專利名稱：一種重油加氫處理方法及反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種重油加氫處理方法和反應器，具體的說是一種將沸騰床反應技術 和固定床反應技術相結合的重油加氫處理方法及所使用的內環(huán)流反應器。
背景技術：
按照反應器形式分類，重、劣質原料油的加氫處理過程可分為固定床、移動床、沸 騰床和懸浮床。其中固定床技術相對最為成熟，工業(yè)應用的最多。該工藝的簡單流程為不 同功能的催化劑分裝在不同的反應器和不同的床層中，原料油與氫氣經(jīng)加熱爐加熱到反應 所需的溫度后，由反應器的頂部進入反應器。原料油與氫氣以下流方式并流依次進入各催 化劑床層并發(fā)生加氫反應。反應結束后，加氫生成物進入氣液分離器，分出富含氫的氣相產 物和液相產物。固定床裝置的主要不足是加工高金屬、高浙青質含量的劣質原料油時會使 催化劑中毒和積炭，造成床層堵塞而被迫停運，運轉周期一般只有1 2年。為了加工高金屬含量(一般> 200ppm)的重、劣質原料油，必須采用能夠在運轉中 更換催化劑的反應系統(tǒng)，于是開發(fā)了沸騰床反應器。沸騰床反應器是氣、液、固流化床，可以 處理高金屬、高浙青質含量的重、劣質原料油。具有壓力降小、溫度分布均勻、可保持整個運 轉周期內催化劑活性恒定和可在運轉中加入新鮮催化劑取出廢催化劑等特點。與固定床反 應器的最大區(qū)別是可以將沉積在催化劑上的重金屬隨催化劑從反應器中排出，因而可以延 長運轉周期。CN02109404. 7中介紹了一種沸騰床工藝，其具體步驟為原料油和氫氣從反應器 底部進入，通過一個分布板及其上的分配器使氣液均勻分布，上升的液流使催化劑膨脹，并 保持良好返混，達到等溫反應和降低壓降。反應器上部設有相分離器，阻止催化劑帶出反應 器。同時定期從反應器頂部補充新鮮催化劑和從反應器底部排放少量催化劑以維持催化劑 一定的活性，從而延長裝置的運轉周期。目前工業(yè)應用的沸騰床反應器和工藝方法存在以下不足由于沸騰床反應器是一 種全返混的反應器，單個反應器達不到較高的轉化率和雜質脫除率；并且一種反應器一般 只裝一種催化劑，達不到同時進行轉化和脫硫、脫金屬、脫殘?zhí)康哪康?。為改進這一不足，文 獻(T.E Johnson等，Oil&Gas J.，July 1,1985,50)將渣油沸騰床加氫裂化工藝的反應器 由一個增加至兩個或更多，且在不同反應器內裝填不同催化劑，雖說這種改進對裝置運轉 狀況有了改善，但操作復雜，且增加了裝置的設備投資。US4344840和US4457829介紹采用 沸騰床和固定床加氫聯(lián)合工藝處理重烴原料油，此類聯(lián)合工藝對沸騰床和固定床兩種工藝 的不足均有所改善，但裝置投資和操作費用明顯增加。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種改進的重油加氫處理方法。本發(fā)明的重 油加氫處理方法同時使用沸騰床催化劑和固定床催化劑，兼有沸騰床工藝和固定床工藝的 優(yōu)點。并且本發(fā)明的加氫處理方法原料適應性好，操作彈性大，雜質脫除率高，能夠滿足長周期運轉的要求。本發(fā)明的重油加氫處理方法為一種重油加氫處理方法，重油與氫氣在加氫工藝條件下進行反應，其特征在于，在 一個內環(huán)流反應器內分成兩個反應段，即套筒內的沸騰床反應段和環(huán)隙的固定床反應段， 重油與氫氣的混合物從反應器底部進入，首先通過沸騰床反應段，在沸騰床催化劑的作用 下進行加氫反應，反應后的混合物經(jīng)過套筒上部的相分離器分離出催化劑后，氣體和液體 繼續(xù)折返向下進入環(huán)隙的固定床反應段，在固定床催化劑的作用下，進一步進行加氫反應， 一部分固定床反應段的生成物作為循環(huán)油循環(huán)至沸騰床反應段，而剩余部分從底部的產品 排出口排出反應器。根據(jù)本發(fā)明的方法，在套筒的頂部可以往沸騰床反應段加入新鮮催化劑，從套筒 的底部可以排出失活催化劑。其中所述的沸騰床催化劑為本技術領域常規(guī)的負載型加氫處理催化劑，通常包括 載體和分散于載體上的活性金屬組分。其中催化劑的活性金屬選自鎳、鈷、鉬或鎢中的一種 或幾種。催化劑的組成以重量計包括鎳或鈷以氧化物計為0. 5% 10%，鉬或鎢以氧化物 計為 20%，載體可以為氧化鋁、氧化硅、氧化鋁-氧化硅和氧化鈦中的一種或幾種。催 化劑的形狀為擠出物或球形，堆密度為0. 5 0. 9g/cm3，顆粒直徑(球形直徑或條形直徑) 為0. 04 1. 0mm,比表面積為80 300m2/g。所述的固定床催化劑為本技術領域常規(guī)的負載型渣油加氫催化劑。通常以多孔 氧化鋁，或者是純的氧化鋁，或者是含有少量氧化硅或氧化硼的氧化鋁為載體，活性金屬 選自鎳、鈷、鉬或鎢中的一種或幾種。催化劑的組成以重量計包括鎳或鈷以氧化物計為 0.5% 10%，鉬或鎢以氧化物計為 20%。催化劑的形狀為擠出物或球形，堆密度 為0. 4 0. 9g/cm3,顆粒直徑(球形直徑或條形直徑)為0. 5 1. 2mm,比表面積為10 300m2/g。本發(fā)明所述的渣油加工方法中，其中沸騰床反應段的工藝條件為，反應壓力為 10 20MPa，反應溫度為350 420°C，體積空速為0.2 2.0b-1，氫油體積比為500 1 1200 1 ；所述固定床反應段的工藝條件為反應壓力為10 20MPa，反應溫度為350 420°C，體積空速為0. 1 0. 51T1，氫油體積比為500 1 1200 1。所述的循環(huán)油與新鮮原料的體積比為1 2 10 1。循環(huán)油量的大小與噴嘴結 構尺寸和新鮮原料通過噴嘴的流速有關，一般通過改變噴嘴尺寸來調整循環(huán)量大小，并通 過改變新鮮原料進料量大小來進行微調。本發(fā)明方法適用于各種重油的加氫處理過程。這里所述的重油是指采用常規(guī)加 氫手段所不易處理的重質原料油，通常包括常壓渣油、減壓渣油、脫浙青油、油砂浙青、稠原 油、煤焦油及煤液化重油等劣質原料中的一種或幾種。本發(fā)明要解決的另一個技術問題是提供一種本發(fā)明加氫處理方法所使用的內環(huán) 流反應器。本發(fā)明提供的內環(huán)流反應器包括垂直于地面的圓筒型反應器殼體和位于殼體內 的套筒。所述的套筒將反應器劃分為兩部分，即套筒內部的沸騰床反應段和環(huán)隙的固定床 反應段。在所述的套筒內部上端設有相分離器，下端設有氣液噴嘴。所述的相分離器是由 內徑不同的兩個同心圓筒內筒、外筒連同套筒的內壁構成。本發(fā)明所述渣油加氫反應器的具體結構為
在所述反應器殼體的底部設有原料入口、產品排出口和催化劑排出口，殼體的頂 部設有催化劑加入口。在所述反應器殼體的內部設有一個套筒，套筒內上部設有相分離器， 下部設有氣液噴嘴。所述的原料入口位于反應器殼體底部，并直接與氣液噴嘴相連。所述的原料入口 分兩個，分別為原料油入口和氣體入口。所述的產品排出口位于反應器殼體底部，為保證一定的液封，其位置要位于反應 器底部封頭中部以上的位置，一般距封頭底部的垂直距離為封頭內徑的1/8 1/4。所述的催化劑加入口一般設置在反應器頂部中心處。其延長管直接伸到套筒內， 下端位置距分離器下平面的距離為分離器高度的0. 2 2倍，優(yōu)選為0. 5 1倍。所述的 催化劑排出口位于反應器底部封頭下端，其延長管要穿過分布板。其上端口距分布板的高 度為套筒內徑的1/16 1/4。所述的相分離器是由內徑不同的兩個同心圓筒(內筒和外筒)連同套筒內壁共 同構成。所述的外筒及內筒兩端敞口，分別由上部的直筒段和與之相連的錐形段構成。相 分離器高度一般占套筒高度的5% 30%，優(yōu)選為7% 25%。所述相分離器的外筒上平 面高于反應器套筒上平面，距反應器套筒上平面的距離一般至少應為分離器高度的10% 40%，優(yōu)選為20% 30%。錐形段的高度一般為分離器高度的5% 40%，優(yōu)選為15% 35%。此處所指錐形段的高度是指直筒段與錐形段交接處的水平面與所述錐形段底部的距 罔。所述內筒直筒段的截面積占反應器套筒截面積的10% 50%，優(yōu)選為25% 35 %。所述相分離器的內筒與外筒直筒段之間的環(huán)形截面積占反應器套筒截面積的10 % 50%，優(yōu)選為25% 35%。所述相分離器的外筒直筒段和反應器套筒內壁構成的環(huán)形截面 積占反應器套筒截面積的10 % 50 %，優(yōu)選為35 % 45 %。所述外筒上部開口所處平面與 內筒上部開口所處平面的垂直距離占分離器高度的10% 50%，優(yōu)選為25% 45%。外 筒上部開口所處平面與套筒上部開口所處平面的垂直距離占分離器高度的10% 60%， 優(yōu)選為20% 50%。其中外筒上部開口所處平面高于內筒上部開口所處平面，也高于套筒 上部開口所處平面。所述的氣液噴嘴可以為文丘里管的結構形式，也可以為其它類似的含噴射管的結 構。所述的套筒與反應器殼體同軸，套筒下端固定在反應器底部，并在其上部氣液分 布盤和下部催化劑支撐板位置通過支耳對套筒進行徑向固定。為保證套筒外的液體能夠 循環(huán)回套筒內，對套筒位于固定床催化劑支撐板下方部分進行開孔，開孔直徑為套筒直徑 的20% 80%，優(yōu)選為30% 50%，開孔率為30% 80%，優(yōu)選為40% 60%。套筒上 端高于環(huán)隙催化劑料面上面的氣液分布盤所在平面，距氣液分布盤的高度為反應器內徑的 5% 50%，優(yōu)選為8% 20%。套筒截面積為反應器殼體截面積的15% 70%，優(yōu)選為 25% 50%。所述的氣液分布盤為環(huán)形，可拆卸。其目的是保證氣液均勻的通過環(huán)隙催化劑床層。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點是(1)在處理重劣質原料油時，能夠實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運轉；由于內套筒內的沸騰床
6催化劑可以在線加入和排出，保持了沸騰床加氫工藝的優(yōu)點，因此本發(fā)明方法對各種渣油， 尤其是高金屬含量的劣質原料油有很好的適應性，能夠實現(xiàn)長周期的連續(xù)運轉。(2)使用單反應器操作時，仍能夠達到較高的雜質脫除率和轉化率；當原料油通 過沸騰床催化劑床層脫除大部分金屬雜質后，進入固定床催化劑床層進一步進行脫金屬、 脫硫、脫殘?zhí)亢娃D化，即綜合了沸騰床工藝與固定床工藝的優(yōu)點，因此能夠達到較高的雜質 脫除率和轉化率。(3)減緩了固定床反應段的床層溫升，取消冷氫注入口 ；從環(huán)隙的固定床反應段 流下的部分加氫生成物，和新鮮進料一起進入沸騰床催化劑床層，對新鮮原料油起到一定 的稀釋作用，既減緩了操作苛刻度，又同時增加了內套筒中的液體線速度，可以不使用循環(huán) 油泵即可保持催化劑達到理想的沸騰狀態(tài)。另外，沸騰床反應段的特點是反應器內溫度均 勻，由于套筒內反應物與環(huán)隙內的反應物能夠保證很好的傳熱，這樣可以減緩環(huán)隙內固定 床的床層溫升，從而此種反應器不需要冷氫注入就能很好的控制反應溫度。(4)裝置操作靈活，投資相對較低。本發(fā)明的反應器的操作同沸騰床反應器的操作 相差無幾，因而操作簡單靈活。因而，本發(fā)明反應器對高金屬、高浙青質含量的劣質原料油有很好的適應性，能夠 在達到高轉化率和高雜質脫除率的情況下可以實現(xiàn)裝置的長周期穩(wěn)定運轉。


圖1為本發(fā)明反應器的正視圖結構示意圖。圖2為本發(fā)明比較例1的運轉曲線圖。圖3為本發(fā)明比較例2的運轉曲線圖。圖4為本發(fā)明實施例3的運轉曲線圖。
具體實施例方式結合附圖1，本反應器的結構特征和工作原理如下該反應器是一種內環(huán)流反應器，其中套筒6中是沸騰床反應區(qū)，而反應器殼體5和 套筒6圍成的環(huán)隙則是固定床反應區(qū)。新鮮原料油從噴嘴1進入，在噴嘴3處形成一定的負 壓，從而吸入一定的從環(huán)隙下來的生成油，與從氣體入口 2來的氫氣混合后經(jīng)過氣液分布 器4均勻分散后，在內套筒中帶動催化劑處于沸騰狀態(tài)，在內套筒頂部設有一個相分離器 7，防止催化劑攜帶到環(huán)隙，避免堵塞環(huán)隙催化劑床層。經(jīng)過沸騰床反應區(qū)的物料通過氣液 分布盤9再次分布，并均勻的通過環(huán)隙的固定床催化劑床層10進一步反應，從環(huán)隙流下來 的氣液混合物流一部分從產品排出口 11排出反應器，另一部分通過噴嘴循環(huán)回內套筒。另 外，內套筒中的催化劑可以通過催化劑加入口 8和催化劑排出口 12進行在線加入和排出。以下結合實施例進一步對本發(fā)明反應器的結構及使用效果進行描述。比較例-1根據(jù)本發(fā)明，在60L中型固定床渣油加氫裝置上進行了對比試驗。反應器直徑 160mm，反應器總高3500mm。固定床催化劑裝填量48L，為脫金屬催化劑。所使用的原料油 性質和反應結果見表1，長周期運轉結果見圖1。比較例-2
根據(jù)本發(fā)明，在60L中型沸騰床加氫裝置上進行了對比試驗。反應器直徑160mm， 反應器總高3500mm。沸騰床催化劑裝填量18L，為脫金屬催化劑，催化劑粒徑0. 2mm。所使 用的原料油性質和反應結果見表1，長周期運轉結果見圖2。實施例-1根據(jù)本發(fā)明，在60L中型裝置上進行了試驗。反應器直徑160mm，套筒直徑80mm， 反應器總高3500mm，套筒高度2800。沸騰床催化劑裝填量6L，為脫金屬催化劑，催化劑粒度 0.2mm。環(huán)隙內固定床催化劑裝填量42L，也為脫金屬催化劑。所使用的原料油性質和反應 結果見表1，長周期運轉結果見圖3。表 權利要求
一種重油加氫處理方法，重油與氫氣在加氫工藝條件下進行反應，其特征在于，在一個內環(huán)流反應器內分成兩個反應段，即套筒內的沸騰床反應段和環(huán)隙的固定床反應段，重油與氫氣的混合物從反應器底部進入，首先通過沸騰床反應段，在沸騰床催化劑的作用下進行加氫反應；反應后的混合物經(jīng)過套筒上部的三相分離器分離出催化劑后，氣體和液體繼續(xù)折返向下進入環(huán)隙的固定床反應段，在固定床催化劑的作用下，進一步進行加氫反應。
2.根據(jù)權利要求1所述的加氫處理方法，其特征在于，在套筒的頂部往沸騰床反應段 加入新鮮催化劑，從套筒的底部排出失活催化劑。
3.根據(jù)權利要求1所述的加氫處理方法，其特征在于，所述的沸騰床催化劑為包括載 體和分散于載體上的活性金屬組分，所述的活性金屬選自鎳、鈷、鉬或鎢中的一種或幾種。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的加氫處理方法，其特征在于，所述的沸騰床催化劑的組成 以重量計包括鎳或鈷以氧化物計為0. 5% 10%，鉬或鎢以氧化物計為 20%。
5.根據(jù)權利要求1所述的加氫處理方法，其特征在于，所述的固定床催化劑以多孔氧 化鋁、氧化鋁、或含有少量氧化硅或氧化硼的氧化鋁為載體，活性金屬選自鎳、鈷、鉬或鎢中 的一種或幾種。
6.根據(jù)權利要求1或5所述的加氫處理方法，其特征在于，所述的固定床催化劑的組成 以重量計包括鎳或鈷以氧化物計為0. 5% 10%，鉬或鎢以氧化物計為 20%。
7.根據(jù)權利要求1所述的加氫處理方法，其特征在于，所述的沸騰床反應段的工藝條 件為，反應壓力為10 20MPa，反應溫度為350 420°C，體積空速為0. 2 2. Oh—1，氫油體 積比為500 1 1200 1;所述的固定床反應段的工藝條件為反應壓力為10 20MPa， 反應溫度為350 420°C，體積空速為0. 1 0. 51Γ1，氫油體積比為500 1 1200 1。
8.根據(jù)權利要求1所述的加氫處理方法，其特征在于，一部分固定床反應段的生成物 作為循環(huán)油循環(huán)至沸騰床反應段，而剩余部分從產品排出口排出。
9.根據(jù)權利要求8所述的加氫處理方法，其特征在于，所述的循環(huán)油與新鮮原料的體 積比為1 2 10 1。
10.根據(jù)權利要求1所述的加氫處理方法，其特征在于，所述的重油包括常壓渣油、減 壓渣油、脫浙青油、油砂浙青、稠原油、煤焦油及煤液化重油中的一種或幾種。
11.權利要求1至10任一權利要求所述的加氫處理方法所使用的內環(huán)流反應器，包 括垂直于地面的圓筒型反應器殼體和位于殼體內的套筒，所述的套筒將反應器劃分為兩部 分，即套筒內部的沸騰床反應段和環(huán)隙的固定床反應段；在所述的套筒內部上端設有相分 離器，下端設有氣液噴嘴；所述的相分離器是由內徑不同的兩個同心圓筒內筒、外筒連同套 筒的內壁構成。
12.根據(jù)權利要求11所述的反應器，其特征在于，在所述反應器殼體的底部設有原料 入口、產品排出口和催化劑排出口，殼體的頂部設有催化劑加入口。
13.根據(jù)權利要求11所述的反應器，其特征在于，所述的套筒與反應器殼體同軸，套筒 下端固定在反應器底部，并在其上部氣液分布盤和下部催化劑支撐板位置通過支耳對套筒 進行徑向固定。
14.根據(jù)權利要求11所述的反應器，其特征在于，所述的套筒位于固定床催化劑支撐 板下方部分開孔，開孔直徑為套筒直徑的20% 80%，開孔率為30% 80%。
15.根據(jù)權利要求14所述的反應器，其特征在于，所述的開孔直徑為套筒直徑的30% 50%，開孔率為40% 60%。
16.根據(jù)權利要求12所述的反應器，其特征在于，所述的產品排出口處于反應器底部 封頭中部以上的位置，距封頭底部的垂直距離為封頭內徑的1/8 1/4。
17.根據(jù)權利要求12所述的反應器，其特征在于，所述的催化劑加入口設置在反應器 頂部中心處，其延長管直接伸到套筒內，下端位置距分離器下平面的距離為分離器高度的 0. 2 2倍。
18.根據(jù)權利要求12所述的反應器，其特征在于，所述的催化劑排出口位于反應器底 部封頭下端，其延長管穿過分布板，其上端口距分布板的高度為套筒內徑的1/16 1/4。
19.根據(jù)權利要求11所述的反應器，其特征在于，所述的外筒及內筒兩端敞口，分別由 上部的直筒段和與之相連的錐形段構成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重油加氫處理方法及該方法所用的內環(huán)流反應器。本發(fā)明的加氫處理方法為，在一個內環(huán)流反應器內分成兩個反應段，即套筒內的沸騰床反應段和環(huán)隙的固定床反應段，重油與氫氣的混合物從反應器底部進入，首先通過沸騰床反應段，在沸騰床催化劑的作用下進行加氫反應；反應后的混合物經(jīng)過套筒上部的分離器分離出催化劑后，氣體和液體繼續(xù)折返向下進入環(huán)隙的固定床反應段，在固定床催化劑的作用下，進一步進行加氫反應。本發(fā)明方法兼具沸騰床和固定床加氫工藝的特點，對高金屬、高瀝青質含量的劣質原料油有很好的適應性，能夠在達到高轉化率和高雜質脫除率的情況下實現(xiàn)裝置的長周期穩(wěn)定運轉。
文檔編號C10G49/00GK101942325SQ20091001245
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權日2009年7月9日
發(fā)明者劉建錕, 方向晨, 楊濤, 胡長祿, 葛海龍, 賈麗 申請人:中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院