CN102311761B - 一种低氢油比的加氢处理方法和反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低氢油比的加氢处理方法及反应器，氢气直接输送至反应器顶部空间，在反应器内顶部设置液相分配器，液相分配器由上部空心盘结构和与空心盘连通的至少一个文丘里喷射器构成，原料油通过管道直接输送至液相分配器的空心盘中，经空心盘进入文丘里喷射器，在文丘里喷射器出口喷射为雾状流体分散在气相中，然后向下流动经过催化剂床层进行加氢处理反应。本发明加氢处理方法和反应器可以降低反应氢油比，提高氢气的使用效率，提供良好的加氢环境，同时提高催化剂及反应器体积的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种低氢油比固定床加氢处理方法和反应器，特别是在固定床加氢工艺中提高氢气利用效率进而降低氢油比的工艺方法和反应器。
背景技术
常规的固定床加氢工艺是脱除原料油中硫、氮等杂质最经济有效的方法。在固定床加氢装置的操作中，往往采用较高的氢油比和氢分压，以保证催化剂活性，促进加氢脱硫、脱氮、芳烃饱和及裂化等反应的进行。然而，压力较高的氢气循环系统需要高的投资费用和操作成本，间接地增加了油品的生产成本。如果能够将加氢处理过程中的氢气流量减小，则可以为企业节省设备投资和操作费用，进而降低清洁燃料的生产成本。
固定床反应器传质的状态一般为：原料油均匀分布在催化剂颗粒表面，氢气在催化剂床层空隙中穿过。所以氢气需要溶解在原料油中，才能与催化剂接触，参与加氢反应。也就是说，当固定床加氢工艺采用较高的氢分压和氢油比操作时，实际提供的氢气量远远超过化学反应所需的氢气量，这种操作模式仅仅是为了增强氢气的传质动力，保证原料油中的氢气溶解度。因此，可以通过优化和改进反应器的气液分配器等设备提高氢气的使用效率，降低加氢装置的操作费用。
在现有的固定床加氢工艺中，氢气在管线中简单地注入原料油中，并没有经过充分的混合。根据工艺条件测算，在反应条件下，管线中氢气体积约为原料油体积的10倍以上，所以其流动状态属于以气相为主的气液两相流动。在这种状况下气液两相流动一般呈现为分层流、环状流或柱塞流形式。分层流表现为气液两相分开流动，两相之间存在一平滑的分界面；环状流表现为液相沿管壁呈膜状流动，气相在管道中间流动；柱塞流表现为液相和气相形成不同长度的圆柱状在管道中相间流动。由此可见，气液两相的流动状态导致其接触面积较小，进入反应器前不可能使氢气充分溶解于原料油中。
在固定床反应器顶部一般设置气液分布器，但气液分布器是为了使气液在径向上均匀分布在整个催化剂床层上，对增加液相中氢的溶解量无明显作用。现有的固定床加氢反应器气液分配器主要为溢流型分配器和抽吸式泡帽型分配器，溢流型分配器基本不具有溶氢功能。抽吸式泡帽型分配器工作原理为：在气液两相由上而下并流过程中，液相落入收集盘，收集盘上分布许多中心管和泡帽组成的机构，当收集盘中液位高度接近泡帽下边缘时，气相的流通截而突然缩小，使得气相流速突然增大，在泡帽内与泡帽内中心管之间的环隙间产生负压，导致气相将液相带入中心管，流入下一床层。此种方式须有大量的循环氢带动，液相也是被吸入下一床层的，无法被雾化成为微小液珠，促进溶氢的功能较差。因此，溶解氢气较少的原料油在接触反应器上部催化剂床层时，表现为参与加氢反应的氢气不足，导致反应器上部催化剂活性较低，利用率不高，同时还存在溶解氢不足造成的结焦等问题。
CN200420115970.8公开了一种抽吸式泡帽型分配器，由于液相破碎效果不好，所以在中心管上部增加了一个简单的固定旋流器。虽然可以将液相进一步破碎，但是无法实现液相的雾化，溶氢效果需进一步进提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种低氢油比固定床加氢处理方法和反应器，本发明方法在保证气液分配均匀的前提下，进一步提高了氢气溶解效果，进而提高了催化剂的利用率，同时降低了设备投资和操作费用。
本发明低氢油比的加氢处理方法中，氢气直接输送至反应器顶部空间，在反应器内顶部设置液相分配器，液相分配器由上部空心盘结构和与空心盘连通的至少一个文丘里喷射器构成，原料油通过管道直接输送至液相分配器的空心盘中，经空心盘进入文丘里喷射器，在文丘里喷射器出口喷射为雾状流体分散在气相中，然后向下流动经过催化剂床层进行加氢处理反应。
本发明方法中，原料油与氢气分别进入反应器，原料油经过液相分配器形成雾状物料分散在氢气中。液相分配器的空心盘直径为反应器内径的50％～90％，根据反应器的规模在空心盘下侧均匀设置适宜数量的文丘里喷射器。
本发明方法中，也可以在文丘里喷射器出口位置设置套筒结构，氢气从文丘里喷射器与套筒之间的环状缝隙进入下面催化剂床层，套筒结构减小了气体流通截面积，提高了气体流速，进一步增加了分散效果。
本发明方法中，加氢处理反应条件根据原料性质及产品质量要求具体确定，一般为：反应温度100～450℃，反应压力0.5～18.0MPa，最好为2.5～15.0MPa；氢油比(体积)为50∶1～600∶1，最好为200∶1～400∶1；液时体积空速0.6～5.0h-1，最好为2.0～4.0h-1。其中氢油比在达到相同加氢处理反应效果时，可以比现有方法大大降低。
本发明的一种加氢处理反应器，反应器顶部设置氢气入口，在反应器内顶部设置液相分配器，液相分配器由上部空心盘结构和与空心盘连通的至少一个文丘里喷射器构成，原料油通过管道直接输送至液相分配器的空心盘中。液相分配器的空心盘直径为反应器内径的50％～90％。在文丘里喷射器出口位置设置套筒结构，文丘里喷射器与套筒之间具有环状缝隙。
本发明的优点是：
1、采用文丘里喷射器，原料油很快会形成氢气的饱和溶液，并且部分微气泡会以乳化状态均匀分布在原料油中，被带入催化剂床层，可以直接参与加氢反应，提高反应器上部催化剂床层的利用率，有利于提高催化剂床层整体反应性能。
2、由于氢气充分溶解于原料油中，使得氢气的利用效率大大提高，所以可采用较低的反应氢油比，降低循环氢压缩机的负荷，减少装置的日常操作费用。
3、相对于常规的气液分配器，本发明中采用的气液分配器具有成本低、效率高等优点。
附图说明
图1是本发明工艺方法流程示意图。
图中：1-原料油，2-氢气，3-液相分配器空心盘，4-反应器，5-文丘里喷射器，6-分配盘，7-气相室，8-催化剂床层。
具体实施方式
本发明方法中，原料油进入反应器前，不与氢气混合，直接进入反应器内的液相分配器，从液相分配器的多个文丘里喷射器以雾状喷出。氢气则直接进入反应器上部的气相室，原料油在文丘里型喷射器的节流作用下获得较高的线速度，可将气相室的氢气吸入并强烈撕扯，使之充分溶解于原料油中。此时原料油为氢气的过饱和溶液，并且大量的微气泡分散于原料油中，向下接触反应器催化剂床层时，可以充分地进行加氢反应。本发明可以降低反应氢油比，提高氢气的使用效率，提供良好的加氢环境，同时提高催化剂及反应器体积的利用率。
本发明加氢处理方法使用的催化剂为本领域常规的固定床加氢处理催化剂，其中催化剂的活性金属可以为镍、钴、钼或钨等一种或几种，可以根据需要使用市售商品加氢处理催化剂，也可以按本领域常规方法制备。如催化剂组成以重量百分比计可以包括：镍或钴为0.5％～10％(按其氧化物来计算)，钼或钨为1％～30％(按其氧化物来计算)，载体可以为氧化铝，氧化硅，氧化铝-氧化硅，氧化钛，各种分子筛等中的一种或几种。催化剂为挤出物或球形。催化剂的堆密度为0.5～1.1g/cm3，催化剂颗粒直径(球形直径或条形直径)为0.04～1.0mm，比表面积为80～400m2/g。
本发明处理的原料为任意烃类原料。通常包括喷汽燃料馏分、柴油馏分、催化裂化轻循环油(LCO)、焦化蜡油(CGO)、轻减压瓦斯油(LVGO)、重减压瓦斯油(HVGO)等的一种或几种混合。
如图1所示，本发明的一种工艺过程为：原料油1进入反应器4后，经过液相分配器空心盘3均匀分布到各文丘里喷射器中，喷射出高速液流。氢气经预热后直接进入气相室7，由高速液流携带进入催化剂床层。
为进一步说明本发明的方案和效果，列举以下实施例和比较例：
实施例
本实施例为烃油加氢处理的一种实施方案，操作流程示意图参照附图1。
采用原料油性质见表1，催化剂选用抚顺石油化工研究院研制生产的FH-UDS加氢精制催化剂。FH-UDS催化剂的组成和质量指标见表2，工艺条件见表3，精制柴油性质见表4。
比较例
与实施例相比，比较例采用常规的气液分配盘，原料油性质见表1，FH-UDS催化剂的组成和质量指标见表2，工艺条件见表3，精制柴油性质见表4。
表1原料油性质
表2催化剂的组成和质量指标
表3工艺条件
| 工艺条件 | 实施例 | 比较例 |
| 反应温度，℃ | 360 | 360 |
| 反应压力，MPa | 5.0 | 5.0 |
| 氢油体积比 | 250∶1 | 800∶1 |
| 体积空速，h-1 | 2.0 | 2.0 |
表4精制油性质
以上结果可以看出，采用本发明氢气能够以过饱和的状态充分溶解于液相物料中，在氢油体积比大幅降低的情况下，依然取得较好的加氢效果，说明氢气利用率和反应器上部催化剂床层效率明显提高。
Claims (8)
1.一种低氢油比的加氢处理方法，其特征在于：氢气直接输送至反应器顶部空间，在反应器内顶部设置液相分配器，液相分配器由上部空心盘结构和与空心盘连通的至少一个文丘里喷射器构成，原料油通过管道直接输送至液相分配器的空心盘中，经空心盘进入文丘里喷射器，在文丘里喷射器出口喷射为雾状流体分散在气相中，然后向下流动经过催化剂床层进行加氢处理反应；在文丘里喷射器出口位置设置套筒结构，氢气从文丘里喷射器与套筒之间的环状缝隙进入下面催化剂床层；原料油为喷汽燃料馏分、柴油馏分、催化裂化轻循环油、焦化蜡油、轻减压瓦斯油和重减压瓦斯油的一种或几种混合；催化剂床层使用催化剂的活性金属为镍、钴、钼或钨中的一种或几种；所述低氢油比加氢处理方法的氢油体积比为50：1～600：1。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：液相分配器的空心盘直径为反应器内径的50％～90％。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：催化剂组成以重量百分比计可以包括：镍或钴按其氧化物来计算为0.5％～10％，钼或钨按其氧化物来计算为1％～30％，载体为氧化铝、氧化硅、氧化铝-氧化硅、氧化钛、分子筛中的一种或几种。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：加氢处理反应条件为反应温度100～450℃，反应压力0.5～18.0MPa，液时体积空速为0.6～5.0h-1。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：加氢处理反应压力为2.5～15.0MPa，氢油体积比为200：1～400：1，液时体积空速为2.0～4.0h-1。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：加氢处理方法使用的加氢处理反应器结构如下：反应器顶部设置氢气入口，在反应器内顶部设置液相分配器，液相分配器由上部空心盘结构和与空心盘连通的至少一个文丘里喷射器构成，原料油通过管道直接输送至液相分配器的空心盘中。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：液相分配器的空心盘直径为反应器内径的50％～90％。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：在文丘里喷射器出口位置设置套筒结构，文丘里喷射器与套筒之间具有环状缝隙。
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2010
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