CN108018070B - 一种重油原料固定床加氢系统 - Google Patents

Abstract

一种重油原料固定床加氢系统，所述加氢系统包括保护反应器和至少两个串联的固定床反应器，保护反应器的生成油出口与第一个固定床反应器的入口相连，所述保护反应器包括筒体、上封头、下封头、内筒、氢气分布盘和出口收集器，所述内筒为等径圆柱筒，与反应器的筒体同轴，所述内筒的内径与筒体的内径之比为0.90～0.97:1。本发明的保护反应器可以有效降低铁、钙等金属沉积速率和催化剂生焦速率，缓解保护反应器压降增高，从而提高整个加氢系统的运转周期。

Description

一种重油原料固定床加氢系统

技术领域

本发明涉及一种重油原料固定床加氢系统。

背景技术

世界原油的重、劣质化日益严重，而市场对轻质油品的需求持续增长，因此渣油加氢作为重油改质和轻质化的有效手段，已经成为炼油工业的发展重点之一。

渣油加氢处理技术就是在高温、高压和催化剂存在的条件下，使渣油和氢气发生化学反应，突出渣油中的硫、氮、重金属等有害杂质，将渣油部分转化为气油和柴油，剩余的部分为催化裂化等技术提供原料，生产高附加值的产品。

固定床渣油加氢技术具有工艺成熟、操作简单和产品质量好等优点，是目前工业上最常用的渣油加氢技术。但固定床渣油加氢装置的操作周期比较短，目前一般为一年到一年半之间。

目前固定床加氢技术主要采用直立筒式反应器。雪佛龙、壳牌以及国内中国石化石油化工科学研究院、中国石化抚顺石油化工研究院系列加氢技术中，典型的反应器均为直立筒式反应器。

直立筒式反应器采用氢气和原料油混合进料，有上流式和下流式两种进料方式。在进口处，反应物料横截面积突然增大，为避免进入的物料对床层造成冲击和产生偏流，在进料口处设置分配器和分布板，最大限度保证物料均匀进入催化剂床层。加氢处理中催化剂会积炭或金属沉积，覆盖催化剂上的活性中心，从而影响催化剂寿命；催化剂结焦会导致床层压降，影响运转周期。同时反应过程中，温升的升高限制整个工艺的设计参数，增加现场操作的难度。

径流式渣油加氢处理方法能部分解决上述问题。CN103805234A公开了一种径流式渣油加氢处理反应器，该反应器主要由壳体、中轴进油管、底部氢气分布盘等构件组成，使渣油加氢反应过程中，原料油在催化剂床层主要沿反应器直径方向流散、反应补充氢由下向上流动。但该反应器主要依靠中轴管进油，原料油流量难以保障，且易堵塞引起压降上升，缩短装置运转周期。

发明内容

反应器压降是制约固定床渣油加氢装置操作周期的一个重要因素，特别是对于原料铁含量和/或钙含量较高的固定床渣油加氢装置。与镍钒等金属主要沉积在催化剂孔道中不同，铁和钙主要沉积在催化剂外表面，而在催化剂孔内的沉积量较少，这会导致催化剂床层孔隙率快速降低。本发明的发明人在对原料铁钙含量较高的渣油加氢装置的废剂进行分析时发现，渣油加氢催化剂沉积的铁和钙大部分集中在第一反应器，而且在其顶部有结盖的现象。铁和钙沉积的这种不均匀性导致渣油加氢装置的保护反应器(通常是第一个反应器)压降快速上升并最终导致装置提前停工，基于上述问题，本发明的目的是提供一种重油原料固定床加氢系统，能够有效延长系统运转周期。

本发明所提供的重油原料固定床加氢系统，包括保护反应器和至少两个串联的固定床反应器，保护反应器的生成油出口与第一个固定床反应器的入口相连，所述保护反应器包括筒体、上封头、下封头、内筒、氢气分布盘和出口收集器，所述内筒为等径圆柱筒，与反应器的筒体同轴，所述内筒的内径与筒体的内径之比为0.90～0.97:1，在上封头顶部的中间位置设置一个氢气入口，在氢气入口下方设置氢气分布盘，在下封头底部的中间位置设置一个生成油出口，在生成油出口位置上方设置出口收集器，在保护反应器下部设置原料油入口，所述在原料油入口的位置高于生成油出口，所述内筒具有径向均匀分布的开孔，开孔率为10％～80％。

本发明所述的保护反应器的筒体为等径圆柱体，上封头和下封头为半球形或半椭圆形，并与筒体封闭。

本发明所述的保护反应器内设置内筒，所述内筒为等径圆柱筒，与筒体同轴，所述内筒上部与氢气分布盘相连，内筒底端与下封头相连，氢气分布盘在内筒内部。

优选所述内筒的内径与筒体的内径之比为0.95～0.97:1。

不同于直立筒式反应器的氢气和原料油的混合进料，本发明的保护反应器是氢气和原料油分别进料。在保护反应器在上封头顶部的中间位置设置一个氢气入口，在下封头底部的中间位置设置一个生成油出口，氢气和原料油成垂直接触反应，增大了接触面积，提高了反应效率。

在保护反应器下部设置原料油入口，所述在原料油入口的位置高于生成油出口，在内筒外侧和筒体内侧之间形成了原料油进料区域，本发明保护反应器设置了较大的原料油进料区域，有效缓冲了进料的冲击。此外，本发明的反应器可以通过调节原料油量和氢气流量来控制原料油进料区域的液面高度，在装置运行初期，原料油进料区域的液面高度能保持在较低的位置，当装置运行后期时，下层催化剂失活后，逐渐提高原料油进料区域的液面高度，维持了整个催化剂床层活性，从而有效延长了整个加氢系统的运转周期。

本发明所述的保护反应器，在氢气入口下方设置氢气分布盘，在生成油出口位置上方设置出口收集器，在氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域为反应器反应区域，在这个区域氢气与原料油接触反应。

所述保护反应器内装填至少一种加氢保护剂，装填在保护反应器反应区域内。所述加氢保护剂可以选自本领域常规的商业催化剂或采用现有技术的常规方法制备。优选所述的加氢保护剂为负载型加氢催化剂，载体选自氧化铝、氧化硅或氧化钛中的至少一种或几种。所述载体中可以加入硼、锗、锆、磷、氯或氟等元素进行改性。所述活性金属组分为选自第VIB族的非贵金属和/或第VIII族的非贵金属，优选所述活性金属组分为镍-钨、镍-钨-钴、镍-钼或钴-钼的组合。本领域技术人员可以根据需要选择不同的活性组分和含量。在本发明一种优选的实施方式中，所述的加氢保护剂采取密相装填，以提高加氢保护剂装填量。

本发明所述的保护反应器，所述内筒上在高于原料油入口以上和低于氢气分布盘以下的位置开孔，内筒开孔部分高度占内筒总高度的0.50～0.90。

本发明所述的保护反应器，开孔率在10％～80％之间，优选50％～70％，优选所述内筒具有轴向不均匀分布的开孔，开孔率由下向上逐级增加，每增加10％的内筒高度，单位高度上内筒开孔率增加10％～100％。

在本发明中，所述的内筒上开孔的形状为圆形、方形、三角形、多边形、竖直条形、水平条形、倾斜条形或十字花形，上述开孔形状的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。在保证催化剂不能进入内筒外侧区域的情况下，开孔大小采用较大尺寸。

本发明所述的保护反应器，其内筒具有较大的表面积，有很宽范围的开孔率，可以维持反应器的材质稳定性，并保证灵活的操作弹性。

本发明所述保护反应器的高径比为1～30。本发明的保护反应器具有较大的取值范围，从而有更高的操作弹性，即氢油体积比可以在较大范围内进行调整。本发明优选的保护反应器高径比为20～30，优选的较大的高径比可以有效减少压差的产生，从而提高运转周期。

本发明所述的保护反应器，在所述氢气分布盘和催化剂床层顶部之间设置氢气汇集区，所述氢气汇集区的体积不大于反应器反应区域总体积的5％，所述的反应器反应区域是指氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域。

所述的氢气分布盘采用泡罩和/或槽盘形式，氢气分布盘上开孔率为10％～70％。在保证氢气分布盘的稳固性前提下，优选采用较高的开孔面积，为整个反应器提供较大的操作弹性。

所述的在氢气分布盘下方设置拦截网，网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。氢气分布盘对氢气进料进行均匀分配。氢气分布盘下方设置拦截网，隔离杂质和催化剂进入氢气分布盘，堵塞氢气孔道。

在本发明中，所述催化剂颗粒粒径是指颗粒横截面上的两个不同点之间的最大直线距离，当加氢催化剂颗粒为球形时，则所述颗粒尺寸是指该颗粒的直径。

本发明所述的保护反应器，在所述出口收集器和生成油出口之间设置生成油汇集区，所述生成油汇集区的体积不大于反应器反应区域总体积的5％，所述的反应器反应区域是指氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域。所述的出口收集器包括支撑架和过滤网，过滤网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。反应生成油和气体通过出口收集器汇集到生成油汇集区，然后通过生成油出口进入后续串联的固定床反应器内。

所述至少两个串联的固定床反应器内，沿物流方向依次装填至少一种加氢脱金属催化剂、至少一种加氢脱硫催化剂。

在其中一种优选实施方式中，在串联的固定床反应器内，沿物流方向依次装填至少一种加氢脱金属催化剂、至少一种加氢脱硫催化剂、至少一种加氢脱氮催化剂和/或加氢脱残炭催化剂。

以保护反应器的催化剂和固定床反应器的催化剂为整体，所述保护反应器的催化剂装填体积占催化剂总装填体积的5％～40％。

在本发明加氢系统中，所述加氢脱金属催化剂、加氢脱硫催化剂、加氢脱氮催化剂和加氢脱残炭催化剂可以选自本领域常规的商业催化剂或采用现有技术的常规方法制备。

更优选情况下，本发明中所使用的上述加氢催化剂的堆密度为0.3-1.2g/cm³，比表面积为50-400m²/g。例如可以采用由中国石化石油化工科学研究院开发的RG系列、RDM系列、RUF系列、RMS系列、RCS系列和RSN系列商业催化剂。

在本发明的所述加氢系统中，加氢处理条件包括：反应温度为300-460℃，优选为350-420℃；反应压力为6-25MPa，优选为12-20MPa；液时体积空速为0.1-1h^-1，优选为0.2-0.4h^-1；氢油体积比为250-1500：1，优选为300-1000：1。

在本发明的所述加氢系统中，所述重油原料油选自常压渣油、减压渣油、脱沥青油、煤焦油和煤液化重油中的一种或几种。

本发明提供的加氢系统的优点为：

1、本发明的保护反应器有较高的高径比，可以减少物流的偏流，提高操作弹性，有效抑制保护反应器中的结焦。

2、本发明的保护反应器，增大了原料油流动截面积，有效减缓压降，从而有效延长整个加氢系统的运转周期。

3、本发明的保护反应器中的原料油物流从四周向中央流动，固体和金属沉积物从四周向中央，从下向上增长，原料油物流稳定，径向和轴向的沉积物会分布均匀，减少局部结盖可能。

附图说明

图1本发明的重油原料固定床加氢系统示意图

图2为本发明的保护反应器的轴向剖面

图3为本发明的保护反应器的实施方式示意图

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的加氢系统进行进一步说明，但并不因此而限制本发明。

如图1所示，本发明提供的重油原料固定床加氢系统，包括保护反应器A和三个串联的固定床反应器B，保护反应器A的生成油出口与第一个固定床反应器B的入口相连。在保护反应器A内装填至少一种加氢保护剂，在三个串联的固定床反应器内，沿物流方向依次装填至少一种加氢脱金属催化剂、至少一种加氢脱硫催化剂。

如图2所示，本发明的保护反应器包括筒体1、上封头10、下封头11、内筒2、氢气分布盘3和出口收集器5，在上封头顶部的中间位置设置一个氢气入口8，在氢气入口8下方设置氢气分布盘3，在下封头底部的中间位置设置一个生成油出口6，在生成油出口6位置上方设置出口收集器5，在反应器下部设置原料油入口4，所述在原料油入口4的位置高于生成油出口6。

所述内筒2为等径圆柱筒，与反应器筒体1同轴，所述内筒的内径与反应器筒体的内径之比为0.90～0.97:1，优选的内径之比为0.95～0.97:1。所述内筒2具有径向均匀分布的开孔9。优选所述的内筒上开孔的形状为圆形、方形、三角形、多边形、竖直条形、水平条形、倾斜条形或十字花形，上述开孔形状的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。

在内筒2外侧和反应器筒体1内侧之间形成了原料油进料区域A。在氢气分布盘3下方和出口收集器5上方之间的反应器内筒内部区域为反应器反应区域B。在氢气分布盘3和催化剂床层顶部之间设置氢气汇集区，在氢气分布盘3下方设置拦截网7，网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。在出口收集器5和生成油出口6之间设置生成油汇集区C，反应生成油和气体通过出口收集器汇集到生成油汇集区C。

下面结合图3进一步说明本发明保护反应器的实施方式示意原理，但不构成本发明的任何具体性限制。

图3中，其中α为油路走向，β为气路走向，原料油从原料油入口4进入保护反应器，在内筒2外侧和筒体1内侧之间形成了原料油进料区域，原料油从内筒2的开孔由反应器四周向中间内筒2流动，氢气从氢气入口8进入反应器，经过氢气分布盘3的氢气在内筒2中均匀向下流动，与原料油成一定角度接触，在催化剂的作用下进行反应，得到生成油通过出口收集器5，汇集到生成油汇集区，再通过生成油出口6排出，进入后续的固定床反应器。

以下将通过实施例和对比例对本发明进行详细描述。但并不因此而限制本发明。

实施例1

采用图1所示的重油原料固定床加氢系统，包括保护反应器A和三个串联的固定床反应器B。在保护反应器A中装填加氢保护剂，商品牌号为RG系列，在串联的固定床反应器B中，沿物流方向依次装填加氢脱金属催化剂和加氢脱硫催化剂。加氢脱金属催化剂的商品牌号为RDM-32，加氢脱硫催化剂的商品牌号为RMS-30，加氢保护剂、加氢脱金属催化剂、加氢脱硫催化剂的体积比例为5:45:50。

其中，保护反应器A采用本发明提供的保护反应器，所述内筒为等径圆柱筒，与反应器筒体同轴，所述内筒的内径与反应器筒体的内径之比为0.95。所述内筒上具有径向均匀分布的开孔。内筒上开孔的形状为圆形，开孔的最大直径为催化剂颗粒粒径的0.7倍。所述内筒具有径向均匀分布的开孔，开孔率为60％，

对比例1

采用四个固定床反应器串联的加氢系统，四个固定床反应器均为下流式反应器形式，第一个反应器内装填加氢保护剂，商品牌号为RG系列，在随后串联的3个固定床反应器中，沿物流方向依次装填加氢脱金属催化剂和加氢脱硫催化剂。加氢脱金属催化剂的商品牌号为RDM-32，加氢脱硫催化剂的商品牌号为RMS-30，加氢保护剂、加氢脱金属催化剂、加氢脱硫催化剂的体积比例为5:45:50。催化剂装填量和级配方案与实施例1相同。

表1为运行5000h后数据。

表1反应条件

方案	实施例1	对比例1
			氢分压，MPa	15	15
体积空速，h<sup>-1</sup>	0.25	0.25
			氢油比	700	700

反应温度以控制产品残炭值为5重量％的标准提温。

表2原料性质

从表中可以看出，原料油为一种高铁钙渣油。

从两种方案相同一反上中下三个位置采取废剂样进行分析。

表3废催化剂CS分析结果

表4废催化剂金属沉积分析

金属沉积量以100g新鲜催化剂为基数。

从表4的废剂分析结果看：

实施例1中一反废剂积炭和硫含量整体少于对比例1一反废剂积炭和硫含量。实施例1中一反铁钙含量比对比例1中一反铁钙含量中少，且分布均匀，没有形成结盖。

运行的200天中，实施例1中，一反保护器的压降稳定在0.15MPa左右；对比例1中，一反保护器的压降不断上升，在运转200天时，压降已升到0.6MPa。

从上述实施例和对比例可以看出，本发明的保护反应器可以有效降低金属沉积速率和催化剂生焦速率，缓解保护反应器压降增高，本发明有效提高了整个加氢系统的运转周期。

Claims (18)

1.一种重油原料固定床加氢系统，其特征在于，包括保护反应器和至少两个串联的固定床反应器，保护反应器的生成油出口与第一个固定床反应器的入口相连，所述保护反应器包括筒体、上封头、下封头、内筒、氢气分布盘和出口收集器，所述内筒为等径圆柱筒，与反应器的筒体同轴，所述内筒的内径与筒体的内径之比为0.90～0.97:1，在上封头顶部的中间位置设置一个氢气入口，在氢气入口下方设置氢气分布盘，在下封头底部的中间位置设置一个生成油出口，在生成油出口位置上方设置出口收集器，在保护反应器下部设置原料油入口，所述原料油入口的位置高于生成油出口，所述内筒具有径向均匀分布的开孔，开孔率为10％～80％。

2.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，所述保护反应器的内筒的内径与保护反应器的筒体的内径之比为0.95～0.97:1。

3.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，在保护反应器内，所述内筒上部与氢气分布盘相连，内筒底端与下封头相连，氢气分布盘在内筒内部。

4.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，在保护反应器内，所述内筒上在高于原料油入口以上和低于氢气分布盘以下的位置开孔，内筒开孔部分高度占内筒总高度的0.50～0.90。

5.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，开孔率为50％～70％。

6.按照权利要求1、4或5所述的加氢系统，其特征在于，所述内筒具有轴向不均匀分布的开孔，开孔率由下向上逐级增加，每增加10％的内筒高度，单位高度上内筒开孔率增加10％～100％。

7.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，在保护反应器内，所述的内筒上开孔的形状为圆形、多边形、竖直条形、水平条形、倾斜条形或十字花形，上述开孔形状的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍。

8.按照权利要求7所述的加氢系统，其特征在于，所述开孔形状的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.50～0.70倍。

9.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，所述保护反应器的高径比为1～30。

10.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，在保护反应器内，在所述氢气分布盘和催化剂床层顶部之间设置氢气汇集区，所述氢气汇集区的体积不大于反应器反应区域总体积的5％，所述的反应器反应区域是指氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域。

11.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，在保护反应器内，所述的氢气分布盘采用泡罩和/或槽盘形式，氢气分布盘上开孔率为10％～70％。

12.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，在保护反应器内，所述的在氢气分布盘下方设置拦截网，网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍。

13.按照权利要求12所述的加氢系统，其特征在于，网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.50～0.70倍。

14.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，在保护反应器内，在所述出口收集器和生成油出口之间设置生成油汇集区，所述生成油汇集区的体积不大于反应器反应区域总体积的5％，所述的反应器反应区域是指氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域。

15.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，在保护反应器内，所述的出口收集器包括支撑架和过滤网，过滤网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍。

16.按照权利要求15所述的加氢系统，其特征在于，过滤网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.50～0.70倍。

17.按照权利要求1所述的加氢系统，其特征在于，所述保护反应器内装填至少一种加氢保护剂；所述至少两个串联的固定床反应器内，沿物流方向依次装填至少一种加氢脱金属催化剂、至少一种加氢脱硫催化剂。

18.按照权利要求1或17所述的加氢系统，其特征在于，以保护反应器的催化剂和固定床反应器的催化剂为整体，所述保护反应器的催化剂装填体积占催化剂总装填体积的5％～40％。

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