PL180573B1 - Sposób wymiany ciepła w procesie hydroodsiarczania olejów napędowych - Google Patents

Abstract

1 Sposób wymiany ciepław procesie hydroodsiarczania olejów napędowych, w którym to procesie podgrzany wstępnie olej zasiarczony będący surowcem ogrzewa się w piecu do temperatury reakcji i podaje do reaktora hydroodsiarczania, po czym mieszaninę poreakcyjną rozdziela się w separatorach na fazę gazową lekkich węglowodorów, siarkowodoru i wodoru i fazę ciekłą oleju odsiarczonego, który podaje się do kolumny stabilizacyjnej po ustaleniujego temperatury na poziomie zbliżonym do temperatury' pracy tej kolumny, po czym górąkolumny odbiera się odpędzone za pomocąpary wodnej opary zawierające lżejsze węglowodory i pozostałe ilości siarkowodoru i wodoru, które to opary schładza się i kieruje do dalszej obróbki, a dołem kolumny odbiera się stabilizowany olej i po ustaleniu temperatury oleju na poziomie zbliżonym do temperatury pracy kolumny osuszającej podaje się olej do tej kolumny i prowadzi osusz.anie poprzez striping gazem azotowym, po czym odebrany z dołu kolumny osuszony olej schładza się i odbiera jako produkt, znamienny tym, ze olej napędowy zasiarczony podawany jako surowiec do procesu ogrzewa się przed piecem przezwymianę ciepła kolejno z trzema różnymi strumieniami technologicznymi, najpierw z pierwszym, którym jest strumień oleju osuszonego odbierany z kolumny osuszającej, następnie z drugim, którym jest strumień oleju stabilizowanego odbierany z kolumny stabilizacyjnej oraz z trzecim, którym jest strumień mieszaniny poreakcyjnej odbierany z reaktora, przy czym ilość ciepła, które przenosi się do surowca w wymianie z drugim strumieniem jest taka, aby temperatura tego strumienia, to jest olej stabilizowanego,była po wymianie ciepła niższa niż temperaturapracy kolumny osuszającej, po czym strumień ten ogrzewa się z kolei do temperatury pracy kolumny osuszającej poprzez wymianę ciepła z oparami odbieranymi górą kolumny stabilizacyjnej, schładzając tym samym opary, a ogrzewany w ten sposób strumień oleju podaje się do kolumny osuszającej, natomiast ilość ciepła która przenosi się do surowca w wymianie z trzecim strumieniem jest taka, aby temperatura tego strumienia, to jest mieszaniny poreakcyjnej, była po wymianie ciepła zbliżona do temperatury pracy kolumny stabilizacyjnej

Description

Przedmiotem wynalazku j est sposób wymiany ciepła w procesie hydroodsiarczania olejów napędowych, pozwalający na obniżenie energochłonności procesu.

Proces technologiczny hydroodsiarczania olejów napędowych przebiega w kilku następujących po sobie operacjach jednostkowych. Olej napędowy zasiarczony, będący surowcem, ogrzewa się do temperatury reakcji i poddaje katalitycznemu odsiarczaniu w reaktorze, w obecności wodoru. Mieszaninę poreakcyjną rozdziela się w separatorach na fazę gazową zawierającą lekkie węglowodory, siarkowodór i wodór, oraz na fazę ciekłą odsiarczonego oleju, który poddaje się następnie stabilizacji w kolumnie stabilizacyjnej. Stabilizacja polega na odpędzeniu z oleju, poprzez striping parą wodną, pozostałych ilości lżejszych węglowodorów, siarkowodoru i wodoru. Stabilizowany olej zawiera pewną ilość wody, którą usuwa się w węźle osuszania stosując striping olej gazem azotowym.

Poszczególne operacje jednostkowe procesu, to jest odsiarczanie, separację, stabilizację i odwodnienie oleju prowadzi się w różnych, właściwych dla danej operacji temperaturach. Katalityczny proces odsiarczania przebiega w temperaturze 350-380°C, a separacja - w temperaturze 170-200°C w przypadku stosowania separatorów wysokotemperaturowych, lub 35-45°C w przypadku separatorów pracujących na zasadzie zmiany ciśnienia. Stabilizację oleju odsiarczonego prowadzi się w temperaturze 170-200°C i końcową operacje odwadniania oleju przy 90-100°C. Cały proces wymaga więc najpierw wprowadzenia dużych ilości ciepła, a następnie odprowadzania go ze strumieni, których temperaturę obniża się do wartości właściwej dla kolejnych operacji. Poziom energochłonności procesu hydroodsiarczania jest, obok efektywności katalitycznego odsiarczania, najistotniejszym czynnikiem decydującym o jakości procesu. Obniżenie energochłonności uzyskuje się przez wymianę ciepła między strumieniami technologicznymi o zróżnicowanej temperaturze. Jednakże w znanych procesach hydroodsiarczania wciąż w zbyt małym stopniu wykorzystane są możliwości odzysku ciepła zakumulowanego w strumieniach technologicznych. W szczególności tracone jest ciepło zawarte w strumieniach małych, o małym natężeniu przepływu i w strumieniach o stosunkowo niskiej temperaturze. Ciepło tracone jest w wyniku schładzania tych strumieni wodą chłodzącą, która jest ponadto medium kosztownym, zaś straty ciepła uzupełniane sądodatkowymi ilościami oleju opałowego spalanego w piecu podgrzewającym surowiec.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu wymiany ciepła, który umożliwia jak najpełniejsze wykorzystanie ciepła raz wprowadzonego i zawartego w układzie technologicznym procesu.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że strumienie, których ogrzanie w procesie wymaga największych ilości ciepła, to jest strumień oleju zasiarczonego będącego surowcem lub strumień oleju odsiarczonego podawanego do stabilizacji w przypadku niskotemperaturowej separacji mieszaniny poreakcyjnej, ogrzewa się przez wymianę ciepła kolejno z trzema różnymi strumieniami technologicznymi, z których pierwszym jest olej napędowy osuszony opuszczający kolumnę osuszającą, drugim - olej stabilizowany opuszczający kolumnę stabilizacyjną! trzecim - mieszanina poreakcyjna opuszczająca reaktor. W wymianie ciepła między drugim stru

180 573 mieniem, to jest olejem stabilizowanym zjednej strony, i surowcem albo olejem odsiarczonym z drugiej strony, ilość ciepła, którą przenosi się do surowca albo oleju odsiarczonego jest taka, aby temperatura oleju stabilizowanego po wymianie ciepła była niższa niż temperatura pracy kolumny osuszającej. Tak schłodzony olej stabilizowany ogrzewa się następnie do temperatury pracy kolumny osuszającej przez wymianę ciepła ze strumieniem oparów odbieranych górą kolumny stabilizacyjnej, schładzając jednocześnie w ten sposób opary, po czym olej kieruje się do kolumny osuszającej. Natomiast w wymianie ciepła między trzecim wymienionym strumieniem, to jest mieszaninąporeakcyjnąopuszczającąreaktor zjednej strony, i surowcem albo olejem odsiarczonym przed kolumną stabilizacyjną z drugiej strony, ilość ciepła, którą przenosi się do surowca albo do oleju odsiarczonego przed kolumną stabilizacyjną, jest taka, aby temperatura oleju odsiarczonego wprowadzanego do tej kolumny była po wymianie zbliżona do temperatury pracy kolumny stabilizacyjnej.

Okazało się, że włączenie do wymiany ciepła między strumieniami technologicznymi niedużego masowo strumienia jakim jest strumień oparów z kolumny stabilizacyjnej i strumienia oleju napędowego osuszonego o stosunkowo niskiej temperaturze, przenosi nieoczekiwanie wysoki wzrost stopnia wykorzystania ciepła zawartego w układzie technologicznym procesu, który to wzrost znajduje swoje odbicie w zaskakująco radykalnym obniżeniu zużyciu oleju opałowego będącego nośnikiem ciepła wprowadzanego do procesu, oraz podobnie radykalnym zmniejszeniu zużycia wody chłodzącej, którąw sposobie według wynalazku stosuje się tylko do dochłodzenia strumieni wymienionych wyżej, po efektywnym wykorzystaniu ich ciepła w procesie.

Dzięki wykorzystaniu ciepła oparów ze szczytu kolumny stabilizacyjnej do ogrzewania oleju stabilizowanego przed kolumną osuszającą, znacznie większą część ciepła oleju stabilizowanego opuszczającego kolumnę stabilizacyjną można wcześniej przenieść do wymagających ogrzania strumienia surowca albo strumienia oleju odsiarczonego kierowanego do kolumny stabilizacyjnej, to znaczy można schłodzić olej stabilizowany do temperatury niższej niż wymagane w kolumnie osuszającej. Efektywność przy tym tego przeniesienia ciepła rośnie niespodziewanie korzystnie, i wpływa na cały bilans cieplny układu technologicznego, dzięki uprzedniemu podgrzaniu strumieni ciepłem oleju osuszonego z kolumny osuszającej.

Stosowanie sposobu według wynalazku poważnie obniża energochłonność procesu hydroodsiarczania poprzez zwiększenie ilości ciepła zachowanego w układzie technologicznym i wykorzystanie go, w ogólnym bilansie, do ogrzania surowca przed piecem do wyższej temperatury.

Sposób według wynalazku objaśniony jest bliżej w przykładach, w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu technologicznego procesu hydroodsiarczania oleju napędowego, w którym to procesie separację oleju odsiarczonego od fazy gazowej prowadzi się w temperaturze wysokiej, a fig. 2 - schemat układu technologicznego, w którym separację prowadzi się w temperaturze niskiej, a separatorach pracujących na zasadzie zmiany ciśnienia.

W przykładzie I objaśniono wynalazek w oparciu o fig. 1 rysunku, a w przykładzie II - w oparciu o fig. 2.

Przykład I

Olej zasiarczony 1 o temperaturze 20-40°C, podawany do układu technologicznego jako surowiec, ogrzewa się przez wymianę ciepła kolejno z trzema różnymi strumieniami technologicznymi. Najpierw ogrzewa się go w wymienniku A do temperatury około 60°C kosztem ciepła oleju osuszonego 16 odbieranego z kolumny osuszającej 14, następnie w wymienniku B do temperatury około 150-160°C kosztem ciepła oleju stabilizowanego 10 odbieranego z kolumny stabilizacyjnej 9, oraz w wymienniku C do 300-340°C kosztem ciepła mieszaniny poreakcyjnej 2 o temperaturze 340-3 80°C, odbieranej z reaktora. Olej zasiarczony z wymiennika C, podaje się do pieca, ogrzewa do temperatury reakcji i wprowadza do reaktora hydroodsiarczania. Mieszaninę poreakcyjną2, która schłodziła się w wymienniku C do temperatury 170-200°C kieruje się do bloku separatorów 6 oddzielających od odsiarczonego oleju napędowego fazę gazową 7 zawierającą lekkie węglowodory, siarkowodór i wodór. Odsiarczony olej 8, o temperaturze 170-200°C, zawierający pewną ilość lekkich węglowodorów, siarkowodoru i wodoru podaje się do kolumny stabilizacyjnej 9. W kolumnie stabilizacyjnej, poprzez striping parą wodną następuje odpędzenie z

180 573 oleju lekkich węglowodorów, siarkowodoru i wodoru. Odsiarczony, stabilizowany olej napędowy 10, o temperaturze 170-198°C, zawierający pewną ilość wody, schładza się przez wymianę ciepła z surowcem - olejem zasiarczonym 1 w wymienniku B do temperatury 70-80°. Schłodzony olej podgrzewa się następnie w wymienniku 11 kosztem ciepła kondensujących się oparów 12 z kolumny stabilizacyjnej 9 do temperatury pracy kolumny osuszającej 14, to jest do 90-100°C i kieruje do tej kolumny. Opary, które w wymienniku ciepła 11 uległy schłodzeniu do 120-140°C dochładza się wodę do temperatury 35-45°C w chłodnicy wodnej 13. W kolumnie osuszającej 14 usuwa się z oleju poprzez striping azotem wodę i ewentualnie pozostałe lekkie węglowodory, odprowadzane z kolumny w postaci oparów 15. Olej napędowy osuszony 16 z kolumny 14, który po wymianie ciepła z olejem zasiarczonym 1 w wymienniku A schładza się do 55-70°C, dochładza się następnie wodą w chłodnicy wodnej 17 do temperatury około 40°C i odprowadza jako produkt.

Przykład II

Olej zasiarczony 1 o temperaturze 20-40°C, podawany do układu technologicznego jako surowiec, ogrzewa się do 280-300°C przez wymianę ciepła z opuszczającą reaktor mieszaniną poreakcyjną 2 w wymiennikach 3 i 4, po czym ogrzany olej podaje się do pieca celem dalszego ogrzania do temperatury reakcji i kieruje się go do reaktora. Mieszaninę poreakcyjną2 o temperaturze 340-380°Ć na wyjściu z reaktora, schładza się natomiast najpierw przez wymianę ciepła z surowcem w wymienniku 4 do temperatury 260-280°C, następnie do temperatury 180-200°C w wymienniku C' przez wymianę ciepła z olej em odsiarczonym 8 wchodzącym do kolumny stabilizacyjnej 9, i do temperatury 80-100°C, przez wymianę ciepła z surowcem wchodzącym do instalacji, w wymienniku 3. Następnie mieszaninę poreakcyjną schładza się w chłodnicy wodnej 5 do 35-45°C i podaje do bloku niskotemperaturowych separatorów ciśnieniowych 6, gdzie od oleju odsiarczonego oddziela się fazę gazową 7. Olej odsiarczony 8 po wyjściu z bloku separatorów 6 ogrzewa się przez wymianę ciepła kolejno z trzema różnymi strumieniami technologicznymi. Najpierw ogrzewa się go do około 65°C w wymienniku A' kosztem ciepła oleju osuszonego 16 opuszczającego kolumnę osuszającą 14, następnie w wymienniku B' ogrzewa się go do temperatury 100-120° kosztem ciepła oleju stabilizowanego 10, opuszczającego kolumną stabilizacyjną 9, oraz w wymienniku C' do temperatury 170-200°C kosztem ciepła mieszaniny poreakcyjnej 2, która wcześniej oddała część ciepła surowców w wymienniku 4. Olej odsiarczony ogrzany w ten sposób do temperatury pracy kolumny stabilizacyjnej 9, to jest do 170-200°C, wprowadza się do tej kolumny i za pomocą pary wodnej odpędza się w niej z oleju lekkie węglowodory, pozostały siarkowodór i wodór, które w postaci oparów 12 odprowadza się z góry kolumny. Odsiarczony stabilizowany olej 10 odbiera się z dołu kolumny 9 i schładza do temperatury 70°C w wymienniku B' przez wymianę ciepła z olejem odsiarczonym niestabilizowanym 8. Olej stabilizowany 10 ogrzewa się następnie w wymienniku 11 kosztem ciepła kondensujących się oparów 12 do temperatury 90-100°C, to jest do temperatury pracy kolumny osuszającej 14, do której wprowadza się ogrzany olej. Opary 12, po wymianie ciepła w wymienniku 11, dochładzane są wodą w chłodnicy wodnej 13 do 35-45°C. W kolumnie osuszającej 14 odpędza się, poprzez striping azotem, wodę oraz ewentualnie pozostałe w oleju lekkie węglowodory. Opary 15 odprowadza się górą kolumny, zaś odbierany dołem osuszony olej napędowy 16 oddaje ciepło w wymienniku A'jako pierwszy strumień ogrzewający olej odsiarczony kierowany do stabilizacji w kolumnie 9. Olej osuszony schłodzony w wymienniku A' do 60°C dochładza się wodą do temperatury 40°C w chłodnicy wodnej 17.

Skutki stosowania sposobu opisanego w przykładach 1 i 2, w postaci wzrostu temperatury oleju zasiarczonego - surowca na wejściu do pieca, oraz w postaci zmniejszenia zużycia mediów energetycznych, oleju opałowego i wody chłodzącej, przedstawiono w tabeli w porównaniu ze sposobem wymiany ciepła, w którym nie stosuje się wynalazku. Efekty podano dla instalacji o wydajności około 600.000 t oleju na rok.

180 573

Tabela

Efekt energetyczny	Przykład I	Przykład II
sposób bez stosowania wynalazku	sposób według wynalazku	sposób bez stosowania wynalazku	sposób według wynalazku
1. Temperatura surowca przed piecem (°C)	332	345	288	300
2. Zużycie oleju opałowego w piecu (t/h) (ogrzewanie do 353°C w piecu)	0,760	0,315	2,429	2,016
3. Zużycie wody chłodniczej (m /h): - chłodnica oleju osuszonego - chłodnica oparów z kolumny stabilizacyjnej	208 73	67 25	208 73	67 25

180 573

180 573

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wymiany ciepła w procesie hydroodsiarczania olejów napędowych, w którym to procesie podgrzany wstępnie olej zasiarczony będący surowcem ogrzewa się w piecu do temperatury reakcji i podaje do reaktora hydroodsiarczania, po czym mieszaninę poreakcyjnąrozdziela się w separatorach na fazę gazową lekkich węglowodorów, siarkowodoru i wodoru i fazę ciekłą oleju odsiarczonego, który podaje się do kolumny stabilizacyjnej po ustaleniu jego temperatury na poziomie zbliżonym do temperatury pracy tej kolumny, po czym górą kolumny odbiera się odpędzone za pomocą pary wodnej opary zawierające lżejsze węglowodory i pozostałe ilości siarkowodoru i wodoru, które to opary schładza się i kieruje do dalszej obróbki, a dołem kolumny odbiera się stabilizowany olej i po ustaleniu temperatury oleju na poziomie zbliżonym do temperatury pracy kolumny osuszającej podaje się olej do tej kolumny i prowadzi osuszanie poprzez striping gazem azotowym, po czym odebrany z dołu kolumny osuszony olej schładza się i odbiera jako produkt, znamienny tym, że olej napędowy zasiarczony podawany jako surowiec do procesu ogrzewa się przed piecem przez wymianę ciepła kolejno z trzema różnymi strumieniami technologicznymi, najpierw z pierwszym, którym jest strumień oleju osuszonego odbierany z kolumny osuszającej, następnie z drugim, którym jest strumień oleju stabilizowanego odbierany z kolumny stabilizacyjnej oraz z trzecim, którym jest strumień mieszaniny poreakcyjnej odbierany z reaktora, przy czym ilość ciepła, które przenosi się do surowca w wymianie z drugim strumieniem jest taka, aby temperatura tego strumienia, to jest olej stabilizowanego, była po wymianie ciepła niższa niż temperatura pracy kolumny osuszającej, po czym strumień ten ogrzewa się z kolei do temperatury pracy kolumny osuszającej poprzez wymianę ciepła z oparami odbieranymi górą kolumny stabilizacyjnej, schładzając tym samym opary, a ogrzewany w ten sposób strumień oleju podaje się do kolumny osuszającej, natomiast ilość ciepła która przenosi się do surowca w wymianie z trzecim strumieniem jest taka, aby temperatura tego strumienia, to jest mieszaniny poreakcyjnej, była po wymianie ciepła zbliżona do temperatury pracy kolumny stabilizacyjnej.
2. 2. Sposób wymiany ciepła w procesie hydroodsiarczania olejów napędowych, w którym to procesie podgrzany wstępnie olej zasiarczony będący surowcem ogrzewa się w piecu do temperatury reakcji i podaje do reaktora hydroodsiarczania, po czym mieszaninę poreakcyjnąrozdziela się w separatorach na fazę gazową lekkich węglowodorów, siarkowodoru i wodoru i fazę ciekłą oleju odsiarczonego, który podaje się do kolumny stabilizacyjnej po ustaleniu jego temperatury na poziomie zbliżonym do temperatury pracy tej kolumny, po czym górą kolumny odbiera się odpędzone za pomocą pary wodnej opary zawierające lżejsze węglowodory i pozostałe ilości siarkowodoru i wodoru, które to opary schładza się i kieruje do dalszej obróbki, a dołem kolumny odbiera się stabilizowany olej i po ustaleniu temperatury oleju na poziomie zbliżonym do temperatury pracy kolumny osuszającej podaje się olej do tej kolumny i prowadzi osuszanie poprzez striping gazem azotowym, po czym odebrany z dołu kolumny osuszony olej schładza się i odbiera jako produkt, znamienny tym, że mieszaninę poreakcyjną opuszczającą reaktor schładza się najpieiw przez wymianę ciepła do temperatury pracy separatorów ciśnieniowych, niskotemperaturach, po czym olej odsiarczony opuszczający separatory ogrzewa się przez wymianę ciepła z trzema różnymi strumieniami technologicznymi, najpierw z pierwszym, którym jest strumień oleju osuszonego odbierany z kolumny osuszającej, następnie z drugim, którym jest strumień oleju stabilizowanego odbierany z kolumny stabilizacyjny oraz trzecim, którym jest strumień mieszaniny poreakcyjnej odbierany z reaktora i schłodzony uprzednio częściowo, po opuszczaniu reaktora, przez wymianę ciepła z olejem zasiarczonym wchodzącym do pieca, przy czym ilość ciepła, którą przenosi się do oleju odsiarczonego w wymianie z drugim strumieniem jest

   180 573 taka, aby temperatura tego strumienia, to jest oleju stabilizowanego, była po wymianie ciepła niższa niż temperatura pracy kolumny osuszającej, po czym strumień ten ogrzewa się z kolei do temperatury pracy kolumny osuszającej, po czym strumień ten ogrzewa się z kolei do temperatury pracy kolumny osuszającej poprzez wymianę ciepła z oparami odbieranymi górą kolumny stabilizacyjnej, schładzając tym samym opary, a ogrzany w ten sposób strumień oleju podaje się do kolumny osuszającej, natomiast ilość ciepła, które przenosi się do oleju odsiarczonego w wymianie z trzecim strumieniem jest taka, aby temperatura oleju odsiarczonego wprowadzonego do kolumny stabilizacyjnej była po wymianie ciepła zbliżona do temperatury pracy tej kolumny, po czym trzeci strumień poddaje się wymianie ciepła z olejem zasiarczonym zimnym wchodzącym do procesu.

   * * *