一種用于重油加氫裂化的雙固相懸浮床反應器及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤化工領域，具體涉及一種用于煤焦油、渣油和重油加氫裂化的雙固 相懸浮床反應器及其應用。
【背景技術】
[0002] 重油指沸點大于350°C的烴類組分，在煤焦油、渣油、重質原油中占有很大比例，重 油深加工多采用加氫裂化工藝，其核心裝置是加氫反應器?，F(xiàn)有的加氫反應器包括固定床、 沸騰床和懸浮床。傳統(tǒng)固定床加氫反應器存在壓降大、反應器內溫度分布不均、催化劑易失 活等缺點，只能適用于輕質重油或餾分油的加氫。而沸騰床和懸浮床反應器能夠處理劣質 渣油和重質原油，成為了近年來的研究熱點。
[0003] 常見的沸騰床加氫反應器是一種氣液固三相流化床，使用數百微米級的粗顆粒催 化劑，在操作時氣液同時進料使催化劑床層膨脹，催化劑持留在反應器內，不隨液體出料而 帶出。沸騰床反應器具有反應器內溫度分布均勻，重油轉化率高，原料適應性強等優(yōu)點，但 也存在設備復雜，催化劑易生焦積碳、易吸附重金屬而失活的問題。懸浮床加氫反應器使用 微米級一次性細顆粒催化劑，催化劑和液相形成漿態(tài)相同時進料，催化劑利用效率高，反應 器具有轉化率高，溫度分布均勻等優(yōu)點，但是細顆粒催化劑無法持留在反應器內，容易隨物 料一起排出，催化劑回收困難。
[0004] 現(xiàn)有技術中，中國專利CN103265971A公開了一種非均相煤焦油懸浮床加氫工藝， 使用含鉬、鎳、鈷、鎢或鐵的單金屬活性組分或復合多金屬組分的粒徑為1-100M1的粉狀催 化劑制備催化劑油漿并與煤焦油及氫氣等一同通入一個或多個串聯(lián)的懸浮床加氫反應器 制備輕質油，該工藝中使用的催化劑成本較高且容易跑損；中國專利CN1362477A公開了一 種采用沸騰床加工劣質油的工藝技術，該技術中使用流體分布盤或篩板將沸騰床反應器分 成不同的反應區(qū)，并控制各個反應區(qū)的催化劑膨脹比和催化劑置換速度以達到催化劑充分 發(fā)揮活性的目的，但該反應器結構與操作都比較復雜；中國專利CN104560137A公開了一種 內環(huán)流式沸騰床反應器，在反應器中設置三相分離區(qū)、沸騰區(qū)、環(huán)流區(qū)，取消循環(huán)栗和料面 監(jiān)控儀，操作簡單，但是進料物流需經氣液分布器后方進入反應器內，入口物流動能較小， 而一般的加氫裂化反應器都是在低氣速和低液速下操作，采用氣液分布器難以誘導內部的 流體循環(huán)。

【發(fā)明內容】

[0005] 結合現(xiàn)有沸騰床和懸浮床加氫反應器的優(yōu)缺點，本發(fā)明擬同時采用粗顆粒和細顆 粒兩種催化劑，粗顆粒為高活性催化劑，長期持留在反應器內，以提高加氫活性;細顆粒為 一次性低活性催化劑，起催化和吸附作用，吸收焦炭和重金屬雜質，隨物料一起排出反應 器;使本發(fā)明的反應器就同時具備沸騰床和懸浮床的特點。
[0006] 工業(yè)加氫反應器要求滿足固體懸浮、液相混合、氣液傳質三方面要求，加氫裂化是 個慢速放熱反應，催化劑分布不均勻會導致反應不均勻，混合不好易導致產生局部熱點，催 化劑生焦而失活;除了靠液相強制內部循環(huán)措施之外，還可以靠內部安裝導流筒進行氣升 式內部自動循環(huán)，從而達到固體懸浮與均勻混合的要求；而后者結構更為簡單，屬于靜設 備，且不需要外部提供動力。
[0007]本發(fā)明提供的雙固相懸浮床反應器，包括殼體、錐形底、導流筒和噴嘴，所述殼體 頂部設有物料出口，錐形底設在殼體底部，導流筒同軸設置在殼體內且兩端開口，噴嘴設置 在錐形底底部;所述的噴嘴具有松動氣出口孔、驅動氣出口和液體出口，且松動氣出口孔貼 近錐形底底部，驅動氣出口和液體出口高出所述的松動氣出口孔。
[0008] 本發(fā)明中，所述的噴嘴為三套管結構，中心為所述的液體出口，外環(huán)為所述的松動 氣出口孔，內環(huán)為所述的驅動氣出口。
[0009] 作為優(yōu)選的效果，噴嘴可以為一個或多個，各噴嘴呈階梯形三套管結構，中心管為 噴嘴液體出口，內環(huán)隙管為驅動氣出口，外環(huán)隙管為松動氣出口，三管同心放置，松動氣出 口貼近所述錐形底底部；由于噴嘴的液體出口和驅動氣出口位于錐形底底部正上方一定高 度處，松動氣通過松動氣出口射流進入反應器，可以有效促進錐形底底部固相的懸浮，防止 出現(xiàn)死區(qū)；同時驅動氣和夾帶了細顆粒催化劑的液相分別通過驅動氣出口和液體出口高速 射流進入反應器，進一步的，絕大部分驅動氣直接進入導流筒內，驅動氣和液相通過射流強 烈混合并產生大量氣泡在導流筒和降液管（即由導流筒和殼體之間的環(huán)形區(qū)域)之間形成 較大的密度差，該密度差會推動液相在導流筒和降液管之間的內循環(huán)流動，促進反應器內 物料的混合，使反應充分進行并且保證反應器內的溫度均勻。
[0010] 優(yōu)選的，所述松動氣出口孔的外法線方向與錐形底母線夾角為0-30° ;驅動氣出口 和液體出口位于同一水平面上，距離錐形底底部高度為所述錐形底高度的30 % -50 %。 [0011]優(yōu)選的，所述驅動氣出口射流方向與錐形底中軸線夾角為10-35°，驅動氣出口和 液體出口的面積之比為〇. 3-3，驅動氣出口和松動氣出口孔的面積之比為0.5-2。
[0012] 優(yōu)選的，所述的物料出口包括氣體出口和液體出口，所述導流筒的正上方設有開 口朝上的分液漏斗，分液漏斗的底部與殼體側面的液體出口相連。分液漏斗位于導流筒正 上方，液相通過分液漏斗出料，可以避免催化劑短路和跑損，起催化劑增濃的作用。
[0013]本發(fā)明中，氣液劇烈混合并產生大量氣泡上升通過導流筒后，在導流筒上方分流， 細顆粒催化劑隨液相物料一起上行并進入分液漏斗從液體出口排出，粗顆粒催化劑隨液相 物料下行回到降液管參與循環(huán)。優(yōu)選的，所述分液漏斗位于導流筒上方0.2-0.5倍殼體高度 處，用于收集液體產物。
[0014] 優(yōu)選的，所述錐形底錐角為50°-70°，錐形底高度為殼體高度的8%-10%。
[0015] 優(yōu)選的，所述導流筒的高度與殼體高度之比為0.5-0.8，導流筒直徑與殼體直徑之 比為 0.5-0.8。
[0016]本發(fā)明中，在三套管噴嘴、錐形底和導流筒的共同作用下，反應器可以達到如下目 標:沸騰床加氫催化劑顆粒充分懸浮，懸浮床加氫催化劑顆粒被帶出，底部無沉積，流動無 死區(qū)。
[0017]另外，本發(fā)明還提供雙固相懸浮床反應器在重油加氫裂化工藝中的應用，采用上 述的雙固相懸浮床反應器進行重油加氫裂化，并在所述殼體內裝填粗顆粒催化劑，所述粗 顆粒催化劑的粒徑為200~2000WH;所述噴嘴將細顆粒催化劑與物料一同加入反應器內，所 述細顆粒催化劑的粒徑為〇. 1~1 Own。
[0018]本發(fā)明的雙固相懸浮床反應器同時采用粗顆粒和細顆粒兩種催化劑，粗顆粒為高 活性催化劑，長期持留在反應器內，起主要的催化作用；細顆粒為一次性低活性催化劑，起 催化和吸附作用，吸收焦炭和重金屬雜質，隨物料一起排出反應器。反應器內初始裝填高活 性的粗顆粒催化劑，而低活性的細顆粒催化劑隨液相物料一起進入反應器;細顆粒催化劑 粒徑0.1-10M1，具有吸焦、吸重金屬的作用，該催化劑屬于一次性催化劑，容易隨物料一起 被排出；粗顆粒催化劑粒徑200-2000M1，可以加速液化油大分子的進一步裂化，該類催化劑 不會被物料帶出，持留在反應器內，可以長期保持高活性，失活的大顆粒催化劑再定期排出 反應器。
[0019]進一步的，所述粗顆粒催化劑為鉬基催化劑，且鉬含量不小于5.Owt%;所述細顆 粒催化劑為鐵基催化劑，其中鐵含量不小于5.Owt%。
[0020] 進一步的，所述雙固相懸浮床反應器采用的操作條件為：液相體積空速0.3~ 1.01T1，氫油比500~1500，細顆粒催化劑重量含量0.5~5%，粗顆粒催化劑重量含量0.1~ 30%〇
[0021] 在本發(fā)明所提供的方法中，可以根據處理規(guī)模的大小，設置一個或者多個的雙固 相懸浮床反應器，可以根據具體要求將多個的反應器串聯(lián)使用，也可將雙固相懸浮床反應 器與固定床反應器串聯(lián)使用。
[0022] 本發(fā)明的雙固相懸浮床反應器優(yōu)點是：
[0023] (1)采用的雙固相懸浮床反應器，同時使用兩種不同粒徑的催化劑，低活性的微米 級細顆粒催化劑起到吸焦、吸金屬的作用，并在操作中隨液相物料一起排出；高活性的百微 米級粗顆粒催化劑，在反應中始終保持高活性，并長期滯留在反應器中參與反應，提高了催 化劑的使用效率。
[0024] (2)采用的雙固相懸浮床反應器設置三套管噴嘴、錐形底、導流筒，環(huán)流區(qū)內的物 料在噴射推力以及導流筒和降液管間的密度差共同作用下，形成穩(wěn)定的內循環(huán)，取消了操 作復雜、價格昂貴的循環(huán)栗，結構簡單，能耗降低，提高了反應器的有效使用空間。
[0025] (3)采用的雙固相懸浮床反應器，其底部設置的三套管噴嘴可以在保證較高噴射 氣速的情況下，有效抑制氣體的附壁作用同時減少反應器底部的固體沉積和死區(qū)。
[0026] (4)采用的雙固相懸浮床反應器，在優(yōu)選的操作條件和結構下，能夠達到反應器內 部固體的懸浮和充分混合，底部無沉積，流動無死區(qū)以及反應器內部溫度的均勻分布。[0027] (5)采用的雙固相懸浮床反應器，可根據處理對象的不同，用于懸浮床工藝和沸騰 床工藝，操作彈性大。
【附圖說明】
[0028]圖1為雙固相懸浮床反應器的結構示意圖；
[0029]圖2為圖1中A-A向的噴嘴剖視圖；
[0030] 附圖標記說明
[0031]圖1:1.氣體出口，2.分液漏斗，3.液體出口，4.殼體，5.噴嘴，6.松動氣入口，7.液 體入口，8.驅動氣入口，9.錐形底，10.導流筒。
[0032] 圖2:11.松動氣出口孔，12.驅動氣出口，13.噴嘴液體出口。
【具體實施方式】
[0033]參見附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明，應該指出的是，此處所描述的具 體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，不用于限制本發(fā)明。
[0034]在本噴射環(huán)流反應器中，殼體的尺寸沒有特別的規(guī)定，可以根據實際生產需要而 定。
[0035] 本雙固相懸浮床反應器同時使用兩種不同粒徑的催化劑:一種是粒度為0.1~10y m的細顆粒一次性鐵基催化劑，可選自于天然或人工合成的含鐵類礦物，包括鐵鹽、鐵的氧 化物、鐵的硫化物及鐵單質，鐵含量不小于5. Owt% ;-種是粒度為200~2000mi的高活性鉬 基粗顆粒催化劑，鉬含量不小于5. Owt %，載體為氧化鋁，鉬基催化劑中還含有鈷、鎳活性組 分，其中鈷含量〇. 〇 1~10. 〇wt %、鎳含量0.01~1