料油直接混合，极速进入反应器进行反 应，新氢压缩机功耗较大。由于氢气在油品中的溶解度很小，加之新氢与原料 油直接混合所产生的强制分散程度不够，故为了保证加氢深度，液相加氢工艺 不得不加大生成油循环，由此所形成的能耗和投资仍不可低估(循环泵在高温、 高压、临氢条件下工作，投资大)。所以，提高新氢在原料油中的混合分散度 对于改善液相加氢效果、进一步降低其能耗和投资至关重要。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明首要目的在于提供一种改善氢气在 油品中的溶解分散程度，降低反应产物循环油流量和取消新氢压缩机或降低新 氢压缩机出口压力的方法，以简化现有液相加氢工艺，降低其投资和能耗。

本发明主要通过新增液气射流泵并改进有关工艺改善氢气在油品中的溶 解分散程度。射流泵是一种流体输送机械及混合反应设备，结构示意图见图3， 主要由喷嘴1、吸入室2、喉管3和扩散管4组成；喉管3两端分别与吸入室 2和扩散管4连接；喷嘴1设置在吸入室2，对着喉管3，喉管3也用作混合 室；其工作原理是：工作流体从喷嘴高速喷出时，在喉管3入口处因周围的流 体被射流卷走而形成真空，被输送的流体即被吸入。两股流体在喉管3中混合 并进行动量交换，使被输送流体的动能增加，最后通过扩散管4将大部分动能 转换为压力能。按照工作流体的种类射流泵可以分为液体射流泵和气体射流 泵，其中以水射流泵和蒸汽射流泵最为常用。现有对射流泵的应用主要是依据 其某一种特性。射流泵主要用于输送液体、气体和固体物。射流泵没有运动的 工作元件，结构简单，工作可靠，无泄漏，也不需要专门人员看管，因此很适 合在水下和危险的特殊场合使用。射流泵还能利用带压的废水、废汽(气)作 为工作流体，从而节约能源。在石油开发方面，射流泵也得到了广泛的应用。 射流泵设用于含砂较高的油井，特别是当其用热油(水)作动力液时，可用于 稠油井和结蜡井，这样可使稠油降粘和除蜡。本发明同时利用了射流泵流体输 送性能及混合传质性能；吸入室2与新氢输入管连接，解决当前液相加氢的难 题。液相加氢工艺由气相加氢工艺发展而来，其中新氢流程仍沿用原气相加氢 中新氢经压缩机(二级)压缩后与经原料油泵提压的原料油直接混合。目前改 善新氢在原料油中混合分散度是以提高强制混合为主，并没有考虑结合新氢压 缩过程来提高新氢在原料油中的混合程度。

本发明综合利用射流泵流体传递动能及其具有湍流混合的特性，用于液相 加氢中原料油与新氢混合和新氢提压过程，通过改变工艺适当提高原料油泵出 口压力以弥补射流泵压降和压缩新氢的压降，以高压原料油作为工作流体，工 作流体经射流泵射入喉管，吸入并提压管网新氢，工作流体与新氢实现强湍流 混合。本发明既克服了现有流程中新氢在原料油中混合分散程度不佳问题，又 以射流泵取代了新氢压缩机，降低装置能耗。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

加强油品液相加氢精制装置原料油与新氢混合程度的方法：原料油经缓冲 罐脱除气体后，经原料油泵升压至8.0～12.0Mpag后依次进入进反应产物‐原料 油换热器和进料加热炉，加热后进液气射流泵的喷嘴，在吸入室原料油高速流 通产生低压吸力将管网新氢或经一级压缩的新氢直接吸入，再通过喉管高湍流 混合和扩散管提压后与循环油一起进加氢反应器进行加氢反应；加氢反应器的 反应产物分两路，一路为循环油，经反应产物循环泵升压，与进料原料油混合 一起进入加氢反应器，为反应过程提供液相溶解氢；另一路为产品油，经反应 产物‐原料油换热器放热和减压阀减压后进入热低压分离器，分出的液相送至 现有精馏单元生产精制油，气相则经热低分气空冷器冷却后进冷低压分离罐实 现油、气、水三相分离。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述原料油为煤油或柴油。

优选地，所述进料加热炉加热原料油至300～350℃后进液气射流泵的喷 嘴。按质量流量计，所述循环油的循环比为1.1～2.0：1。所述反应产物循环泵 升压后循环油的压力与进料加热炉出口原料油的压力相同。所述经反应产物循 环泵升压的循环油是经流量控制阀控制后与进料原料油混合一起进入加氢反 应器。所述另一路的产品油的流量与进入原料油泵的原料油的流量相同。

优选地，所述经反应产物‐原料油换热器放热和减压阀减压后的产品油的 温度为200～250℃，压强为2.0～2.5Mpag。

优选地，所述经热低分气空冷器冷却后的气相温度为50℃以下。

优选地，所述冷低压分离罐实现油、气、水三相分离后，含硫污水送污水 汽提，气体去氢回收装置，油送至精馏单元。

本发明在原料加热炉被加热油品的出口管道上新增液气射流泵EJ1，见图 2。图中，高压原料油流过射流泵时在其喷嘴处将压力能转化为动能，高速通 过产生低压吸力，将来自管网的新氢或经一级压缩的新氢直接吸入射流泵吸入 室，与高速、高温(高温有利于氢气在原料油中的溶解)原料油一起进射流泵 喉管，产生强烈湍流，实现油气高分散度混合，再经过扩径扩散管将动能转为 压力能，逐步升压后与来自反应产物循环泵的循环油一起进反应器。由于新氢 在射流泵内与原料高温强湍流混合，故溶解分散度高，可大大降低循环油的流 量；同时新氢直接吸入射流泵低压室，因而无需提压，可省去新氢压缩机(或 至少降低新氢压缩机出口压力70％以上)。但作为补偿，原料油泵需适当提压， 用于弥补射流泵的压降和稳定下游反应器的操作压力(提压也因改炉后混氢， 降低原料预热和加热过程压降而得到部分弥补)。

本发明主要基于以下原理：

1、气液混相流体的湍流程度越高，混合程度越好，特别是在较高温度条 件下。新氢与原料油在经本发明射流泵内高速流动，由此而产生的强湍流将极 大的改善它们的混合分散程度；

2、相同差压情况下，提压液体所需的泵功远小于压缩气体所需的功耗， 故适当提高原料油泵的出口压力，以弥补射流泵压降，达到取消新氢压缩机或 改为一级压缩的目的；

3、新氢与原料在射流泵内的高湍流混合大大降低了反应过程对循环油随 带氢量的需求，可大大降低循环油的流量和压降，减少循环油泵的投资和功耗；

4、本发明利用射流泵结构(如喉管与喷嘴的结构)，可最大限度的提高油 品和氢气的混合效果，降低其流动压降。

本发明相对现有技术具有如下优点及效果：

1、在射流泵喉管内原料油与氢气强湍流混合，新氢被外力强分散于原料 油中，极大的改善了原料油与氢气的混合分散程度；

2、以原料油通过射流泵所产生的低压吸力吸进管网新氢，可帮助取消新 氢压缩机或至少将其从二级压缩改为一级压缩，可大大降低新氢压缩能耗(该 能耗远高于原料油泵适当提压所增加的功耗)；

3、新氢与原料油在喷射泵中的高湍流混合，辅助降低了反应产物循环油 流量，可大大降低循环泵的能耗；

4、新增的液气射流泵是静设备，体积小、投资少，管理、控制难度较低。

附图说明

图1为本发明对比例的柴油液相加氢工艺流程图。

图2为本发明实施例的柴油液相加氢工艺流程图。

图3为本发明实施例中新增的液气射流泵结构示意图。

图中示出：反应产物‐原料油换热器E01、热低分气空冷器EA01、液气射 流泵EJ01、反应进料加热炉F01、原料油泵P01、反应产物循环泵P02、加氢 反应器R01、原料油缓冲罐V01、热低压分离器V02、冷低压分离罐V03、压 缩机K01、喷嘴1、吸入室2、喉管3、扩散管4。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述， 但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，现有的柴油液相加氢工艺流程如下：

原料柴油经缓冲罐V01脱除气体后，进原料油泵P01提压至6.0～10.0Mpag 之间(流经管路压力损失后等于加氢反应器压力)，与经压缩机K01(二级压 缩机)压缩后的新氢一起依次进入反应产物‐原料油换热器E01和反应进料加 热炉F01，混合物被加热至300～350℃后与反应产物循环油一起进入加氢反应 器R01(反应器压力在6.0～10.0Mpag之间)，经加氢反应器R01精制后的产物 分两路，一路为循环油(按质量流量计，循环油的循环比在1.1～2.0之间)，经 循环泵P02升压至与进料加热炉出口原料油的压力相同，经流量控制阀与进料 混合一起进入加氢反应器R01，为反应过程提供足够的液相溶解氢；另一路为 产品(等于进入原料油泵的原料油流量)，经反应产物‐原料油换热器E01放热 和减压阀减压后(200～250℃，2.0～2.5Mpag)进入热低压分离器V02，热低压 分离器V02分出的液相送现有精馏单元生产精制柴油，气相则经热低分气空冷 器EA01冷却后(～50℃)进入冷低压分离罐V03，实现油、气、水三相分离， 含硫污水送污水汽提，气体去氢回收装置，油送至现有精馏单元生产精制柴油。

本发明是一种改进的液相加氢方法，其工艺流程图如图2所示。与比较例 流程实施了如下改进：

1、在反应进料加热炉F01的出口管道上新增液气射流泵EJ01，以原料油 作为工作流体，流过液气射流泵产生低压吸入直接来自管网的新氢；

2、取消新氢压缩机K01，提高原料油泵P01的出口压力以弥补射流泵压 降和提压新氢压降，在喷射混合过中，液相柴油向新氢传递能量压缩新氢；

3、基于原料油与新氢在射流泵内的高度混合，降低反应产物循环泵P02 的流量。

本发明加强油品液相加氢精制装置原料油与新氢混合程度的方法如下：原 料柴油经缓冲罐V01脱除气体后，进原料油泵P01提压至8.0～12.0Mpag之间 (流经管路压力损失后等于加氢反应器压力)，依次进入进反应产物‐原料油换 热器E01和进料加热炉F01，加热至300～350℃后进液气射流泵EJ01的喷嘴1， 在吸入室2原料柴油高速流通产生低压吸力将管网新氢直接吸入，再通过喉管 3高湍流混合和扩散管4提压后与循环油一起进加氢反应器R01(反应器压力 在6.0～10.0Mpag之间)进行加氢反应。反应产物则分两路，一路为循环油(按 质量流量计，循环油的循环比在1.1～2.0之间)经反应产物循环泵P02升压至 与进料加热炉出口原料油的压力相同，经流量控制阀与进料混合一起进入加氢 反应器R01，为反应过程提供足够的液相溶解氢；另一路为产品(等于进入原 料油泵的原料油流量)，则经反应产物‐原料油换热器E01放热和减压阀减压后 (200～250℃，2.0～2.5Mpag)进热低压分离器V02，分出的液相送至现有精馏 单元生产精制柴油，气相则经热低分气空冷器EA01冷却后(～50℃)进冷低压 分离罐V03实现油、气、水三相分离，含硫污水送污水汽提，气体去氢回收装 置，油送至精馏单元。

对比例

以某进料量为100t/h的柴油液相加氢精制装置为例(对应年加工量84万 吨)。对比例中，经原料油泵P01提压后的原料油(150℃、8.0MPag、100t/h) 与通过压缩机K01压缩后的新氢(104.2℃、8.0MPag、6600Nm³/h、浓度 99.2％mol)直接混合，先通过反应产物‐原料油换热器E01与反应产物换热至 261.3℃，混合原料再经反应进料加热炉F01加热至320℃，最后与反应循环油 (352℃、8.0Mpag、151t/h)混合一起进入加氢反应器R01。加氢反应器R01 的反应产物(352℃、7.6Mpag、252t/h)分为两路，其中一路(352℃、7.6Mpag、 151t/h)经反应产物循环泵P02提压至8.0Mpag去与反应进料混合。另一路 (352℃、7.6Mpag、101t/h)经反应产物‐原料油换热器E01换热至248.6℃和 减压阀减压至2.1MPag后进入热低压分离器V02，热低压分离器V02分出的液 相(244.5℃、2.1Mpag、95.2/h)送现有精馏单元生产精制柴油，气相(244.5℃、 2.1Mpag、5.8t/h)则经热低分气空冷器EA01冷却至50℃后进入冷低压分离罐 V03，实现油、气、水三相分离，含硫污水间歇送污水汽提，气体(50℃、2.1Mpag、 1t/h)去氢回收装置，油(50℃、2.1Mpag、4.8t/h)送至现有精馏单元生产精 制柴油。

实施例

经原料油泵P01提压后的原料油(150℃、9.8MPag、100t/h)先通过反应 产物‐原料油换热器E01与反应产物换热至267.1℃，再经反应进料加热炉F01 加热至320℃，经液气射流泵EJ01与吸入并提压管网新氢(50℃、2.6MPag、 6600Nm³/h)与其充分混合，然后与反应循环油(350℃、8.0Mpag、116t/h) 一起进入加氢反应器R01。加氢反应器R01的反应产物(350℃、7.6Mpag、 217t/h)分为两路，其中一路(350℃、7.6Mpag、116t/h)经反应产物循环泵 P02提压至8.0Mpag去与反应进料混合。另一路(350℃、7.6Mpag、101t/h) 则经反应产物‐原料油换热器E01换热至252.9℃和减压阀减压至2.1MPag后进 热低压分离器V02，热低压分离器V02分出的液相(248.6℃、2.1Mpag、94.8/h) 送现有精馏单元生产精制柴油，气相(248.6℃、2.1Mpag、6.2t/h)则经热低 分气空冷器EA01冷却至50℃后进入冷低压分离罐V03，实现油、气、水三相 分离，含硫污水送污水汽提，气体(50℃、2.1Mpag、1t/h)去氢回收装置， 油(50℃、2.1Mpag、5.2t/h)送至现有精馏单元生产精制柴油。

用Fluent分别模拟了原料油与新氢在比较例中管道内直接混合过程和在 实施例中射流泵内强制性湍流混合过程，模拟流场结果显示在射流泵中原料油 与新氢的混合为强湍流混合过程，其湍流程度明显高于原料油与新氢在管道直 接混合过程，故能极大提高原料与新氢的强制性混合效果，从而提高了新氢在 原料油中的混合分散程度。

同时，以提高原料油泵出口压力经射流泵提压新氢，取消新氢压缩机，降 低了工艺能耗，表1给出了对比例和实施例相关能耗的对比。

表1对比例和实施例中泵与压缩机功耗对比

序号 项目 对比例 实施例 差值 1 原料油泵功耗/kw 249.1 296.2 47.1 2 新氢压缩机功耗/kw 458.7 0 ‐458.7 3 循环油泵功耗/kw 43.3 33.2 ‐10.1 合计 751.1 329.4 ‐421.7

实施例和对比例的对比可见，新氢与原料油在射流泵中的强湍流混合极大 的改善了它们的混合分散程度，同时停新氢压缩机减少其压缩功耗458.7kw， 综合降低装置能耗421.7kw。

本发明取消新氢压缩机或改为一级压缩，降低加氢精制生成油循环泵的流 量，提高原料油泵出口压力，在反应进料加热炉出口管道新增优化设计的液气 射流泵。本发明原料油以高压、高温状态通过射流泵时，在射流泵喷嘴处将压 力能转化为动能，产生低压吸力将管网新氢直接吸入，进而在喉管内实现原料 油与新氢的强湍流混合，新氢被均匀分散于原料油中，从而大大强化了新氢在 原料油中的混合分散程度，最后经射流泵扩径扩散管，混合原料将动能转化为 压力能自压进入反应器，自然减少了向反应过程提供液相溶解氢的循环油的需 求。本发明通过射流泵强化新氢和原料油的湍流混合程度，大大减少了反应过 程对循环油的需求，可缩小高温、高压、临氢反应器和循环泵的尺寸，降低其 能耗，同时还减少了新氢耗量和冷低压分离罐气体中的氢跑损。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的 精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换 方式，都包含在本发明的保护范围之内。