CN102049220B

CN102049220B - 一种强化沸腾床加氢反应器气液传质的方法

Info

Publication number: CN102049220B
Application number: CN 200910188141
Authority: CN
Inventors: 王喜彬; 刘建宇; 胡长禄; 方向晨; 孙万付; 曹春清; 曲涛; 刘雪玲
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: CN102049220A

Abstract

本发明公开了一种强化沸腾床加氢反应器气液传质的方法。具体过程为：新鲜原料油、循环油和氢气首先进入设置在反应器前的微气泡发生器，进行充分混合，使得氢气以微气泡形式分散于液相物料中，然后进入沸腾床反应器进行加氢和裂化反应。本发明方法可以提高氢气的利用率，降低氢油体积比，节省操作费用，促进加氢和裂化反应深度。

Description

一种强化沸腾床加氢反应器气液传质的方法

技术领域

本发明涉及一种强化沸腾床加氢反应器气液传质的方法，特别是提高沸腾床加氢反应器内微气泡比例进而强化气液传质的方法。

背景技术

渣油加氢处理及裂化是解决重油深加工的最合理、有效的方法。现有的渣油加氢技术分为固定床加氢、移动床加氢、悬浮床加氢和沸腾床加氢四种类型。固定床加氢处理技术相对最为成熟，但其对原料选择性较差的局限性日渐突出；移动床加氢技术也已成熟，由于催化剂可实现在线加排，对原料的适应性有所增强，仍不能适应重质和超重质原油的加工；悬浮床加氢也是国内外各大石油公司和研究机构积极开发的一种重油加工技术，但由于工程技术的难度较大，至今大都处于工业示范装置阶段，未见工业应用的报道；沸腾床加氢技术近年来发展迅速，工艺技术和过程控制都已比较成熟，是劣质重渣油加氢处理的理想技术。

在渣油沸腾床加氢工艺中，原料与氢气混合后从反应器底部进入，在反应器中催化剂颗粒借助于液体提升和气体搅动使其处于沸腾状态。其具有如下工艺特点：(1)原料适应性强；(2)反应器内温度均匀，传质和传热效果好；(3)催化剂可在线加排、能够保证恒定的产品质量；(4)床层压降小、无堵塞、运转周期长；(5)装置操作灵活。

沸腾床加氢反应器内液相为连续相，气固为分散相，形成了气-液-固三相共存的反应体系，反应效率的高低取决于气-液-固三相的相间传质速度。由于气相需要溶解到液相中，才能和固相(催化剂)接触反应，所以气相分布方式对反应器的传质效率和氢气的使用效率有重要影响。目前，一般采用气体在反应器中含量(即气含率)的多少作为衡量沸腾床传质好坏的重要指标。在相同气含率的条件下，气泡尺寸及其概率分布对气-液-固相间传质性能有重要影响。当气含率相同时，气泡直径越小，气液相界总面积越大，传质速率越快；气泡直径越大，则气液相界总面积越小，传质速率越慢。同时大气泡的上升速度高于小气泡，也会造成气体在反应器中的停留时间缩短，在一定程度上形成气体短路。这些都会影响反应物之间的传质效果，并降低反应的转化率。

现有沸腾床加氢工艺技术中，一般在反应器底部设置高压室，进行气、液混合。高压室中没有催化剂，气、液混合物流经过分布盘(反应区与高压室隔离设备)进入反应区与催化剂接触反应。采用外循环操作的反应器中气、液在高压室仅经过简单混合，所以气泡直径较大，传质效果较差，而且气液分布器堵塞后，维护修理需要拆卸反应器，非常麻烦。

美国专利US5360535、US5389238介绍了一种使用循环喷射器的沸腾床工艺技术。其基本原理为：采用文丘里型喷射器，以较小的循环泵流量，带动大量的循环油，节省动力。虽然该方法采用了文丘里型喷射器，但没有考虑气体的分布问题，依然存在气泡较大及分布较差的状况。

美国专利US6270654提供了一种降低反应器中气含量，提高催化剂和液体含量的方法。该发明主要目的是充分提高反应器的使用效率，更多地处理液体物料。虽然气含量减少了，但没有考虑气体的分布优化，会影响反应转化率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种强化沸腾床加氢反应器气液传质的方法。本发明可以提高氢气的利用率，降低氢油体积比，节省操作费用，促进加氢和裂化反应深度。

本发明强化沸腾床反应器气液传质的方法包括以下内容：

a、液相物料与氢气在微气泡发生器中进行充分混合，使液相物料中充分溶解氢气，氢气过量部分则以微气泡形式均匀分散于液相物料中；

b、步骤a排出的混合物料进入沸腾床加氢反应器与催化剂接触，进行加氢及裂化反应；

c、反应后的氢气循环使用，液相产物部分或全部进入分馏系统。

步骤(a)所说的液相物料可以为新鲜原料油，也可以为新鲜原料油与循环油的混合物料，循环油可以是反应后部分液相产物直接循环，也可是反应后液相产分馏后的重质馏分循环。新鲜原料油可以是各种重油、劣质原料，如各种减压渣油、重质原油、煤液化油、煤焦油等中的一种或几种。所说的微气泡发生器为选矿业浮选等领域中已非常成熟的气泡发生器，例如：文丘里管型的微气泡发生器、剪切接触发泡器、微孔发泡器、机械搅拌式发泡器等。其原理主要是通过高速的液流剪切力将气体撕扯成微气泡。直径小于0.5mm的微气泡数量占整个气泡数量的比例大于80％。

步骤(b)中所说的催化剂为本领域常规的沸腾床催化剂，催化剂的活性组分可以为镍、钴、钼或钨等一种或几种，镍或钴的加入量为0.5％～10％(按氧化物计)，钼或钨为1％～26％(按氧化物计)。催化剂的堆密度为0.5～0.9g/cm³，催化剂颗粒直径为0.04～1.5mm，比表面积为80～350m²/g。

步骤(b)所说的加氢沸腾床反应器操作条件为：反应温度为350～480℃，最好为380～450℃；氢油体积比为400∶1～1500∶1，最好为550∶1～1000∶1；体积空速0.5～5.0h^-1，最好为1.0～3.0h^-1；反应压力为6.0～30.0MPa，最好为12.0～20.0MPa。

本发明的优点是：

1、在微气泡发生器中氢气与液相物料强化接触，氢气充分溶解于液相物料中，过量的氢气则以微气泡的形式均匀分散在液相物料中，增加了气液接触表面积，提高了反应器传质效率。

2、由于气泡直径较小且分布均匀，使得氢气的使用效率大大提高，可以采用比现有方法低的氢油体积比，降低循环氢压缩机的负荷，减少装置的日常操作费用。

3、气、液分配在反应器外实现，反应器中不需要设置高压室，提高了反应器的有效容积，降低了反应器内的构件复杂程度，节省了投资成本。

4、微气泡发生器独立于反应器，维修护理无须拆卸反应器，降低维护成本。

5、可以通过调节气、液流量，优化气泡的大小和分布。

6、随着传质效率的提高，可以促进加氢和裂化反应，使原料油的转化率提高，增加轻质油品的收率，同时提高了产品质量。

附图说明

图1为本发明一种强化沸腾床反应器气液传质的方法流程示意图。

图2为本发明另一种强化沸腾床反应器气液传质的方法流程示意图。

图1中序号1为沸腾床反应器，2为微气泡发生器，3为新鲜氢气，4为循环氢气，5为新鲜原料油，6为循环油，7为生成油。

图2中序号1为沸腾床反应器，2为微气泡发生器，3为新鲜氢气，4为循环氢气，5为新鲜原料油，6为循环油，7为生成油，8为循环杯。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的具体特征，将结合附图加以说明。

结合附图1，本发明的一种工艺过程为：

新鲜原料油5与循环油6在管线中混合为液相物料，新鲜氢气3、循环氢气4在管线中混合为混合氢气，然后液相物料和混合氢气进入微气泡发生器2进行气液强化分配。充分溶解氢气并带有大量微气泡的油直接进入沸腾床反应器1，与催化剂接触进行加氢及裂化反应。反应后的氢气循环使用，液相产物一部分循环进入微气泡发生器，一部分作为生成油7进入分馏系统。

结合附图2，本发明的一种工艺过程为：

新鲜原料油5与循环油6在管线中混合为液相物料，新鲜氢气3、循环氢气4在管线中混合为混合氢气，然后液相物料和混合氢气进入微气泡发生器2进行气液强化分配。充分溶解氢气并带有大量微气泡的液相物料直接进入沸腾床反应器1，与催化剂接触进行加氢及裂化反应。反应后的氢气循环使用，液相产物的一部分经循环杯8引出反应器，循环进入微气泡发生器，另一部分由反应器上部引出，作为生成油7进入分馏系统。

为进一步说明本发明的方案和效果，列举以下实施例与比较例。涉及的百分比均为重量百分比。

实施例1

本实施例为渣油加氢处理的一种实施方案，操作流程示意图参照附图1。

新鲜原料油5与循环油6在管线中混合为液相物料，循环物料与新鲜原料的体积比为1∶1，新鲜氢气3、循环氢气4也在管线中混合，然后混合液相物料和混合氢气进入微气泡发生器2进行气液强化分配。充分溶解氢气并带有大量微气泡的液相物料直接进入沸腾床反应器1，与催化剂接触进行加氢及裂化反应。反应后的氢气循环使用，液体物料一部分循环进入微气泡发生器，一部分作为生成油7进入分馏系统。

沸腾床加氢催化剂为微球形，以氧化铝为载体，以钼-镍为活性组分。催化剂中含MoO₃为21.3％，含NiO为8.8％。催化剂的堆密度为0.75g/cm³，比表面积为240m²/g，催化剂颗粒平均直径为0.6mm。

试验使用的常压渣油原料性质列于表1。反应条件及结果见表2。

比较例

比较例采用常规的沸腾床工艺。新鲜原料油、循环油和氢气在高压室混合，然后混合物料向上通过分布盘进入反应区，与催化剂接触进行加氢和裂化反应。反应后的氢气循环使用，液体物流一部分循环至高压室，一部分作为生成油进入分馏系统。

沸腾床加氢催化剂与实施例使用的催化剂相同。

表1试验用渣油原料性质

项目	数据
		密度(20℃)，kg.m^-3	1002.8
残炭值，％	18.3
		粘度(100℃)，mm²/s	576.7
凝点，℃	40
		元素分析，％
C	86.3
		H	10.7
S	2.5
		N	0.4
金属元素(Ni+V)，μg.g^-1	180.0
		四组分分析，％
饱和烃	29.0
		芳香烃	33.1
胶质	24.5
		沥青质	13.4

表2反应条件及结果

反应条件	实施例	比较例
			反应总压，MPa	15	15
体积空速，h^-1	1.0	1.0
			反应温度，℃	435	440
氢油比，v/v	580∶1	1000∶1
			生成油/μg.g^-1

S/μg.g^-1	7100	9855
			N/μg.g^-1	1900	2300
(Ni+V)/μg.g^-1	57	69
			＜500℃收率，wt％	72	68

Claims

1.一种强化沸腾床加氢反应器气液传质的方法，包括以下内容：

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(a)所说的液相物料为新鲜原料油，或者为新鲜原料油与循环油的混合物料。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：微气泡发生器为文丘里管型的微气泡发生器、剪切接触发泡器、微孔发泡器或机械搅拌式发泡器。

4.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于：微气泡分散于液相物料中时，直径小于0.5mm的微气泡数量占整个气泡数量的比例大于80％。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(b)中所说催化剂的活性组分为镍、钴、钼或钨的一种或几种，以氧化物重量计，镍或钴的含量为0.5％～10％，钼或钨的含量为1％～26％。

6.按照权利要求1或5所述的方法，其特征在于：步骤(b)中催化剂的堆密度为0.5～0.9g/cm³，催化剂颗粒直径为0.04～1.5mm，比表面积为80～350m²/g。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(b)所说的加氢沸腾床反应器操作条件为：反应温度为350～480℃，氢油体积比为400∶1～1500∶1，体积空速0.5～5.0h^-1，反应压力为6.0～30.0MPa。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(b)所说的加氢沸腾床反应器操作条件为：反应温度为380～450℃，氢油体积比为550∶1～1000∶1，体积空速为1.0～3.0h^-1，反应压力为12.0～20.0MPa。