CN113563923A - 一种汽油加氢方法及汽油加氢装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽油加氢方法及汽油加氢装置，涉及化工技术领域。汽油加氢方法，其通过在一个组合床塔式设备中进行精馏、气相加氢反应和液相加氢反应，包括：将原料油和氢气混合之后通入组合床塔式设备中进行精馏以得到气相组分和液相组分；气相组分在组合床塔式设备内上行进行气相加氢反应，液相组分在组合床塔式设备内下行进行液相加氢反应。气相加氢反应具有氢耗低、反应热低等优点；本发明可以在不设置氢气循环系统的前提下完成反应，液相加氢反应具有床层温升小、催化剂利用率高、投资费用和操作费用低等优点。

Description

一种汽油加氢方法及汽油加氢装置

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种汽油加氢方法及汽油加氢装置。

背景技术

目前，市场上汽油刚性需求保持相对较快的增长速度，但随着环保要求的日趋严格，需要严格控制汽油中的硫含量，以满足生产清洁燃料和控制排放污染的要求，而加氢技术的进步发展是解决该问题的关键技术。

随着延迟焦化装置和乙烯加工规模的扩大，焦化汽油、裂解汽油等加氢处理装置和规模也不断增加。焦化汽油中烯烃、二烯烃、硫、重金属和焦粉等的含量较高，单独加氢时易出现反应器顶部结焦、床层压降上升、反应部分换热器结构等问题，会缩短操作周期。裂解汽油加氢通常采用两段加氢方法进行处理，设备投资也较大。

目前的加氢工艺主要存在着以下问题：(1)装置投资和操作费用较高，存在较多的分馏设备与加氢设备；(2)反应条件较为苛刻，液相加氢方法所需反应压力较高。基于上述问题，改进油品的加氢工艺可以降低投资和延长装置运转周期是当前油品加氢技术升级的重点。

此外，目前国内加氢精制主要在滴流床上进行，但传统滴流床加氢具有一系列的不足之处：(1)氢气至液相的传质过程存在润湿因子的影响；(2)反应器温度梯度较大，存在反应热点与结焦，影响催化剂使用周期；(3)反应器内压降与床层温差较大，存在加氢裂化等副反应，影响液体收率；(4)工艺流程较为复杂，装置投资和操作能耗较高。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽油加氢方法，旨在实现深度加氢精制，有效降低精制产品硫含量，并降低加氢生产成本。

本发明的另一目的在于提供一种汽油加氢装置，旨在降低装置投资和操作费用。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种汽油加氢方法，其通过在一个组合床塔式设备中进行精馏、气相加氢反应和液相加氢反应，包括：将原料油和氢气混合之后通入组合床塔式设备中进行精馏以得到气相组分和液相组分；气相组分在组合床塔式设备内上行进行气相加氢反应，液相组分在组合床塔式设备内下行进行液相加氢反应。

在可选的实施方式中，原料油和氢气混合之后进入组合床塔式设备时的进料温度为220～350℃，优选为220～340℃。

在可选的实施方式中，在气相加氢反应区域装填至少1-3层气相加氢催化剂床层，在液相加氢反应区域装填2-4层液相加氢催化剂床层；优选地，在液相加氢反应区域中相邻的两个催化剂床层间补充氢气。

在可选的实施方式中，控制组合床塔式设备的操作温度为240～350℃，操作压力为3～10MPa；氢油比为200～1000，体积空速为0.5～5.0h^-1。

在可选的实施方式中，在组合床塔式设备的塔顶输出气相加氢产物，将气相加氢产物进行气液分离得到排放气和液相产品；优选地，在液相加氢反应的区域进行侧线采集，以收集排出的气体并与排放气混合输出。

在可选的实施方式中，在组合床塔式设备的塔底输出液相加氢产物，将液相加氢产物与原料油进行换热之后，部分液相加氢产物与原料油和氢气混合进入组合床塔式设备进行精馏，剩余液相加氢产物与液相产品混合输出。

第二方面，本发明提供一种用于实施前述实施方式中任一项汽油加氢方法的汽油加氢装置，包括组合床塔式设备，组合床塔式设备自上而下依次为气相加氢反应段、精馏段和液相加氢反应段，精馏段设置有用于向塔内输入原料油和氢气的进料口，气相加氢反应段装填有气相加氢催化剂床层，液相加氢反应段装填有液相加氢催化剂床层。

在可选的实施方式中，还包括用于对原料油加热的换热器、用于进行原料油和氢气混合的静态混合器和用于输送氢气的氢气输送管线，换热器的原料油出口与静态混合器的进料口连通，氢气输送管线的出口分别与静态混合器的进料口和液相加氢反应段上的氢气入口连通；静态混合器的出料口与精馏段上的进料口连通。

在可选的实施方式中，换热器上设置有用于流入和流出热源的热源进口和热源出口，液相加氢反应段的底部设置有液相加氢产物出口，液相加氢产物出口与换热器的热源进口连通，换热器上的热源出口分别与第一输料管路和第二输料管路连通，以将液相加氢产物分为两路，其中，第一输料管路的出口与汽提分馏单元连通，第二输料管路的出口与静态混合器的进料口连通，以利用部分液相加氢产物回流至组合床塔式设备中。

在可选的实施方式中，还包括用于进行气液分离的分离器，气相加氢反应段的顶部设置有气相加氢产物出口，气相加氢产物出口与分离器的进料口连通，分离器的底部液相出口与第一输料管路连通。

本发明具有以下有益效果：通过在一个组合床塔式设备中进行精馏、气相加氢反应和液相加氢反应，气相加氢反应具有氢耗低、反应热低等优点，依靠原料油进料时达到充分的溶氢量，无需采用氢气循环系统即可完成反应。因此，本发明可以在不设置氢气循环系统的前提下完成反应，液相加氢反应具有床层温升小、催化剂利用率高、投资费用和操作费用低等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的汽油加氢装置的结构示意图。

主要元件符号说明：100-汽油加氢装置；110-组合床塔式设备；111-气相加氢反应段；112-精馏段；113-液相加氢反应段；120-原料泵；130-换热器；140-静态混合器；150-分离器；001-原料油输送管线；002-氢气输送管线；003-第一输料管路；004-第二输料管路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

请结合图1，本发明实施例提供一种汽油加氢方法，其通过在一个组合床塔式设备中进行精馏、气相加氢反应和液相加氢反应，包括：将原料油和氢气混合之后通入组合床塔式设备中进行精馏以得到气相组分和液相组分；气相组分在组合床塔式设备内上行进行气相加氢反应，液相组分在组合床塔式设备内下行进行液相加氢反应。

具体地，在组合床塔式设备中通过精馏可以将原料油和氢气的混合物分为气液两相，分别在上方和下方进行加氢反应。发明人创造性地，将两相加氢的反应在一个塔式设备中进行，依靠原料油进料时达到充分的溶氢量，可以在不设置氢气循环系统的前提下完成反应，液相加氢反应具有床层温升小、催化剂利用率高、投资费用和操作费用低等优点。

具体地，原料油的选择不限，可以为馏分油，也可以为催化裂化、延迟焦化等二次加工油品，也可以为乙烯裂解装置产生油品。

在一些实施例中，原料油和氢气混合之后进入组合床塔式设备时的进料温度为220～350℃，优选为220～340℃。在此温度条件下，能够满足精馏预设气液比例。

在优选的实施例中，原料油和氢气的混合在静态混合器中进行，这样可以使原料油中的氢气达到当前原料油品在该温度和压力下的最大溶氢量。

进一步地，在气相加氢反应区域装填至少1-3层气相加氢催化剂床层，在液相加氢反应区域装填2-4层液相加氢催化剂床层；一般控制气相加氢反应的床层数量小于液相加氢反应的床层数量为宜，如气相加氢反应为1个催化剂床层，液相加氢反应为3个催化剂床层。

具体地，气相加氢催化剂床层和液相加氢催化剂床层填装的催化剂的种类略有区别，如气相加氢催化剂床层填充常规的气相加氢催化剂即可，如FF-66、RS-20等，液相加氢催化剂床层填充常规的液相加氢催化剂即可，如FDS-1、FHUDS-8等。

在一些实施例中，在液相加氢反应区域中相邻的两个催化剂床层间补充氢气，如图1中，液相加氢反应为3个催化剂床层，在塔的中下部相邻的两个床层之间进行氢气补充，以满足液相加氢反应的氢气需求。

进一步地，控制组合床塔式设备的操作温度为240～350℃，操作压力为3～10MPa。具体地，操作温度为组合床塔式设备的大致反应温度，可以为240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃等，也可以为以上相邻温度值之间的任意值；操作压力可以为3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa等，也可以为以上相邻压力值之间的任意值。

进一步地，控制组合床塔式设备的氢油比为200～1000，体积空速为0.5～5.0h^-1。具体地，氢油比为氢气的总用量的体积流率与原料油流率之比，可以为200、300、400、500、600、700、800、900、1000等；体积空速可以为0.5h^-1、1.0h^-1、2.0h^-1、3.0h^-1、4.0h^-1、5.0h^-1等。

进一步地，在组合床塔式设备的塔顶输出气相加氢产物，将气相加氢产物进行气液分离得到排放气和液相产品。在一些实施例中，在液相加氢反应的区域进行侧线采集，以收集排出的气体并与排放气混合输出，侧线采集出的气体主要为硫化氢、氢气等气体。

进一步地，在组合床塔式设备的塔底输出液相加氢产物，将液相加氢产物与原料油进行换热之后，部分液相加氢产物与原料油和氢气混合进入组合床塔式设备进行精馏，剩余液相加氢产物与液相产品混合输出。利用液相加氢产物与原料油换热提高能源利用率，将部分液相加氢产物回流至组合床塔式设备，采用液相循环加氢技术，该技术不设置氢气循环系统，依靠液相产品大量循环时携带进反应系统的溶解氢来提供新鲜原料进行加氢反应所需要的氢气。

本发明实施例提供一种汽油加氢装置100，包括组合床塔式设备110，组合床塔式设备110自上而下依次为气相加氢反应段111、精馏段112和液相加氢反应段113，精馏段112设置有用于向塔内输入原料油和氢气的进料口，气相加氢反应段111装填有气相加氢催化剂床层，液相加氢反应段113装填有液相加氢催化剂床层。

在一些实施例中，精馏段112位于组合床塔式设备110的中上部，利用气相加氢反应段111、精馏段112和液相加氢反应段113形成一套反应精馏组合床系统，在顶部区域进行气相加氢反应，在底部区域进行液相加氢反应。

在一些实施例中，汽油加氢装置100还包括用于对原料油加热的换热器130、用于进行原料油和氢气混合的静态混合器140和用于输送氢气的氢气输送管线002，换热器130的原料油出口与静态混合器140的进料口连通，氢气输送管线002的出口分别与静态混合器140的进料口和液相加氢反应段113上的氢气入口连通；静态混合器140的出料口与精馏段112上的进料口连通。原料油输送管线001将原料输送至原料泵，通过原料泵120将原料油输送至换热器130进行加热，然后进入静态混合器140与氢气混合均匀之后进入精馏段112进行精馏。

进一步地，换热器130上设置有用于流入和流出热源的热源进口和热源出口，液相加氢反应段113的底部设置有液相加氢产物出口，液相加氢产物出口与换热器130的热源进口连通，换热器130上的热源出口分别与第一输料管路003和第二输料管路004连通，以将液相加氢产物分为两路，其中，第一输料管路003的出口与汽提分馏单元连通，第二输料管路004的出口与静态混合器140的进料口连通，以利用部分液相加氢产物回流至组合床塔式设备110中。利用液相加氢产物作为换热器130加热的热源，用于加热原料油，降温之后的液相加氢产物分为两路，通过第一输料管路003输送至汽提分馏单元，通过第二输料管路004回流至静态混合器140中实现液相循环加氢(SRH)，可以在不设置氢气循环系统的前提下，依靠液相产品大量循环时携带进反应系统的溶解氢来提供新鲜原料进行加氢反应所需要的氢气。这样，液相加氢部分具有床层温升小，催化剂利用率高，投资费用与操作费用低等优点。

在一些实施例中，汽油加氢装置100还包括用于进行气液分离的分离器150，气相加氢反应段111的顶部设置有气相加氢产物出口，气相加氢产物出口与分离器150的进料口连通，分离器150的底部液相出口与第一输料管路003连通。分离器150对气相加氢产物进行气液分离，其分为顶部出口和底部出口两个出口，顶部出口为气相出口作为排放气输出，底部出口为液相出口与第一输料管路003连通之后进入汽提分馏单元。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的汽油加氢工艺具备以下优点：

(1)本发明实施例将精馏部分与轻、重组分加氢脱硫脱烯烃反应部分组合在一座塔器中进行，形成一套反应精馏组合床系统，减少了占地面积和设备投资，降低了设备维护成本。

(2)液相加氢部分通过液体产物的循环使得原料中溶解的氢量远高于加氢反应所需氢量，因此装置中无需使用价格昂贵的氢气循环压缩机，大大降低了装置投资。此外，还取消了热高压分离器与冷高压分离器等高压设备，装置运行安全风险降低，安全性能显著提高。

(3)液相加氢部分具有良好的反应效果，在较高空速下仍可实现深度加氢精制目的。

(4)液相加氢技术操作能耗较传统加氢技术低，降低了加氢生产成本。

(5)大幅度降低了反应器温度梯度，接近等温操作，无局部过热和床层“飞温”现象，消除反应热点，减少结碳，使催化剂使用周期延长。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

以下实施例采用图1中的汽油加氢装置100进行反应，具体包括如下步骤：

经过原料泵120将原料油输送至换热器130进行加热，然后将原料油与氢气输送管线002输送的氢气在静态混合器140中进行混合，之后进入精馏段112进行精馏分为气相组分和液相组分，气相组分在气相加氢反应段111进行加氢反应，液相组分在液相加氢反应段113进行加氢反应。

氢气分为三股，一股氢气进入静态混合器140，另外两股用于对液相加氢反应段113进行供氢。

组合床塔式设备110塔底输出的液相加氢产物作为换热器130加热的热源用于加热原料油，降温之后的液相加氢产物分为两路，通过第一输料管路003输送至汽提分馏单元，通过第二输料管路004回流至静态混合器140中实现液相循环加氢(SRH)。

组合床塔式设备110顶部输出的气相加氢产物进入分离器150进行气液分离，气相出口作为排放气输出，底部出口为液相出口与第一输料管路003连通之后进入汽提分馏单元。在液相加氢反应段进行侧线采集，以收集排出的气体并与排放气混合输出。

实施例1

本实施例提供一种汽油加氢方法，具体参数如下：以硫含量350μg/g，氮含量29μg/g的裂解汽油为原料，控制反应温度250℃，反应压力3MPa，氢油比600，体积空速1.0h^-1。

经检测，本实施例所得到的精制裂解汽油中硫含量小于10μg/g。

实施例2

本实施例提供一种汽油加氢方法，具体参数如下：以硫含量524μg/g、氮含量117μg/g的焦化汽油为原料，控制反应温度260℃，反应压力6MPa，氢油比800，体积空速1.0h^-1。

经检测，本实施例所得到的精制焦化汽油中硫含量小于10μg/g。

对比例1

本对比例采用现有的滴流床加氢进行反应，原料和反应条件参照实施例1。

经检测，本对比例所得到的精制裂解汽油硫含量为21μg/g，难以降低至10μg/g以下。

对比例2

本对比例采用现有的滴流床加氢进行反应，原料和反应条件参照实施例2。

经检测，本对比例所得到的精制焦化汽油硫含量为17μg/g，难以降低至10μg/g以下。

对比例3

与实施例1的区别仅在于反应温度降低至200℃，其余参数相同。加氢后所得到的精制裂解汽油中硫含量309μg/g，远大于汽油产品标准10μg/g。

对比例4

与实施例1的区别仅在于反应温度升高至370℃，其余参数相同。经过一段时间试验后，床层压降增加，催化剂活性降低直至失活。

对比例5

与实施例2的区别仅在于氢油比降低至180，其余参数相同。加氢后所得到的精制焦化汽油中硫含量112μg/g，远大于汽油产品标准10μg/g。

对比例6

与实施例2的区别仅在于氢油比增加至1200，其余参数相同。加氢后所得到的精制焦化汽油中硫含量14μg/g，大于汽油产品标准10μg/g。

对比例7

与实施例2的区别仅在于压力降低至2MPa，其余参数相同。加氢后所得到的精制焦化汽油中硫含量远大于汽油产品标准10μg/g。

对比例8

与实施例2的区别仅在于压力升高至12MPa，其余参数相同。焦化汽油加氢脱硫效果与实施例2相近，但压力升高导致经济效益较差。

试验例1

组合床反应器在实施例1条件下稳定运行1000小时，汽油加氢效果未发生衰减，证实组合床反应器催化剂具有较长的使用周期，较好的成本性。组合床反应器中催化剂与相同运转时间下滴流床催化剂进行对比，组合床反应器中催化剂表面结碳略少。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽油加氢方法，其特征在于，其通过在一个组合床塔式设备中进行精馏、气相加氢反应和液相加氢反应，包括：

将原料油和氢气混合之后通入所述组合床塔式设备中进行精馏以得到气相组分和液相组分；所述气相组分在所述组合床塔式设备内上行进行气相加氢反应，所述液相组分在所述组合床塔式设备内下行进行液相加氢反应。

2.根据权利要求1所述的汽油加氢方法，其特征在于，原料油和氢气混合之后进入所述组合床塔式设备时的进料温度为220～350℃，优选为220～340℃。

3.根据权利要求1或2所述的汽油加氢方法，其特征在于，在气相加氢反应区域装填至少1-3层气相加氢催化剂床层，在液相加氢反应区域装填2-4层液相加氢催化剂床层；

优选地，在所述液相加氢反应区域中相邻的两个催化剂床层间补充氢气。

4.根据权利要求3所述的汽油加氢方法，其特征在于，控制所述组合床塔式设备的操作温度为240～350℃，操作压力为3～10MPa；

优选地，氢油比为200～1000，体积空速为0.5～5.0h^-1。

5.根据权利要求1所述的汽油加氢方法，其特征在于，在所述组合床塔式设备的塔顶输出气相加氢产物，将所述气相加氢产物进行气液分离得到排放气和液相产品；

优选地，在所述液相加氢反应的区域进行侧线采集，以收集排出的气体并与所述排放气混合输出。

6.根据权利要求5所述的汽油加氢方法，其特征在于，在所述组合床塔式设备的塔底输出液相加氢产物，将所述液相加氢产物与所述原料油进行换热之后，部分所述液相加氢产物与所述原料油和氢气混合进入所述组合床塔式设备进行精馏，剩余所述液相加氢产物与所述液相产品混合输出。

7.一种用于实施权利要求1-6中任一项所述汽油加氢方法的汽油加氢装置，其特征在于，包括组合床塔式设备，所述组合床塔式设备自上而下依次为气相加氢反应段、精馏段和液相加氢反应段，所述精馏段设置有用于向塔内输入原料油和氢气的进料口，所述气相加氢反应段装填有气相加氢催化剂床层，所述液相加氢反应段装填有液相加氢催化剂床层。

8.根据权利要求7所述的汽油加氢装置，其特征在于，还包括用于对原料油加热的换热器、用于进行原料油和氢气混合的静态混合器和用于输送氢气的氢气输送管线，所述换热器的原料油出口与所述静态混合器的进料口连通，所述氢气输送管线的出口分别与所述静态混合器的进料口和所述液相加氢反应段上的氢气入口连通；所述静态混合器的出料口与所述精馏段上的进料口连通。

9.根据权利要求8所述的汽油加氢装置，其特征在于，所述换热器上设置有用于流入和流出热源的热源进口和热源出口，所述液相加氢反应段的底部设置有液相加氢产物出口，所述液相加氢产物出口与所述换热器的热源进口连通，所述换热器上的热源出口分别与第一输料管路和第二输料管路连通，以将所述液相加氢产物分为两路，其中，所述第一输料管路的出口与汽提分馏单元连通，所述第二输料管路的出口与所述静态混合器的进料口连通，以利用部分所述液相加氢产物回流至所述组合床塔式设备中。

10.根据权利要求9所述的汽油加氢装置，其特征在于，还包括用于进行气液分离的分离器，所述气相加氢反应段的顶部设置有气相加氢产物出口，所述气相加氢产物出口与所述分离器的进料口连通，所述分离器的底部液相出口与所述第一输料管路连通。

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