CN102451650A

CN102451650A - 一种悬浮床加氢反应器

Info

Publication number: CN102451650A
Application number: CN2010105222151A
Authority: CN
Inventors: 贾丽; 贾永忠
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: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-05-16

Abstract

本发明公开了一种悬浮床加氢反应器。该反应器包括垂直于地面的圆筒型反应器壳体和至少一个内循环区；所述的内循环区包括圆筒、圆锥台形扩散段和导向结构；圆筒的下端同圆锥台形扩散段的上端相连接，所述的导向结构为设置于反应器内壁的环形凸起结构，其沿反应器轴线的纵截面为侧置梯形或弓形。本发明通过在悬浮床反应器内设置若干内循环区，一方面有利于增强原料、催化剂和氢气之间的传质和传热反应，提高液体的加氢效果；另一方面延长了反应后物流中液体组分在悬浮床反应器中的停留时间，有利于增加轻油收率。

Description

一种悬浮床加氢反应器

技术领域

本发明涉及一种悬浮床反应器，具体地说是用于液体烃类在催化剂存在下与氢气进行化学反应的一种改进的悬浮床加氢反应器。

背景技术

悬浮床加氢反应通常是在临氢条件下，在催化剂存在下，烃原料中的大分子进行热裂化和加氢反应的过程，该技术可以处理高金属、高沥青质含量的重、劣质原料油，具有操作灵活和原料适应性强等特点。

悬浮床加氢通常采用空筒式或有简单内构件(如热偶管)的反应器。悬浮床加氢反应过程为：首先将烃原料与催化剂混合均匀，然后与氢气混合以上流式从反应器底部进入反应器，在规定的操作条件下进行加氢裂化反应。悬浮床加氢使用的催化剂通常为固体粉末催化剂，水溶性催化剂和油溶性催化剂，以烃原料为载体，催化剂与原料连续进出反应器，反应器中没有固定的催化剂床层。催化剂加入量很少，通常占原料量的百分之几至万分之几，所以在反应条件下，原料与催化剂的接触不紧密，不利于原料与氢气和催化剂之间的传质传热反应。

为了克服上述问题，雪佛龙发表的专利US7431822提出了一种带有相分离的新型反应器结构，将沸腾床反应器使用的内循环杯用于悬浮床反应器，以增强反应器内的返混效果，强化烃原料与催化剂及氢气之间的传质和传热过程，提高加氢转化效果。其缺点在于其将整个反应器形成一个循环区，新鲜进料与转化后物流进行充分返回，使得单个反应器的转化率低，需要多个反应器串联操作才能获得好的加氢和转化效果，因此提高了设备投资成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种改进的悬浮床加氢反应器。该反应器内增设内循环区，可以提高原料转化率，提高产品质量。

本发明提供的悬浮床加氢反应器包括垂直于地面的圆筒型反应器壳体和至少一个内循环区；所述的内循环区包括圆筒、圆锥台形扩散段和导向结构；圆筒的下端同圆锥台形扩散段的上端相连接，所述的导向结构为设置于反应器内壁的环形凸起结构，其沿反应器轴线的纵截面为侧置梯形或弓形。

本发明新型悬浮床加氢反应器的具体结构为：

所述的内循环区包括圆筒、圆锥台形扩散段和相邻的导向结构。圆筒与圆锥台形扩散段相连接，该扩散段的下端开口直径小于反应器的内径。紧邻圆筒圆锥台形扩散段的为导向结构，三者结合构成一个内循环区。根据反应器的高径比和转化深度的要求可以在反应器中设置一个或多个内循环区，优选设置2～4个内循环区，其中不同内循环区的圆筒内径可以相同或不同。

所述导向结构为设置于反应器壳体内壁的环形凸起结构，其沿反应器轴线的纵截面为侧置梯形或弓形。侧置梯形的上侧腰线或弓形与反应器壁交点处的切线与反应器内壁形成的夹角称为覆盖角，该覆盖角为锐角，最好小于60度；与之相对，侧置梯形的下侧腰线或弓形与反应器壁交点处的切线与反应器内壁形成的夹角称为摩擦角，该摩擦角亦为锐角，最好小于60度。所述导向结构围成的导向口的直径介于反应器内径和内循环区圆筒内径之间。

在每个内循环区均可设置催化剂加入口，也可以同时设置进料口。

根据本发明的悬浮床加氢反应器，所述的反应物排出口一般位于在反应器顶部中心处。

一般说来，悬浮床反应器的径高比范围在0.05～0.2之间。

本发明中悬浮床反应器的内循环区作用原理为：物流通过不同的反应器横截面积，流速发生变化。悬浮床反应器内的物流由气、液、固三相构成，即固态的催化剂，液态的反应物流，气态的氢气及生成的轻烃。当反应器内物流通过的横截面积发生变化时，气体和液体流速随之发生变化，则液体物流中夹带的催化剂将发生快速提升或沉降现象，液相原料在悬浮床反应器中随着反应的进行生成部分轻组分，该组分会随着氢气一直向上通过反应器，而部分反应后的液体物流及未反应的原料将与催化剂的运动状态相类似，在反应器内横截面较小的圆筒区快速向上流动，在随之的横截面积瞬间扩大处将发生与主物流流动方向相反的逆流现象。

与现有技术相比，本发明悬浮床加氢反应器的优点是：

1、在悬浮床反应器中形成一个或多个循环区，可以形成多个操作区间，使得整个悬浮床反应器操作更灵活。

2、内循环区的存在延长了反应后物流中液体组分在悬浮床反应器中的停留时间，有利于增加轻油收率。

3、采用设置内循环区的操作方式，加强悬浮床反应器原料、催化剂和氢气之间的传质和传热效果，提高产品质量。

附图说明

图1为本发明悬浮床反应器的一种实施方案的结构示意图(设置两个内循环区)。

其中，1-进料口；2，6-导向结构；3，7-导向口；4，8-圆锥台形扩散段；5，9-圆筒；10-反应物排出口；11-内循环区I；12-内循环区II。

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。

结合图1，本发明反应器的结构特征和工作原理如下：

均匀混有催化剂的烃原料与氢气混合后由进料口1进入悬浮床反应器，在规定的反应条件下进行加氢裂化反应，反应后的气液物流与含部分催化剂的未转化原料及氢气沿着反应器的轴线进入由导向结构2、圆筒5及圆锥台形扩散段4构成的内循环区11，物流经导向结构2形成的导向口3和圆锥台形扩散段4汇集到圆筒5流体通道中，由于此时流体通道的横截面积减小，所以气液流速加快，流体通过圆筒顶部后，流体通道瞬间扩大，所以气液流体流速瞬间减小，其携带固体催化剂的能力降低，致使部分反应后的液体和未转化原料及固体催化剂微粒沿着圆筒外壁与反应器内壁形成的通道向下流进入导向口，与从反应器下部向上流的物流混合，从而形成小的内循环区。由内循环区11上升的气相物流和部分液相物流及携带的催化剂进入上部的内循环区12，在内循环区12也发生上述重组分和固体催化剂循环及气相物流和部分液相物流上升现象，其中上升的气体和液相物流经反应物排出口10排出，进入下游的分离装置。

本发明悬浮床加氢的操作条件为：反应压力为6～30MPa，优选为10～18MPa；反应温度为350～500℃，优选为400～480℃；空速为0.1～5h^-1，优选为0.5～3h^-1；氢油体积比为400～2000，优选为600～1500。

其中导向结构4沿反应器轴线的纵截面为侧置梯形，覆盖角和摩擦角均为锐角，最好均小于60度。当然导向结构2沿反应器轴线的纵截面也可以为弓形或者其他适宜的形状。

适用于本发明的悬浮床加氢反应器处理的原料包括常压渣油、减压渣油、脱沥青油、油砂沥青、稠原油、煤焦油及煤液化重油中的一种或几种。

根据本发明提供的悬浮床加氢反应器，反应器中使用的催化剂可以为本领域熟悉的固体粉末催化剂、水溶性催化剂或油溶性催化剂。其中固体粉末催化剂可以为粒度小于100μm的天然矿物、硫化亚铁、煤灰、活性炭等，加入量为0.2wt％～5wt％；水溶性催化剂可以为镍、钼、钴和钨等的磷酸盐或杂多酸盐或氨盐，其中催化剂水溶液的金属浓度为2wt％～10wt％，其催化剂的加入量以金属计为200～2000μg/g；油溶性催化剂为镍、钼、钴和钨等多羰基盐或环烷酸盐，其加入量以金属计为200～2000μg/g。

以下结合实施例进一步对本发明反应器的结构及使用效果进行描述。

实施例1

实施例中所用的悬浮床加氢反应器的结构尺寸为：反应器壳体的内径为160mm，反应器壳体的高度为2800mm。反应器内设置两个相同结构的内循环区，环形导向结构的覆盖角为20°，摩擦角为28°，导向口直径为100mm，圆筒内径为80mm，圆筒高度为100mm，圆锥台形扩散段的下端开口直径为150mm，圆锥台形扩散段的高度为45mm。

使用上述结构的悬浮床加氢反应器进行了渣油加氢处理试验。

试验过程使用氧化亚铁固体粉末催化剂，粒度为40μm，催化剂的加入量为3wt％。

试验使用的原料性质为残炭值18.3wt％，金属含量178μg.g^-1，沥青质3.7wt％，S含量2.6wt％，N含量0.35wt％。试验条件及结果见表1。

实施例2

该实施例2中反应器的基本结构及原料性质与实施例1基本相同，不同之处在于使用的催化剂前体为油溶性环烷酸钼，其加入量占烃进料的900μg/g(按照金属计算)，其中原料性质和反应结果见表1。

比较例1

该比较例中反应器的基本结构同实施例1，不同之处在于反应器内未设置内循环区。反应条件和试验原料同实施例1，其中具体试验条件及结果见表1。

表1试验条件及试验结果

项目	实施例1	实施例2	比较例1
				反应温度，℃	445	435	445
反应压力，MPa	15	15	15
				氢油比，v/v	800	800	800
液时体积空速，h^-1	1.5	1.4	1.5
				试验结果：
HDS，wt％	68	65	50
				HDM，wt％	78	72	65
500℃⁺渣油转化率，wt％	76	68	61

Claims

1.一种悬浮床加氢反应器，其特征在于，该反应器包括垂直于地面的圆筒型反应器壳体和至少一个内循环区；所述的内循环区包括圆筒、圆锥台形扩散段和导向结构；圆筒的下端同圆锥台形扩散段的上端相连接，所述的导向结构为设置于反应器内壁的环形凸起结构，其沿反应器轴线的纵截面为侧置梯形或弓形。

2.按照权利要求1所述的悬浮床加氢反应器，其特征在于，所述的内循环区的个数为2～4个。

3.按照权利要求1或2所述的悬浮床加氢反应器，其特征在于，所述的圆锥台形扩散段的下端开口直径小于反应器的内径。

4.按照权利要求2所述的悬浮床加氢反应器，其特征在于，不同内循环区的圆筒内径相同或不同。

5.按照权利要求1所述的悬浮床加氢反应器，其特征在于，所述侧置梯形的上侧腰线或弓形与反应器壁交点处的切线与反应器内壁形成的夹角称为覆盖角，该覆盖角为锐角。

6.按照权利要求1所述的悬浮床加氢反应器，其特征在于，所述侧置梯形的下侧腰线或弓形与反应器壁交点处的切线与反应器内壁形成的夹角称为摩擦角，该摩擦角为锐角。

7.按照权利要求5所述的悬浮床加氢反应器，其特征在于，所述的覆盖角小于60度。

8.按照权利要求6所述的悬浮床加氢反应器，其特征在于，所述的摩擦角小于60度。

9.按照权利要求1所述的悬浮床加氢反应器，其特征在于，所述导向结构围成的导向口的直径介于反应器内径和内循环区圆筒内径之间。