一種兩相加氫反應器及應用的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種兩相加氫反應器及應用，氣液分配器上方與液相收集盤、降液通道所圍成的空間為氣相室，氫氣引入氣相室，溶氫設備上部的液相由液相收集盤收集，通過降液通道流入氣液分配盤上，氣相與液相經過氣液分配器激烈混合傳質，使氫氣可以很好地溶解在液相中，氣液物料通過氣液分配盤后，氣液分離，溶解了氫氣的液相向下進入催化劑床層進行加氫反應，氣相在氣液分配盤下方匯集引入下一個溶氫設備的氣相室。本發明可以進一步提高兩相加氫反應效果。
【專利說明】一種兩相加氫反應器及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種兩相加氫反應器及應用，具體地說涉及一種柴油原料兩相加氫生產優質柴油產品的兩相加氫反應器及應用，屬于石油化工領域。
【背景技術】
[0002]隨著人們環保意識的不斷增強，環保法律法規對發動機尾氣排放要求更加嚴格，各種燃油標準要求S、N的含量也更加苛刻。同時由于原油開采量的不斷增加和常規原油儲量的不斷減少，原油劣質化趨勢越來越嚴重，原油直接蒸餾得到的中間餾分油及焦化、催化裂化等二次加工得到的中間餾分的S、N含量也相應增加，如何將硫、氮等雜質含量較高的中間餾分加工成滿足環保要求的產品是各煉廠所面臨的重要問題。
[0003]加氫過程是脫除中間餾分雜質的最經濟有效的方案。現有的大部分加氫裝置都采用較高的氫油比和氫分壓，以保證催化劑運轉壽命，促進加氫脫硫、脫氮、芳烴飽和及裂化等反應。然而壓力較高的氫氣循環系統需要高的投資費用和操作成本，間接地增加了油品的生產成本。
[0004]隨著技術人員對加氫技術的不斷深入理解，一種兩相加氫技術被開發出來。在原料和稀釋油中溶解過飽和氫氣，直接進入反應器進行加氫反應，取消循環氫系統，降低成本。由于取消了循環氫系統，所以該工藝對原料的適應性具有一定的局限性。該技術在反應過程中主要為兩相，即液相(原料油及稀釋油)和固相(催化劑)，本專利中稱該工藝為兩相加氫技術。
[0005]兩相加氫技術的關鍵在于油中氫氣的溶解量，氫氣的溶解量越多，加氫效果越好，如果溶解的氫氣量不足，在反應器的后半部分會因為沒有氫氣而發生熱聚反應，催化劑上大量積炭，甚至導致反應器床層壓降升高，所以兩相加氫技術都采用大量的循環油攜帶反應用氫氣。通常為減少循環油用量，降低能耗，兩相加氫技術的反應器一般較小，并在反應器之間設置溶氫設備，以促進加氫反應深度。
[0006]US6881326介紹了一種兩相加氫預處理技術。其工藝過程為新鮮原料油、循環油和氫氣經過一個混氫裝置將氫氣溶解在油中，溶解氫氣的油進入較小的反應器與催化劑接觸進行加氫反應，脫出油中的雜質。反應后物流一部分循環至混氫裝置，一部分作為產品從裝置排出。此方法采用原料和循環油進入反應器前將所需氫氣預先溶解在油中，可以省略循環氫系統。該方法反應器一般較小，反應器之間需要設置溶氫設備，且需要大量的循環油攜帶氫氣。
【發明內容】
[0007]針對現有技術的不足，本發明提供一種兩相加氫反應器及應用，可以在催化劑床層間實現氫氣溶解，促進加氫反應。
[0008]本發明兩相加氫反應器內設置至少兩個催化劑床層，采用上進料下出料的操作方式，在至少兩個催化劑床層的上部設置溶氫設備；溶氫設備包括液相收集盤、降液通道和氣液分配盤，液相收集盤設置在氣液分配盤上部；氣液分配器上方與液相收集盤、降液通道所圍成的空間為氣相室，在最上部溶氫設備的氣相室設置補充氫氣入口 ；氣液分配盤上設置氣液分配器，降液通道與氣液分配盤之間具有間隙，間隙的上端低于氣液分配盤上氣液分配器的上端氣液入口 ；氣液分配盤與下部的催化劑床層之間設置氣液分離空間，并設置過量氫氣的排出通道，過量氫氣的排出通道穿過催化劑床層，將過量氫氣直接引入相鄰下一個溶氫設備的氣相室；最后一個溶氫設備的過量氫氣的排出通道將氫氣引出反應器。
[0009]本發明兩相加氫反應器中，過量氫氣的排出通道設置在相鄰兩個溶氫設備之間，過量氫氣的排出通道上端開口設置在相鄰兩個溶氫設備的上部溶氫設備的氣液分配盤下方氣相空間，過量氫氣的排出通道下端開口設置在相鄰兩個溶氫設備的下部溶氫設備的氣相室。過量氫氣的排出通道上端開口上方優選設置帽罩結構。
[0010]本發明兩相加氫反應器中，液相收集盤和降液通道相連通，主要作用是收集反應器上部流下來的液相，然后通過降液通道引到氣液分配盤上；同時液相收集盤還可以防止補充的氫氣向上流動進入上部催化劑床層。
[0011]本發明兩相加氫反應器中，降液通道為至少一個，降液通道可以設置在貼近反應器壁一側，也可以設置在反應器中間。降液通道的總流通截面積為反應器進料管流通截面積的1.0~2.0倍，優選1.0~1.2倍。降液通道底沿與氣液分配盤面間的流通截面積為反應器進料管流通截面積的1.0~2.0倍，優選1.1~1.5倍。
[0012]本發明兩相加氫反應器中，氣液分配盤上設置氣液分配器，氣液分配器為本領域技術人員所熟知的氣液混合傳質部件。氣液分配器可以是常規的各種形式，如抽吸型氣液分配器、溢流型氣液分配器、混合型氣液分配器等(混合型同時具有抽吸作用和溢流作用)。抽吸型氣液分配器和混合型氣液分配器發生抽吸時的液位高度高于降液通道底沿，溢流型氣液分配器液相溢流時的液位高度高于降液通道底沿。對于具有泡罩結構的抽吸型氣液分配器來講，氣液分配器泡罩底沿距氣液分配盤面高度為降液通道底沿距氣液分配盤面高度的1.2~2.5倍，優選為1.5~2.0倍。具體高度根據泡罩的結構做適當調整。
[0013]本發明兩相加氫反應器中，最上部溶氫設備的補充氫氣入口和最后一個溶氫設備的過量氫氣排出口可以設置在反應器的器壁上，也可以采用其它適宜的方式，例如采用穿過催化劑床層的補充氫氣管路和穿過催化劑床層的過量氫氣排出管路。
[0014]本發明兩相加氫技術，采用本發明的兩相加氫反應器，以沸程大于120°C的任意餾分油為原料，在加氫條件下，進行兩相加氫反應，反應液相流出物部分循環回反應器。
[0015]本發明兩相加氫工藝操作條件為:反應溫度10(T40(TC，優選26(T380°C ;反應壓力1.5~8.0MPa,優選2.0~6.0MPa ;體積空速0.6~5.011，優選1.0~2.51 ;循環油與新鮮原料體積混合體積比為0.5:1^6.0:1,優選1:1^3:1 ;催化劑床層間溶氫設備補充的氫氣量一般按氣液體積比2: 1-100:1，優選5: 1-50:1。
[0016]本發明兩相加氫工藝中使用的加氫催化劑為本領域常規的加氫處理催化劑，其中催化劑的活性金屬組分可以為鎳、鈷、鑰或鎢等一種或幾種，催化劑在使用前進行硫化處理，將活性金屬組分轉化為硫化態。催化劑組成以重量百分比計可以包括:鎳或鈷為
0.59TlO% (按其氧化物來計算)，鑰或鎢為1%~35% (按其氧化物來計算)，載體可以為氧化鋁，氧化硅，氧化鋁一氧化硅，氧化鈦等一種或幾種。催化劑為擠出物或球形。催化劑的堆密度為0.5^1.lg/cm3，催化劑顆粒直徑(球形直徑或條形直徑)為0.0r1.0mm,比表面積為8(T350m2/g。催化劑床層采用固定床形式。
[0017]本發明氫氣由進入溶氫設備的氣相室，溶氫設備上部的液相由液相收集盤收集，通過降液通道流入氣液分配盤上，氣相與液相經過氣液分配器激烈混合傳質，使氫氣很好地溶解在液相中，氣液混合物料通過氣液分配盤后，氣液分離，溶解了氫氣的液相向下進入催化劑床層進行加氫反應，氣相在氣液分配盤下方匯集引下一個溶氫設備的氣相室。
[0018]具體地說，本發明具有如下優點:
1、溶氫設備體積小巧，安裝在催化劑床層之間和反應器入口，占用反應器體積小，溶氫效率高；補充氫氣的引入和過量氫氣的排出，保證了反應體系在液相中進行，對兩相加氫反應不產生影響。
[0019]2、可以解決現有兩相加氫技術需要器外溶氫的問題，也能夠實現兩相加氫反應器的大型化。
[0020]3、本發明可以在現有的固定床加氫反應器實現，氣液分配盤為現有的成熟技術，只需加裝液相收集板、降液通道和過量氫氣排出通道即可，改造費用很低。
[0021]4、本發明反應器通過采用適宜的溶氫設備，在溶解氫氣提供加氫反應的同時，可以將液相物料中的硫化氫等雜質部分帶出反應器，減少了硫化氫對加氫反應的抑制作用，在相同的條件下提高了加氫反應效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明一種兩相加氫反應器及應用主視示意圖。
[0023]其中:1-反應器，2-降液通道，3-氣液分配器，4-催化劑床層，5-液相收集盤，6-氫氣引入口，7-氫氣引出口，8-氣液分配盤,9-過量氫氣的排出通道。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明一種兩相加氫反應器及兩相加氫方法予以進一步說明。
[0025]如圖1所示，原料和循環油進入反應器I內，向下流入液相收集盤5，通過降液通道2流入氣液分配盤8盤面，氫氣引入氣相室，氣相與液相通過氣液分配盤8上的氣液分配器3激烈混合傳質，使氫氣很好地溶入液相中，氣液物料通過氣液分配盤8后，氣液分離，溶解了氫氣的液相向下進入催化劑床層4進行加氫反應，氣相在氣液分配盤8下方匯集并通過過量氫氣的排出通道9引入下一個溶氫設備的氣相室。
[0026]為進一步說明本發明的方案，列舉以下實施例:
實施例1
反應器采用如圖1所示結構。兩相加氫反應器采用兩個催化劑床層，反應器入口和催化劑床層間設置溶氫設備，降液通道設置在靠近反應器壁一側，降液通道的總流通截面積為反應器進料管流通截面積的1.0倍，降液通道底沿與氣液分配盤面間的流通截面積為反應器進料管流通截面積的1.2倍。氣液分配盤上設置具有泡罩結構的抽吸型氣液分配器，氣液分配器泡罩底沿距氣液分配盤面高度為降液通道底沿距氣液分配盤面高度的2.0倍。
[0027]試驗使用原料性質見表I。兩相加氫反應器采用相同的催化劑，催化劑性質見表
2。兩相加氫裝置反應條件及生成油性質見表3。
[0028]比較例兩相加氫裝置的原料同實施例，采用循環油和原料在反應器外混合溶氫的操作方式。
[0029]
【權利要求】
1.一種兩相加氫反應器，兩相加氫反應器內設置至少兩個催化劑床層，采用上進料下出料的操作方式，其特征在于:在至少兩個催化劑床層的上部設置溶氫設備；溶氫設備包括液相收集盤、降液通道和氣液分配盤，液相收集盤設置在氣液分配盤上部；氣液分配器上方與液相收集盤、降液通道所圍成的空間為氣相室，在最上部溶氫設備的氣相室設置補充氫氣入口 ；氣液分配盤上設置氣液分配器，降液通道與氣液分配盤之間具有間隙，間隙的上端低于氣液分配盤上氣液分配器的上端氣液入口 ；氣液分配盤與下部的催化劑床層之間設置氣液分離空間，并設置過量氫氣的排出通道，過量氫氣的排出通道穿過催化劑床層，將過量氫氣直接引入相鄰下一個溶氫設備的氣相室；最后一個溶氫設備的過量氫氣的排出通道將氫氣引出反應器。
2.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于:過量氫氣的排出通道設置在相鄰兩個溶氫設備之間，過量氫氣的排出通道上端開口設置在相鄰兩個溶氫設備的上部溶氫設備的氣液分配盤下方氣相空間，過量氫氣的排出通道下端開口設置在相鄰兩個溶氫設備的下部溶氫設備的氣相室。
3.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于:液相收集盤和降液通道相連通，液相收集盤收集反應器上部流下來的液相，然后通過降液通道引到氣液分配盤上。
4.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于:降液通道為至少一個，降液通道設置在貼近反應器壁一側，或者設置在反應器中間。
5.根據權利要求1或4所述的反應器，其特征在于:降液通道的總流通截面積為反應器進料管流通截面積的1.0~2.0倍，優選1.0~1.2倍。
6.根據權利要求1或4所述的反應器，其特征在于:降液通道底沿與氣液分配盤面間的流通截面積為反應器進料管流通截面積的1.0~2.0倍，優選1.1~1.5倍。
7.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于:氣液分配盤上設置氣液分配器，氣液分配器為本領域常規的氣液混合傳質部件。
8.根據權利要求7所述的反應器，其特征在于:氣液分配器為抽吸型氣液分配器、溢流型氣液分配器、混合型氣液分配器。
9.根據權利要求8所述的反應器，其特征在于:抽吸型氣液分配器和混合型氣液分配器發生抽吸時的液位高度高于降液通道底沿，溢流型氣液分配器液相溢流時的液位高度高于降液通道底沿。
10.根據權利要求8所述的反應器，其特征在于:抽吸型氣液分配器為具有泡罩結構的抽吸型氣液分配器，氣液分配器泡罩底沿距氣液分配盤面高度為降液通道底沿距氣液分配盤面高度的1.2~2.5倍，優選為1.5~2.0倍。
11.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于:最上部溶氫設備的補充氫氣入口和最后一個溶氫設備的過量氫氣排出口設置在反應器的器壁上。
12.—種兩相加氫方法,其特征在于:米用權利要求1至11任一權利要求所述的兩相加氫反應器，以沸程大于120°C的任意餾分油為原料，在加氫條件下，進行兩相加氫反應，反應液相流出物部分循環回反應器。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于:兩相加氫工藝操作條件為:反應溫度 100~4001:，優選 260-380°C;反應壓力 1.5~8.0MPa，優選 2.0~6.0MPa ;體積空速0.6~5.0h-1,優選1.0~2.51h1 ;循環油與新鮮原料體積混合體積比為0.5: ~6.0:1，優選1: 1~ 3:1 ;催化劑床層間溶氫設備補充的氫氣量按氣液體積比2: 1~100:1，優選5: 1~50:1。
14.根據權利要求12所述的方法，其特征在于:兩相加氫方法中使用的加氫催化劑為本領域常規的加氫處理催化劑，其中催化劑的活性金屬組分為鎳、鈷、鑰或鎢中的一種或幾種，催化劑在使用前進行硫化處理，將活性金屬組分轉化為硫化態；催化劑組成以重量百分比計可以包括:鎳 或鈷以氧化物計為0.59TlO%，鑰或鎢以氧化物計為1%~35%。
【文檔編號】C10G49/00GK103785332SQ201210432662
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月3日 優先權日:2012年11月3日
【發明者】王喜彬, 郭蓉, 曾榕輝, 蔣立敬 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院