一种碳氢料加氢反应三相产物的热高压分离气体脱尘方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳氢料加氢反应三相产物的热高压分离气体脱尘方法，其加工原料为含碳、氢元素的原料如油和或煤;特别地讲，本发明涉及一种烃加氢反应三相产物的热高压分离气体脱尘方法;热高分气冷凝油作为洗涤油S2LR进入加压临氢反应流出物RlOP的热高压分离气体脱尘过程S1DS，冲洗来自RlOP的含固体颗粒的闪蒸气体RlOPV以降低热高分气SlV中固体含量，适合于中低温煤焦油悬浮床加氢热裂化过程、煤加氢直接液化制油过程的三相产物的热高压分离气体脱尘过程，适合于构建热高分气在高压、热态进入加氢改质过程的单一高压操作系统，利于简化流程、提高操作安全性。
【背景技术】
[0002]本发明所述三相产物，指的是加压临氢反应产物属于气、液、固三相物流。
[0003]本发明所述加压临氢反应，指的是在氢气存在和加压条件下，含碳、氢元素的原料如油和或煤发生
[0004]本发明涉及中低温煤焦油原料烃RlOF的加氢改质过程，具体地讲，涉及使用上流式膨胀床比如悬浮床的中低温煤焦油或其重馏分的第一加氢热裂化反应流出物RlOP的热高压分离气体脱尘过程SlDS，目的在于降低热高分气SlV中的固体颗粒含量。
[0005]本发明涉及中低温煤焦油原料烃RlOF的第一加氢热裂化过程R10，以及后续的第二加氢提质反应过程R20。在第一加氢热裂化过程RlO，在氢气和第一加氢热裂化催化剂RlOC存在条件下，进行第一加氢热裂化反应RlOR得到第一加氢热裂化反应流出物R10P。
[0006]中低温煤焦油的常规沸点高于350°C的重馏分包含煤沥青，其适宜的第一步加氢方法是使用上流式膨胀床的第一加氢热裂化过程R10，根据需要后续加工可以配套第二加氢提质反应过程R20。
[0007]在使用上流式膨胀床的第一加氢热裂化过程RlO中，不可能实现100%全转化，因为过高的加氢热裂化单程转化率会导致中间烃馏分过度裂化多产气体、高沸点烃馏分过度热缩合多生焦炭，严重恶化产品分布，换句话说，为了最大限度利用原料油通常必然存在热裂化循环油。事实上，第一加氢热裂化反应流出物RlOP的分离过程，通常至少包含热高压分离过程SlO以分离出大部分催化剂和高沸点烃组分，根据需要，还可以包含热高分油的降压步骤IDPS和分馏过程IFRAC，其典型操作方案如下:
[0008]①在热高压分离过程SlO，第一加氢热裂化反应流出物RlOP完成高沸点烃组分和低沸点烃组分的相对分离，得到含有固体组分的热高分油SlL和包含低沸点烃组分的在体积上主要由氢气组成的含有固体的气体S10V;
[0009]②在降压步骤1DPS，来自热高分油SlL的含有固体颗粒的物流经过降压设备得到降压后物流SlL-VLS;
[0010]③在分馏过程1FRAC，回收降压后物流S1L-VLS，得到主要由常规沸点低于350°C的常规液态烃组成的馏分油F-LN2，至少一部分馏分油F-LN2进入第二加氢提质反应过程R20;
[0011]在分馏过程1FRAC，回收降压后物流S1L-VLS，得到主要由常规沸点为350?540°C的常规液态烃组成的馏分油F-LN3，至少一部分馏分油F-LN3返回加氢热裂化过程R1。
[0012]上述的第二加氢提质反应过程R20，与加氢热裂化过程RlO的流程关系有两种方案:
[0013]①一段流程即单一高压操作系统，含有固体的气体SlOV脱固体(也可同时脱部分高沸点组分)后成净化高分气S10VP，在高压、热态进入第二加氢提质反应过程R20;该方案投资少、能耗低；
[0014]②二段流程即两个高压操作系统，含有固体的气体SlOV经过冷高压分离步骤S30后得到含有固体组分的冷高分油S30L和在体积上主要由氢气组成的气体S30-PV;
[0015]含有固体组分的冷高分油S30L降压后完成脱固体步骤得到脱固体油品S70L，脱固体油品S70L经过加压、加热步骤后进入第二加氢提质反应过程R20;该方案实质上需建设2套高压装置，投资高、能耗高。
[0016]为了实现一段流程即单一高压操作系统，现有的含有固体的气体SlOV经过脱固体的方法是利用离心分离原理的旋风分离器，但是存在以下缺点:
[0017]①由于来自RlOP的含固体颗粒的闪蒸气体RlOPV属于饱和汽相，必然夹带液体雾滴，当气体SlOV中含有高粘度烃组分时，旋风分离器会因流道内形成的固体、重烃的联合沉积降低分离效率，长周期稳定工作难度大；
[0018]②由于气体RlOPV属于饱和汽相，必然夹带液体雾滴，当气体SlOV中含有粒径很小的固体颗粒时，由于雾滴对颗粒的粘附作用，旋风分离器的分离效率上限有限制，无法实现清晰分离，即高分气SlV作为净化气名不副实，如果采用一段流程即单一高压操作系统，将恶化第二加氢提质反应过程R20原料条件，或者导致使用固定床的反应器催化剂床层堵塞缩短操作周期，或者被迫采用上流式反应器比如沸腾床反应器从而增加投资和操作费用。
[0019]为了成功构建单一高压操作系统，即将中低温煤焦油重馏分的加氢热裂化过程RlO和净化高分气SlV的第二加氢提质反应过程R20组成一段流程，本发明认为含固体颗粒的气体RlOPV的可靠脱尘方式是传统的烃油洗涤方式即设置高压烃油洗涤段，基于这一概念性认识，本发明人相继提出了多种气体RlOPV的脱尘技术方案，并分别完成了专利申请，本专利申请是其中的一个技术方法。
[0020]为了强化气体RlOPV脱尘效果，本发明提出一种流程简单、能耗较低的气体RlOPV脱尘方法:热高分气SlV冷凝油S2LR作为循环洗涤油进入热高压分离气体脱尘过程SlDS的油洗气体脱尘段SlDSE，冲洗气体RlOPV中固体颗粒以降低热高分气SlV中固体含量;通常在一台热高压洗涤塔内工作。
[0021]从流程集成角度看，本发明将功能单一的热高压分离器SlE演变成了“闪蒸+洗涤塔”，并可以高效的直接混合完成传热，因此具有简化流程、节省投资、提高热量回收率的优点。
[0022]为了实现第一加氢热裂化反应流出物RlOP中轻重烃组分的清晰分离，降低热高分油SlL中的常规沸点低于设定值比如350°C的烃组分的含量以防止轻组分过度热裂化，可以组合使用专用的气提氢气热物流，此时则实现了流程的进一步集成。事实上，由于中低温煤焦油中含有大量的有机氧、有机氮，中低温煤焦油的加氢精制产物含有大量水、氨，为了降低反应过程特别是决定加氢改质产品质量的最后几个加氢催化剂床层中气相的水分压、氨分压，通常使用大量的循环氢作为水、氨组分的气相稀释剂。本发明相当于为大量循环氢气寻找到一种充分发挥其作用的途径。
[0023]最重要的是，为了节省投资，需要将中低温煤焦油重油的使用悬浮床加氢技术的第一加氢热裂化反应过程RlO和第二加氢提质反应过程R20构成在线串联操作即组合成一套高压系统，通常第二加氢提质反应过程R20加工中低温煤焦油中的常规沸点低于350?420°C的烃组分和第一加氢热裂化反应流出物RlOP中的常规沸点低于350?420°C的烃组分，但是第一加氢热裂化反应过程RlO的反应温度高达410?480 °C、而第二加氢提质反应过程R20的起始反应温度仅230?280 °C，二者温度差值高达160?200°C，很明显，两个反应区之间需要存在一个可靠的温度降低或能量移除步骤，本发明的出现满足了这一要求，也“顺势而为”地制造出了循环洗涤油。
[0024]从分馏系统构成角度讲，本发明实质上构成了一整套高压分馏系统，其构成如下:
[0025]①分馏塔传质部分，即洗涤塔；
[0026]分馏塔塔顶气的脱雾段，即分馏塔上部气液分离空间；
[0027]分馏塔精馏段，S卩加氢热裂化反应流出物RlOP或气体RlOPV进料口之上、洗涤油进料口之下的塔部分；
[0028]分馏塔提馏段或气提段，S卩加氢热裂化反应流出物RlOP或气体RlOPV进料口之下、气提氢气进料口之上的塔部分；
[0029]分馏塔塔低液相停留段，即分馏塔下部液相缓冲空间；
[0030]②分馏塔塔顶气冷凝冷却系统，即热高分气SlV冷凝冷却系统HX2；
[0031]③分馏塔塔顶冷回流罐系统，即热高分气SlV冷凝冷却物流SlVCl的气液分离部分，可以是罐或组合于其它设备内的气液分离区；
[0032]④分馏塔塔顶回流液回流系统，即来自热高分气冷凝油S2L的洗涤油S2LR的输送系统；
[0033]⑤分馏塔热源提供方，S卩加氢热裂化反应流出物RlOP或气体R10PV，也可能包括气提氢气热物流。
[0034]以上分析说明，本发明流程集成方案形成了“高压分馏塔及气提塔”系统，在一个气液洗涤过程中，将气体中固体的脱出过程、反应流出物R1P热能回收、反应流出物R1P轻重烃组分分离等过程高效集成，实现了 “传热、传质、气体脱固”的“操作一体化”，最大限度地限制了加氢热裂化反应流出物RlOP中固体的存在范围，最大限度地扩展了“无固体物流”的流程范围，即实现了最大限度的净洁化操作。
[0035]本发明构成了“上流式加氢反应过程+高压分馏气相脱尘过程+固定床加氢提质过程”单段流程，即构成了 “反应器+高压分馏塔+反应器”流程模式。
[0036]本发明所述方法未见报道。
[0037]当然本发明可以形成多种组合工艺，并且可以与其它工艺相组合。
[0038]因此，本发明的第一目的是提出一种碳氢料加氢反应三相产物的热高压分离气体脱尘方法，其加工原料为含碳、氢元素的原料如油和或煤。
[0039]本发明第二目的是提出一种烃加氢反应三相产物的热高压分离气体脱尘方法。
[0040]本发明第三目的是提出一种含固体的中低温煤焦油加氢热裂化反应流出物的热高压分离气体脱尘方法。
[0041]本发明第四目的是提出一种煤加氢直接制油反应流出物的热高压分离气体脱尘方法。
【发明内容】
[0042]本发明一种碳氢料加氢反应三相产物的热高压分离气体脱尘方法，其特征在于包含以下步骤:
[0043](I)在第一加氢反应过程R10，在至少存在氢气、液相烃和固体颗粒三相物料的条件下，至少含有碳元素和氢元素的原料RlOF进入第一加氢反应过程RlO进行第一加氢反应RlOR得到第一加氢反应流出物R10P;基于第一加氢反应流出物RlOP的至少含有固体和气体的物流用作物流RlOPX;
[0044]原料R10F，由液态物料RlOFL和或固态物料RlOFS组成；
[0045]第一加氢反应过程RlO中，至少存在氢气、液相烃和固体颗粒三相物料；
[0046]第一加氢反应R10R，包含至少一部分液态物料RlOFL的加氢精制反应，包含至少一部分液态物料RlOFL的加氢热裂化反应和或至少一部分固态物料RlOFS的加氢热裂化反应；
[0047]第一加氢反应过程RlO，可能使用催化剂；
[0048]第一加氢反应流出物R10P，为含有氢气、液相烃和固体颗粒的三相物料；
[0049](2)在热高压分离气体脱尘过程S1DS，设置油洗气体脱尘段S1DSE;
[0050]在脱尘段SlDSE，基于物流RlOPX的气体RlOPXV与来自步骤③的洗涤油S2LR完成至少一次气液接触后分离为主要由常规液态烃组成的含固体的热高油SlL和在体积上主要由氢气组成的热高分气SlV ；
[0051 ]可能存在来自物流RlOPX的含固体颗粒的闪蒸液体RlOPXL;
[0052]单位体积的热高分气SIV的固体重量含量的平均值，低于单位体积的气体RlOPXV中的固体重量含量平均值；
[0053](3)在分离部分S2，热高分气SlV分离为主要由常规液态烃组成的液体S2L和在体积上主要由氢气组成的气体S2V;
[0054]至少第一部分液体S2L作为洗涤油S2LR返回步骤②所述脱尘段SlDSE;
[0055]可能存在的第二部分液体S2L作为物流S2LT0R20使用。
[0056]本发明，通常，第一加氢反应过程R10，选自下列加氢反应过程的一种或2种或几种:
[0057]①煤加氢直接液化制油过程，包括使用供氢溶剂油的煤加氢直接液化制油过程、油煤共炼过程、煤临氢热溶液化过程；
[0058]②中低温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品的使用上流式膨胀床的加氢过程;热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化过程或重油催化裂解过程；
[0059]③高温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品的使用上流式膨胀床的加氢过程；
[0060]④页岩油重油或页岩油热加工过程所得油品的使用上流式膨胀床的加氢过程；
[0061]⑤乙烯裂解焦油的使用上流式膨胀床的加氢过程；
[0062]⑥石油基重油热加工过程所得油品的使用上流式膨胀床的加氢过程；
[0063]⑦石油砂基重油热加工过程所得油品的使用上流式膨胀床的加氢过程；
[0064]⑧其它芳烃重量含量高于50%、有机氮重量含量高于0.10%的烃油的使用上流式膨胀床的加氢过程。
[0065]本发明，通常，在热高压分离气体脱尘过程S1DS，设置油洗气体脱尘段S1DSE;
[0066]在脱尘段S1DSE，设置气体与油液接触的传质段S1DSTM;
[0067]物流RlOPX进入脱尘段SlDSE的传质段SlDSTM的下部，来自物流RlOPX的含固体颗粒的闪蒸气体RlOPXV向上流过传质段SlDSTM与洗涤油液体完成至少2次逆流接触后离开脱尘段SlDSE成为热高分气S1V，洗涤油S2LR进入传质段SlDSTM上部向下流过传质段SlDSTM与闪蒸气体RlOPXV完成逆流接触后离开传质段SlDSTM成为富尘洗涤油SlLXX，富尘洗涤油SlLXX离开脱尘段SlDSE成为含固体颗粒的热高油SlL;闪蒸气体RlOPXV中的大部分固体颗粒进入热高油SlL中；
[0068]可能存在的来自物流RlOPX的含固体颗粒的闪蒸液体RlOPXL离开脱尘段S1DSE;—般，在热高压分离气体脱尘过程S1DS，富尘洗涤油SlLXX和闪蒸液体RlOPXL混合成为含固体颗粒的热高油S1L。
[0069]本发明，通常，在加氢改质过程R99，设置第二加氢提质反应过程R20;
[0070]在第二加氢提质反应过程R20，气体S2V和可能存在的物流S2LT0R20进入第二加氢提质反应过程R20，在氢气和第二加氢提质催化剂R20C存在条件下进行第二加氢提质反应R20R，得到第二加氢提质反应流出物R20P。
[0071 ]本发明，可以设置高压预分离过程BS，其特征在于:
[0072](2)在热高压分离气体脱尘过程S1DS，设置高压预分离过程BS;
[0073]在高压预分离过程BS，第一加氢反应流出物RlOP分离为含有固体颗粒的气体BSV和含有固体的液体物流BSL，至少一部分物流BSL返回第一加氢反应过程RlO进行第一加氢反应R10R。
[0074]本发明，可以设置高压预分离过程BS，设置降压步骤BSL-DPS和分馏过程BSL-FRAC，第一种工作方式为:
[0075]①在热高压分离气体脱尘过程S1DS，设置高压预分离过程BS，设置降压步骤BSL-DPS和分馏过程BSL-FRAC ；
[0076]在降压步骤BSL-DPS，物流BSL经过降压设备得到降压后物流BSL-VLS;
[0077]在分馏过程BSL-FRAC，回收降压后物流BSL-VLS，得到主要由常规沸点低于550°C的常规液态烃组成的馏分油BS-T0R10，至少一部分馏分油BS-T0R10返回第一加氢反应过程RlO进行第一加氢反应R10R。
[0078]本发明，可以设置高压预分离过程BS，设置降压步骤BSL-DPS和分馏过程BSL-FRAC，第二种工作方式为:
[0079]①在热高压分离气体脱尘过程SlDS，设置高压预分离过程BS，降压步骤BSL-DPS和分馏过程BSL-FRAC;
[0080]在降压步骤BSL-DPS，物流BSL经过降压设备得到降压后物流BSL-VLS;
[0081]在分馏过程BSL-FRAC，回收降压后物流BSL-VLS，得到主要由常规沸点低于350°C的常规液态烃组成的馏分油BS-T0R20-M，至少一部分馏分油BS-T0R20-M进入第二加氢提质反应过程R20与第二加氢提质催化剂R20C接触；
[0082]在分馏过程BSL-FRAC，回收降压后物流BSL-VLS，得到主要由常规沸点为350?550°C的常规液态烃组成的馏分油BS-T0R10-H，至少一部分馏分油BS-T0R10-H返回第一加氢反应过程RlO进行第一加氢反应R10R。
[0083]本发明，可以设置高压预分离过程BS，进行氢气气提过程BSHS，其特征在于:
[0084](2)在热高压分离气体脱尘过程SlDS，设置高压预分离过程BS，设置氢气气提过程BSHS ；
[0085]在高压预分离过程BS，第一加氢反应流出物RlOP或分离第一加氢反应流出物RlOP所得液体与气提氢气BSH完成至少一次接触，分离为含有固体的气体BSV和含有固体的液体物流BSL，至少一部分物流BSL返回第一加氢反应过程RlO进行第一加氢反应R10R。
[0086]本发明，可以设置高压预分离过程BS，进行氢气气提过程BSHS，氢气气提过程BSHS操作条件通常为于:
[0087](2)在热高压分离气体脱尘过程SlDS，设置高压预分离过程BS，设置氢气气提过程BSHS ；
[0088]在氢气气提过程BSHS，操作条件为:温度为250?480 °C、压力为6?25MPa、气提氢气BSH与第一加氢反应流出物RlOP中常规液态烃的气液体积比BS-KVL为50?5000;
[0089]气液体积比KVL 定义为:BS-KVL = VBSH/VBF ；
[0090]VBSH，表示气提氢气物流BSH的标准状态即(TC、I大气压下的体积流量，立方米/时；
[0091 ] VBF，表示第一加氢反应流出物RlOP中常规液态烃的20 °C、I大气压下的体积流量，立方米/时。
[0092]本发明，可以设置高压预分离过程BS，进行氢气气提过程BSHS，氢气气提过程BSHS操作条件一般为于:
[0093](2)在热高压分离气体脱尘过程SlDS，设置高压预分离过程BS，设置氢气气提过程BSHS ；
[0094]在高压预分离过程BS，操作条件为:温度为300?450°C、压力为10?20MPa、气液体积比 BS-KVL 为 500 ?2000。
[0095]本发明，可以设置高压预分离过程BS，进行氢气气提过程BSHS，氢气气提过程BSHS的气液接触次数可以为I次:
[0096](2)在热高压分离气体脱尘过程SlDS，设置高压预分离过程BS，设置氢气气提过程BSHS ；
[0097]在高压预分离过程BS，第一加氢反应流出物RlOP或分离第一加氢反应流出物RlOP所得液体与气提氢气BSH完成一次接触分离。
[0098]本发明，可以设置高压预分离过程BS，进行氢气气提过程BSHS，氢气气提过程BSHS的气液逆流接触次数可以为2?8次，在塔式设备内完成:
[0099](2)在热高压分离气体脱尘过程SlDS，设置高压预分离过程BS，设置氢气气提过程BSHS ；
[0100]在高压预分离过程BS第一加氢反应流出物RlOP或分离第一加氢反应流出物RlOP所得液体与气提氢气BSH完成2?8次逆流接触分离；高压预分离过程BS使用气提分离塔BST ；
[0101]第一加氢反应流出物RlOP进入气提分离塔BST的气液接触传质段BSTTM的上部，来自RlOP的液相RlOPL向下流动，来自RlOP的气相RlOPV向上流动；
[0102]气提氢气BSH进入气提分离塔BST的气液接触传质段BSTTM的下部向上流动；
[0103]在气液接触传质段BSTTM，向下流动的液体与向上流动的气提气接触，液体中的至少一部分低沸点组分蒸发汽化进入气相中。
[0104]本发明，通常，在热高压分离气体脱尘过程S1DS，洗涤油S2LR与物流RlOPX混合后分离为气体SlV和含有固体的液体物流S1L。
[0105]本发明，在热高压分离气体脱尘过程SlDS，洗涤油S2LR与基于物流RlOPX的气体R10PXV，可以完成一次气液逆流接触后分离为气体SlV和含有固体的液体物流S1L。
[0106]本发明，在热高压分离气体脱尘过程SlDS，洗涤油S2LR与基于物流RlOPX的气体R10PXV，可以完成2?8次气液逆流接触分离;接触分离过程使用塔式气提分离区S1ST，洗涤油S2LR进入塔式气提分离区SlST的气液接触传质SlTTM的上部向下流动；
[0107]物流RlOPX进入塔式气提分离区SIST的气液接触传质段SI TTM的下部，来自物流RlOPX的含固体颗粒的闪蒸气体RlOPXV向上流动；在气液接触传质段S1TTM，向下流动的液体与向上流动的气提气接触，闪蒸气体RlOPXV中的大部分固体颗粒进入热高油SlL中。
[0108]本发明，在热高压分离气体脱尘过程S1DS，可以设置补充氢气气提过程S1BHS:
[0109]在热高压分离气体脱尘过程S1DS，洗涤油S2LR与基于物流RlOPX的气体RlOPXV完成至少一次接触，洗涤油S2LR与来自补充氢气气提过程SlBHS的气体Vffi完成至少一次接触，分离为气体SI V和液体LKK;
[0110]在补充氢气气提过程S1BHS，来自物流RlOPX的含固体颗粒的闪蒸液体RlOPXL与补充气提氢气SlBH完成至少一次接触，分离为气体VKK和液体S1L。
[0111]本发明，设置的补充氢气气提过程SlBHS的操作条件通常为于:
[0112](2)在热高压分离气体脱尘过程SlDS，设置补充氢气气提过程SlBHS;
[0113]在补充氢气气提过程S1BHS，操作条件为:温度为250?480°C、压力为6?25MPa、气提氢气SI BH与物流Rl OPX中常规液态烃的气液体积比S1-KVL为50?5000;
[0114]气液体积比SlB-KVL 定义为:KVL = VS1BH/VS1F;
[0115]VS1BH，表示气提氢气物流SlBH的标准状态即0°C、I大气压下的体积流量，立方米/时；
[0116]VSlF，表示物流RlOPX中常规液态烃的20°C、I大气压下的体积流量，立方米/时。
[0117]本发明，设置的补充氢气气提过程SlBHS的操作条件一般为于:
[0118](2)在热高压分离气体脱尘过程SlDS，设置补充氢气气提过程SlBHS;
[0119]在补充氢气气提过程S1BHS，操作条件为:温度为300?450°C、压力为10?20MPa、气液体积比SlB-KVL为500?2000。
[0120]本发明，设置补充氢气气提过程SlBHS，来自物流RlOPX的含固体颗粒的闪蒸液体RlOPXL与补充气提氢气SlBH完成一次气液逆流接触。
[0121 ]本发明，设置补充氢气气提过程SlBHS，来自物流RlOPX的含固体颗粒的闪蒸液体RlOPXL与补充气提氢气S1BH，可