專利名稱：一種低氫油比的加氫處理方法和反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低氫油比固定床加氫處理方法和反應(yīng)器，特別是在固定床加氫工藝中提高氫氣利用效率進(jìn)而降低氫油比的工藝方法和反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
常規(guī)的固定床加氫工藝是脫除原料油中硫、氮等雜質(zhì)最經(jīng)濟(jì)有效的方法。在固定床加氫裝置的操作中，往往采用較高的氫油比和氫分壓，以保證催化劑活性，促進(jìn)加氫脫硫、脫氮、芳烴飽和及裂化等反應(yīng)的進(jìn)行。然而，壓力較高的氫氣循環(huán)系統(tǒng)需要高的投資費(fèi)用和操作成本，間接地增加了油品的生產(chǎn)成本。如果能夠?qū)⒓託涮幚磉^程中的氫氣流量減小，則可以為企業(yè)節(jié)省設(shè)備投資和操作費(fèi)用，進(jìn)而降低清潔燃料的生產(chǎn)成本。固定床反應(yīng)器傳質(zhì)的狀態(tài)一般為原料油均勻分布在催化劑顆粒表面，氫氣在催化劑床層空隙中穿過。所以氫氣需要溶解在原料油中，才能與催化劑接觸，參與加氫反應(yīng)。 也就是說，當(dāng)固定床加氫工藝采用較高的氫分壓和氫油比操作時(shí)，實(shí)際提供的氫氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化學(xué)反應(yīng)所需的氫氣量，這種操作模式僅僅是為了增強(qiáng)氫氣的傳質(zhì)動(dòng)力，保證原料油中的氫氣溶解度。因此，可以通過優(yōu)化和改進(jìn)反應(yīng)器的氣液分配器等設(shè)備提高氫氣的使用效率，降低加氫裝置的操作費(fèi)用。在現(xiàn)有的固定床加氫工藝中，氫氣在管線中簡單地注入原料油中，并沒有經(jīng)過充分的混合。根據(jù)工藝條件測算，在反應(yīng)條件下，管線中氫氣體積約為原料油體積的10倍以上，所以其流動(dòng)狀態(tài)屬于以氣相為主的氣液兩相流動(dòng)。在這種狀況下氣液兩相流動(dòng)一般呈現(xiàn)為分層流、環(huán)狀流或柱塞流形式。分層流表現(xiàn)為氣液兩相分開流動(dòng)，兩相之間存在一平滑的分界面；環(huán)狀流表現(xiàn)為液相沿管壁呈膜狀流動(dòng)，氣相在管道中間流動(dòng)；柱塞流表現(xiàn)為液相和氣相形成不同長度的圓柱狀在管道中相間流動(dòng)。由此可見，氣液兩相的流動(dòng)狀態(tài)導(dǎo)致其接觸面積較小，進(jìn)入反應(yīng)器前不可能使氫氣充分溶解于原料油中。在固定床反應(yīng)器頂部一般設(shè)置氣液分布器，但氣液分布器是為了使氣液在徑向上均勻分布在整個(gè)催化劑床層上，對增加液相中氫的溶解量無明顯作用?，F(xiàn)有的固定床加氫反應(yīng)器氣液分配器主要為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氫功能。抽吸式泡帽型分配器工作原理為在氣液兩相由上而下并流過程中，液相落入收集盤，收集盤上分布許多中心管和泡帽組成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)收集盤中液位高度接近泡帽下邊緣時(shí)，氣相的流通截而突然縮小，使得氣相流速突然增大，在泡帽內(nèi)與泡帽內(nèi)中心管之間的環(huán)隙間產(chǎn)生負(fù)壓，導(dǎo)致氣相將液相帶入中心管，流入下一床層。此種方式須有大量的循環(huán)氫帶動(dòng)，液相也是被吸入下一床層的，無法被霧化成為微小液珠，促進(jìn)溶氫的功能較差。因此，溶解氫氣較少的原料油在接觸反應(yīng)器上部催化劑床層時(shí)，表現(xiàn)為參與加氫反應(yīng)的氫氣不足， 導(dǎo)致反應(yīng)器上部催化劑活性較低，利用率不高，同時(shí)還存在溶解氫不足造成的結(jié)焦等問題。CN200420115970. 8公開了一種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個(gè)簡單的固定旋流器。雖然可以將液相進(jìn)一步破碎，但是無法實(shí)現(xiàn)液相的霧化，溶氫效果需進(jìn)一步進(jìn)提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種低氫油比固定床加氫處理方法和反應(yīng)器， 本發(fā)明方法在保證氣液分配均勻的前提下，進(jìn)一步提高了氫氣溶解效果，進(jìn)而提高了催化劑的利用率，同時(shí)降低了設(shè)備投資和操作費(fèi)用。本發(fā)明低氫油比的加氫處理方法中，氫氣直接輸送至反應(yīng)器頂部空間，在反應(yīng)器內(nèi)頂部設(shè)置液相分配器，液相分配器由上部空心盤結(jié)構(gòu)和與空心盤連通的至少一個(gè)文丘里噴射器構(gòu)成，原料油通過管道直接輸送至液相分配器的空心盤中，經(jīng)空心盤進(jìn)入文丘里噴射器，在文丘里噴射器出口噴射為霧狀流體分散在氣相中，然后向下流動(dòng)經(jīng)過催化劑床層進(jìn)行加氫處理反應(yīng)。本發(fā)明方法中，原料油與氫氣分別進(jìn)入反應(yīng)器，原料油經(jīng)過液相分配器形成霧狀物料分散在氫氣中。液相分配器的空心盤直徑為反應(yīng)器內(nèi)徑的50% 90%，根據(jù)反應(yīng)器的規(guī)模在空心盤下側(cè)均勻設(shè)置適宜數(shù)量的文丘里噴射器。本發(fā)明方法中，也可以在文丘里噴射器出口位置設(shè)置套筒結(jié)構(gòu)，氫氣從文丘里噴射器與套筒之間的環(huán)狀縫隙進(jìn)入下面催化劑床層，套筒結(jié)構(gòu)減小了氣體流通截面積，提高了氣體流速，進(jìn)一步增加了分散效果。本發(fā)明方法中，加氫處理反應(yīng)條件根據(jù)原料性質(zhì)及產(chǎn)品質(zhì)量要求具體確定，一般為反應(yīng)溫度100 450°C，反應(yīng)壓力0. 5 18. OMPa，最好為2. 5 15. OMPa ；氫油比(體積)為50 1 600 1，最好為200 1 400 1 ；液時(shí)體積空速0. 6 5. 01Γ1，最好為2. 0 4. Or10其中氫油比在達(dá)到相同加氫處理反應(yīng)效果時(shí)，可以比現(xiàn)有方法大大降低。本發(fā)明的一種加氫處理反應(yīng)器，反應(yīng)器頂部設(shè)置氫氣入口，在反應(yīng)器內(nèi)頂部設(shè)置液相分配器，液相分配器由上部空心盤結(jié)構(gòu)和與空心盤連通的至少一個(gè)文丘里噴射器構(gòu)成，原料油通過管道直接輸送至液相分配器的空心盤中。液相分配器的空心盤直徑為反應(yīng)器內(nèi)徑的50% 90%。在文丘里噴射器出口位置設(shè)置套筒結(jié)構(gòu)，文丘里噴射器與套筒之間具有環(huán)狀縫隙。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、采用文丘里噴射器，原料油很快會(huì)形成氫氣的飽和溶液，并且部分微氣泡會(huì)以乳化狀態(tài)均勻分布在原料油中，被帶入催化劑床層，可以直接參與加氫反應(yīng)，提高反應(yīng)器上部催化劑床層的利用率，有利于提高催化劑床層整體反應(yīng)性能。2、由于氫氣充分溶解于原料油中，使得氫氣的利用效率大大提高，所以可采用較低的反應(yīng)氫油比，降低循環(huán)氫壓縮機(jī)的負(fù)荷，減少裝置的日常操作費(fèi)用。3、相對于常規(guī)的氣液分配器，本發(fā)明中采用的氣液分配器具有成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明工藝方法流程示意圖。圖中1-原料油，2-氫氣，3-液相分配器空心盤，4-反應(yīng)器，5-文丘里噴射器， 6-分配盤，7-氣相室，8-催化劑床層。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明方法中，原料油進(jìn)入反應(yīng)器前，不與氫氣混合，直接進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的液相分配器，從液相分配器的多個(gè)文丘里噴射器以霧狀噴出。氫氣則直接進(jìn)入反應(yīng)器上部的氣相室，原料油在文丘里型噴射器的節(jié)流作用下獲得較高的線速度，可將氣相室的氫氣吸入并強(qiáng)烈撕扯，使之充分溶解于原料油中。此時(shí)原料油為氫氣的過飽和溶液，并且大量的微氣泡分散于原料油中，向下接觸反應(yīng)器催化劑床層時(shí)，可以充分地進(jìn)行加氫反應(yīng)。本發(fā)明可以降低反應(yīng)氫油比，提高氫氣的使用效率，提供良好的加氫環(huán)境，同時(shí)提高催化劑及反應(yīng)器體積的利用率。本發(fā)明加氫處理方法使用的催化劑為本領(lǐng)域常規(guī)的固定床加氫處理催化劑，其中催化劑的活性金屬可以為鎳、鈷、鉬或鎢等一種或幾種，可以根據(jù)需要使用市售商品加氫處理催化劑，也可以按本領(lǐng)域常規(guī)方法制備。如催化劑組成以重量百分比計(jì)可以包括鎳或鈷為0.5% 10% (按其氧化物來計(jì)算)，鉬或鎢為 30% (按其氧化物來計(jì)算)，載體可以為氧化鋁，氧化硅，氧化鋁-氧化硅，氧化鈦，各種分子篩等中的一種或幾種。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. 04 1. Omm,比表面積為80 400m2/g。本發(fā)明處理的原料為任意烴類原料。通常包括噴汽燃料餾分、柴油餾分、催化裂化輕循環(huán)油(LCO)、焦化蠟油(CGO)、輕減壓瓦斯油(LVGO)、重減壓瓦斯油(HVGO)等的一種或幾種混合。如圖1所示，本發(fā)明的一種工藝過程為原料油1進(jìn)入反應(yīng)器4后，經(jīng)過液相分配器空心盤3均勻分布到各文丘里噴射器中，噴射出高速液流。氫氣經(jīng)預(yù)熱后直接進(jìn)入氣相室7，由高速液流攜帶進(jìn)入催化劑床層。為進(jìn)一步說明本發(fā)明的方案和效果，列舉以下實(shí)施例和比較例實(shí)施例本實(shí)施例為烴油加氫處理的一種實(shí)施方案，操作流程示意圖參照附圖1。采用原料油性質(zhì)見表1，催化劑選用撫順石油化工研究院研制生產(chǎn)的FH-UDS加氫精制催化劑。FH-UDS催化劑的組成和質(zhì)量指標(biāo)見表2，工藝條件見表3，精制柴油性質(zhì)見表 4。比較例與實(shí)施例相比，比較例采用常規(guī)的氣液分配盤，原料油性質(zhì)見表1，F(xiàn)H-UDS催化劑的組成和質(zhì)量指標(biāo)見表2，工藝條件見表3，精制柴油性質(zhì)見表4。表1原料油性質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種低氫油比的加氫處理方法，其特征在于氫氣直接輸送至反應(yīng)器頂部空間，在反應(yīng)器內(nèi)頂部設(shè)置液相分配器，液相分配器由上部空心盤結(jié)構(gòu)和與空心盤連通的至少一個(gè)文丘里噴射器構(gòu)成，原料油通過管道直接輸送至液相分配器的空心盤中，經(jīng)空心盤進(jìn)入文丘里噴射器，在文丘里噴射器出口噴射為霧狀流體分散在氣相中，然后向下流動(dòng)經(jīng)過催化劑床層進(jìn)行加氫處理反應(yīng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于液相分配器的空心盤直徑為反應(yīng)器內(nèi)徑的 50% 90%。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在文丘里噴射器出口位置設(shè)置套筒結(jié)構(gòu)， 氫氣從文丘里噴射器與套筒之間的環(huán)狀縫隙進(jìn)入下面催化劑床層。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加氫處理反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度100 450°C，反應(yīng)壓力0. 5 18. OMPa，氫油體積比為50 1 600 1，液時(shí)體積空速為0. 6 5. OtT1。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加氫處理反應(yīng)壓力為2.5 15. OMPa，氫油體積比為200 1 400 1，液時(shí)體積空速為2.0 4. 01Γ1。
6.一種加氫處理反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器頂部設(shè)置氫氣入口，在反應(yīng)器內(nèi)頂部設(shè)置液相分配器，液相分配器由上部空心盤結(jié)構(gòu)和與空心盤連通的至少一個(gè)文丘里噴射器構(gòu)成，原料油通過管道直接輸送至液相分配器的空心盤中。
7.按照權(quán)利要求6所述的反應(yīng)器，其特征在于液相分配器的空心盤直徑為反應(yīng)器內(nèi)徑的50% 90%。
8.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在文丘里噴射器出口位置設(shè)置套筒結(jié)構(gòu)， 文丘里噴射器與套筒之間具有環(huán)狀縫隙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低氫油比的加氫處理方法及反應(yīng)器，氫氣直接輸送至反應(yīng)器頂部空間，在反應(yīng)器內(nèi)頂部設(shè)置液相分配器，液相分配器由上部空心盤結(jié)構(gòu)和與空心盤連通的至少一個(gè)文丘里噴射器構(gòu)成，原料油通過管道直接輸送至液相分配器的空心盤中，經(jīng)空心盤進(jìn)入文丘里噴射器，在文丘里噴射器出口噴射為霧狀流體分散在氣相中，然后向下流動(dòng)經(jīng)過催化劑床層進(jìn)行加氫處理反應(yīng)。本發(fā)明加氫處理方法和反應(yīng)器可以降低反應(yīng)氫油比，提高氫氣的使用效率，提供良好的加氫環(huán)境，同時(shí)提高催化劑及反應(yīng)器體積的利用率。
文檔編號C10G45/22GK102311761SQ20101022202
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者劉建宇, 孫萬付, 曾榕輝, 王喜彬 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