CN102596386A

CN102596386A - 一种沸腾床反应器及其加氢方法

Info

Publication number: CN102596386A
Application number: CN2010800474366A
Authority: CN
Inventors: 贾丽; 贾永忠; 葛海龙
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: CA2778125A1; CA2778125C; US9162207B2; RU2545330C2; EP2492006A1; US20120205288A1; WO2011047538A1; EP2492006A4; CN102596386B; RU2012119265A

Abstract

一种沸腾床反应器及其加氢方法。沸腾床反应器（7）包括垂直于地面的反应器壳体（103）、位于壳体（103）内上部的相分离器（111），所述相分离器（111）的下方设置有内循环区。内循环区包括圆筒（114）、锥形扩散段（115）和导流结构（104）。在使用这种沸腾床反应器（7）加氢的方法中，膨胀床反应器（3）既可以对沸腾床反应器（7）的部分产物进一步加氢处理，也能在不影响沸腾床反应器（7）稳定运行的情况下提供催化剂。

Description

一种沸腾床反应器及其加氢方法技术领域

本发明涉及一种反应器及其使用工艺，具体地，涉及一种沸腾床反应器及其加氢方法。背景技术

随着重质原油的大力开发和世界范围内石油产品需求结构的变化，市场对轻质燃料油的需求持续快速增长和对重质燃料油的需求迅速减少，重油加工技术已经成为炼油工业开发的重点。重油加工技术主要包括脱碳和加氢两种工艺过程：

脱碳工艺主要包括溶剂脱沥青、焦化、重油催化裂化等，脱碳工艺虽然设备投资低，但液体产品收率低，品质差，不能满足目前的环保要求。同时，随着原油重质化、劣质化趋势越来越严重，渣油收率占原油的比例逐年上升，最高可达 70wt%以上，而最常使用的重、渣油的脱碳工艺为焦化工艺，该工艺副产物是大量低附加值的焦炭。

加氢方法根据催化剂在反应器中存在状态的不同可具体分为固定床加氢、移动床加氢、悬浮床加氢和沸腾床加氢。在包括加氢的工艺中，由于使用高压反应设备而投资高，但产品质量好，液体收率高，可以实现重、渣油的最大限度轻质化。目前比较成熟的渣油加氢工艺为固定床渣油加氢，但该工艺受到原料性质制约，对原料的金属、残炭等指标要求比较严格。悬浮床和移动床技术在重油加工过程中虽然都具有一定的优势，但近年来发展较慢，由于悬浮床加氢尾油富集大量重金属，给尾油的加工和利用带来很大困难；移动床加氢技术通常采用原料油与催化剂逆流或并流通过反应器的操作方式，利用催化剂的初活性进行重油加工，虽然加氢效果较好，但催化剂用量大，并且催化剂的加氢活性未被充分利用。

目前，由于沸腾床加氢技术可以实现催化剂在线加排，具有广泛的原料适应性并能够保证长周期运行，所以发展势头强劲。沸腾床反应器是气、液、固三相流化床，可以处理高金属、高沥青质含量的重、劣质原料油，其具有压力降小，温度分布均匀，可保持整个运行周期内催化剂活性恒定，可在运行过程中加入新鲜催化剂和取出废催化剂等特点。

催化剂的在线加排技术是保证沸腾床产品质量，操作条件平稳和运行周期的关键技术。目前沸腾床加氢技术的催化剂在线加入方式通常釆用气相输送、液相输送方法或靠重力将固体催化剂从位于反应器上部的高压储罐直接加入到沸腾床反应器。而在沸腾床反应器中要保持催化剂处于良好的沸腾状态，要求反应器中的液体粘度、反应压力、气液流速和反应温度等保持恒定，而直接将新鲜催化剂加入到沸腾床反应器中容易引起上述条件的瞬间波动，造成反应器内的流体状态和操作条件的瞬间操作不平稳，此外，由于新鲜催化剂初活性很高，将其直接加入沸腾床反应器，与劣质的重、渣油原料接触混合，会导致催化剂迅速积碳，活性损失快，影响反应物流的加氢反应效果，增加催化剂的置换频率。

发明专利 CN101418222A、 CN1335357A、 CN101360808A均为劣质渣油处理方法的现有技术，其中 CN101418222A采用了沸腾床与悬浮床的联合反应装置； CN1335357A采用了膨胀床与移动床的联合反应装置； CN101360808A包括了至少两个串联的上流式反应器，但这些现有技术均没有公开在反应器内的催化剂不能达到要求的活性时，催化剂的在线处理方法。

US4398852介绍了一种沸腾床反应器的催化剂在线加入方法。该方法为首先将催化剂加入到耐高压的盛催化剂的容器中，然后将其充氢至反应压力，随后将位于催化剂容器与反应器连接管线上的阀门打开，使催化剂依靠重力进入沸腾床反应器。该过程为靠重力直接将催化剂加入到沸腾床反应器，该催化剂的加入方式将使初活性的催化剂在与劣质原料接触时迅速积碳，加速了失活速率，增加了催化剂的置换频率，同时，由于催化剂和氢气的预热温度低于反应温度，所以会造成沸腾床反应温度波动，操作条件不平稳，影响产品质量。

US Re 25770和 US4398852描述了典型的沸腾床工艺，在沸腾床反应器中设置了内循环杯进行气液分离，提高了液体的转化率。但该工艺在实际应用中存在以下不足：反应器内催化剂藏量较少，反应器空间利用率低；循环油泵维护保养费用较高，而且一旦循环油泵工作失常或损坏，会造成催化剂下沉聚集，装置被迫停止运行；反应器内液体产品在非催化加氢条件下停留时间过长，在高温下很容易进行二次热裂解反应结焦而降低产品质量。

专利 CN02109404.7和 CN101376092A分别介绍了一种新型的沸腾床反应器，采用三相分离器以及带有导向口的三相分离器进行气、液、固有效分离。与典型的沸腾床反应器相比，其具有结构简单、操作容易和反应器利用率高等特点。但由于沸腾床反应器高径比较大，通常为 1： 6至 1： 8，并且反应器内除了位于顶部的三相分离器外，绝大部分有效反应空间为空筒结构，缺少强制传质构造，所以气、液、固之间的传质效果较差，液相产品的加氢效果不显著，产品质量较差。此外，沸腾床反应器为返混反应器，部分未来得及反应的原料将随着反应后的物流排出反应器，使原料转化率相对较低。

现有技术中有一种含有两个以上反应段的沸腾床，在沸腾床反应器中设置有三相分离部件进行气、液、固分离，同时实现加氢脱金属、加氢脱硫、加氢脱氮多个反应的顺序排列，其中每个反应段使用一至两种催化剂。所述三相分离部件由导流构件和挡流构件构成，所述导流构件为两头开口的上窄下宽或上宽下窄的锥筒或锥斗，有上位和下位之分，下位导流构件的上端和上位导流构件的下端同轴相套。此反应器结构实际为将两个反应器合并而成的一个大型反应器，去掉了反应器之间的管线和其它如分离器，沉降罐等设备，其优点是可以合理利用热能，但是还存在以下不足：反应器体积庞大，增加了运输、安装、日常操作和维护的难度；在一个反应器中随着反应段的增加，三相分离器数目随之增加，使得整个反应器结构复杂，并且三相分离器越多占据的反应器空间越大，气、液、固有效的反应空间越小，而高温高压的沸腾床反应器成本很高，这将造成资源的不合理利用；采用多段串联操作方式，对操作和各段之间的气液分布盘设计要求很高，要求操作条件非常平稳，如果装置出现瞬间波动，将影响三相分离器的分离效果，则气液夹带的固体可堵塞分布盘，影响装置的正常平稳运行。发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种沸腾床反应器。该沸腾床反应器内增设若干个内循环区，可以有效提高原料转化率。

为实现上述目的，本发明釆用的技术方案是：

一种沸腾床反应器，包括垂直于地面的反应器壳体、位于壳体内上部的相分离器，在所述相分离器的下方设置有内循环区，所述内循环区包括圆筒、锥形扩散段和导流结构，所述圆筒和设置于圆筒下端的锥形扩散段位于反应器壳体中，所述导流结构位于锥形扩散段下端的反应器壳体内壁上，所述的导流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切面为梯形、弓形、半圆形、三角形中的一种，或其它可起到导向作用的等同替换、改进的形状，均应包含在本发明的保护范围之内。所述圆筒的上端为略向外扩散的喇叭口结构。

本发明新型沸腾床反应器的具体结构为：

在所述反应器壳体底部设有原料入口和气液分布板。在反应器壳体顶部设有气体出口，上部壳壁设有液体排出口，所述液体排出口介于相分离器内筒上端开口和外筒下端开口之间的反应器壳壁上，用于将反应生成的气体和液体导出。所述的相分离器设置于壳体内上部空间内，包括内径不同的两个同心圆筒：内筒和外筒。所述的内筒和外筒的上下两端全部开口，外筒的上端开口高于内筒的上端开口，而外筒的下端开口也应高于内筒的下端开口。所述内筒的下端为一锥形扩散段，该扩散段的开口（即内筒的下端开口）直径小于反应器的内径；所述外筒的下端同样为一锥形扩散段，该扩散段的开口（即外筒的下端开口）直径也小于反应器的内径。

所述相分离器的内筒构成分离器的中心管，内筒与外筒之间的环状空间组成相分离器的折流筒，外筒与反应器内壁之间的环状空间为该相分离器的澄清液体产品收集区，所述内筒的下端开口为物流导入口，内筒的下端开口与反应器内壁构成的圆环状开口为相分离器的催化剂下料口，分离出的固体微粒催化剂从此处重新返回到催化剂床层。

所述的相分离器各组成部件的具体尺寸及相对位置，均可以由本领域设计人员根据所使用的催化剂尺寸、反应器处理量、反应条件及分离效果等具体要求通过计算或者简单的试验予以确定，或者可以采用本领域中公开的常规技术，例如可以参照本申请人之前申请的专利 CN02109404.7或 CN101376092A。

所述的内循环区包括圆筒、锥形扩散段和相邻的导流结构。圆筒与锥形扩散段相连接，该锥形扩散段的下端开口直径小于反应器的内径，紧邻圆筒锥形扩散段的为导流结构，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 2~3个内循环区，其中不同的内循环区的圆筒内径可以相同或不同。所述导流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切面为梯形、弓形、半圆形、三角形，或其它形状可起到导向作用的等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

靠近相分离器一侧的导流结构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；与之相对的一侧，即远离相分离器的导流结构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。所述导流结构围成的导流口的直径介于相分离器的外筒和内筒直径之间。

根据本发明的沸腾床加氢反应器，在紧邻相分离器的下方也可以设置导流结构，所述导流结构位于反应器内中上部，位于相分离器与内循环区之间。所述导流结构与内循环区中的导流结构相类似。

所述的气体排出口一般位于在反应器顶部中心处。

为了将分离出的澄清液体排出反应器，液体排出口一般设置在反应器壳壁的上部，其位置应介于相分离器外筒的上端开口与下端开口之间。

所述相分离器的上部通常设有一定的缓冲空间，相分离后的气体产物于此富集并从气体排出口排出反应器。

一般说来，反应器的径高比范围在 0.01〜0.1之间。

本发明的沸腾床反应器通常还包括至少一个从所述反应器排出催化剂的部件，和至少一个向所述反应器补充新鲜催化剂的部件。所述补充新鲜催化剂的部件通常设置于所述反应器的顶部位置，而所述排出催化剂的部件通常位于所述反应器底部附近。例如在反应器壳体顶部设置催化剂添加管，而在底部设置催化剂排出管。所述的催化剂置换系统及使用方法，可以是任何适用的设备或方法，例如可参照美国专利 US3398085或 US4398852所述的方法。

为了使反应原料在反应器中与催化剂均匀接触，一般还应在所述圆筒型反应器壳体内的底部设置气液分布板，气液分布板可以选用任何可以使气体和液相均匀分布的结构，例如可采用泡帽结构。

沸腾床反应器的内循环区的作用原理为：物流通过不同的反应器横截面积，流速发生变化。沸腾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质烃。当反应器内的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，则靠气液夹带的催化剂将发生快速提升或沉降；液相原料在沸腾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，而部分反应后的液相产物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流体加速区快速向上流动，在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。

采用带有内循环区和相分离器的沸腾床反应器用于加氢处理劣质原料油，可以提高液相重组分的转化率，该沸腾床反应器的结构可以提高反应器内物流之间的传质和传热效果。

本发明的另一个目的是提供一种沸腾床反应器的加氢方法， · 该工艺既能保证沸腾床装置在催化剂加入时平稳运行，从而保证装置的运行周期，也能对沸腾床反应后物流进行进一步加工，从而提高产品质量。

本发明沸腾床反应器加氢方法的技术方案如下：

劣质原料油与氢气的混合物经加热炉加热后，以向上流动的方式进入沸腾床反应器进行催化加氢反应，所得流出物经过气液分离后的部分液相产物进入膨胀床反应器进一步反应，所述膨胀床反应器通过管线与沸腾床反应器相连；当所述沸腾床反应器中的催化剂达不到催化活性要求，不能保证产品质量时，需要补充新鲜的催化剂，所需的催化剂由膨胀床反应器予以补充，而膨胀床反应器缺少的催化剂由新鲜催化剂添加罐予以补充。

本发明方法中所述的膨胀床反应器的床层膨胀率为 5v%~25v%，优选为 10v%~25v%, 最优选为 15v%〜20v%。本发明中所述的膨胀率是指催化剂膨胀后的料面高度与催化剂自然装填后的料面高度差同催化剂自然装填后料面的高度的比值。所述膨胀床反应器的操作条件为：反应压力为 6〜30MPa，优选为 10~18MPa; 反应温度为 350〜500°C，优选为 380〜430°C；空速为 O.l^h'¹, 优选为 Ι ^·¹; 氢油体积比为 400〜2000，优选为 600〜1500。

膨胀床反应器每次催化剂的加入量为每次沸腾床反应器催化剂需要在线加入量的 2〜20倍，当膨胀床反应器中的催化剂剩余量为单次沸腾床反应器在线置换量的 0〜5倍时，从设置在该反应器上部的催化剂添加罐进行补充。

所述气液分离后的液相产物进入膨胀床反应器的比例占反应后液相产物总量的 5wt%〜70wt%，较好为 10wt%〜50wt%。

本发明方法中所述的劣质原料油包括常压渣油、减压渣油、脱沥青油、油砂沥青、稠原油、煤焦油及煤液化重油等劣质原料中的一种或几种。

所述沸腾床反应器的操作条件为：反应压力为 6〜30MPa，优选为 10〜18MPa; 反应温度为 350〜500°C , 优选为 400〜450°C ; 空速为 0.1〜5^，优选为 0.5~3h ; 氢油体积比为 400〜2000，优选为 600~1500。

根据本发明提供的劣质原料油加氢方法，上述反应器中使用的催化剂可以为本领域的常规沸腾床加氢催化剂，典型的催化剂的性质为：以耐熔无机氧化物为载体，以第 VIB 族和 /或第珊族金属为活性组分，催化剂的颗粒直径为 0.8mm, 颗粒长度为 3〜5mm，基本物化性质与传统的固定床加氢催化剂基本相同。本发明优选使用具有以下性质的催化剂：催化剂颗粒直径为 0.1~0.8mm，优选为 0.1〜0.4mm，催化剂含有 IB族和第環族活性加氢金属组分。载体为 A1₂0₃，含有至少一种助剂，助剂选自如下几种元素： B、 Ca、 F、 Mg、 P、 Si、 Ti等，助剂含量为 0,5wt%〜5.0wt%。催化剂的孔容为 0.6〜1.2mL/g，孔径 <8nm的孔容小于 0.03mL/g,—般为 0.005〜0.02 mL/g，平均孔径为 15〜30nm，孔径在 15~30nm 之间的孔容占总孔容的 50%以上，一般为 50%〜70%。比表面为 100〜300m²/g, 优选为 120〜240m²/g。

催化剂含 VIB族金属氧化物（如 Mo0₃) 1.0wt%~20.0wt%, 优选为 3.0wt% 〜15.0wt%，含第珊族金属氧化物（如 MO 或 CoO) 0.1wt%~8.0wt%, 优选为 0.5wt%~5.0wt%。催化剂磨耗≤0.1 wt%。

沸腾床反应器中所使用的催化剂为粒径在 0.1〜0.8mm之间的微球催化剂，而目前常规的沸腾床反应器，如 US Re 25570及相关专利中公开的反应器中设置的内循环杯主要功能是进行气液的有效分离，反应器中使用的催化剂与常规的加氢催化剂颗粒大小基本相同，所以常规的沸腾床反应器不适用本发明方法。

本发明方法中使用的沸腾床反应器可以选择内部设置有气、液、固三相分离器、及导流口等内构件的沸腾床反应器。如 CN1448212A、 CN101376092A中公开的沸腾床反应器都可用于本发明的加氢方法。上述的反应器虽然可以用于本发明方法，但由于沸腾床反应器的绝大部分有效反应区为空筒结构，气液固之间的传质效果差，所以加氢效果不显著，同时该返混操作的反应器会使部分未来得及反应的进料将随着反应后物流流出反应器，原料转化率相对较低。

本发明的劣质原料油加氢处理方法采用带有内循环区和三相分离器反应器的沸腾床与膨胀床联合工艺处理重油原料，既可以提高轻质油品质量，也可以保证主反应器沸腾床反应器在催化剂添加过程中平稳操作。该组合工艺可以采用灵活的操作模式进行重油加工，首先重油原料经沸腾床加氢反应器进行加氢裂化反应，反应后物流进入分离装置得到气相产物和液相产物，其中液相产物的一部分循环至膨胀床反应器进行进一步加氢处理。当沸腾床反应器需要进行催化剂添加时，膨胀床反应器物流夹带催化剂从反应器下部进入沸腾床反应器。该灵活的操作过程克服了现有催化剂直接加入沸腾床反应器可能带来的反应器温度和压力的波动问题，消除了现有加剂方法对催化剂沸腾状态和反应物流性质的影响（例如造成操作不稳定，如催化剂夹带或催化剂床层膨胀不理想，影响产品质量和装置的运行周期等）。而本发明将新鲜催化剂先加入到膨胀床反应器，然后再加入沸腾床反应器，可以起到缓冲作用，同时物流在膨胀床反应器可以将催化剂预热至反应温度，使得进入后续沸腾床反应器的液体、催化剂和气体的温度基本等于沸腾床的反应温度，保证沸腾床装置的平稳运行。此外，首先使新鲜催化剂与沸腾床加氢后性质大为改进的物流接触，可以充分利用催化剂的初活性，避免催化剂初期积碳过多而影响催化剂的效果。本发明的有益效果：

本发明工艺简单、科学、合理，与现有技术相比，本发明的一种沸腾床反应器及其加氢方法的优点为：

1) 本发明方法中提供的沸腾床反应器中形成一个或多个循环区，可以形成多个沸腾的操作区间，使得整个沸腾床反应器操作更灵活。

2) 循环区间的存在延长了反应后物流中液体组分在沸腾床反应器中的停留时间，有利于增加轻质油收率。

3) 由于沸腾床反应器为返混程度很高的反应器，所以通常反应器流出物中含有部分未转化的原料，设置多个小的内循环区，可以使原料多次循环转化，有利于提高转化率。

4) 沸腾床反应器的相分离器釆用圆筒形简单结构，与现有技术中锥筒或锥斗形相分离器相比，具有制备工艺简单、生产成本低、便于安装和维修的优点。

5) 采用膨胀床反应器与沸腾床反应器联合的工艺，与单一反应器相比较：延长了反应路径和时间，提高了反应物的杂质脱除率，提高了产品质量。

6) 将原料的沸腾床加氢处理、沸腾床反应后的物流在膨胀床进一步加氢及催化剂的在线加入三种操作模式进行合理匹配，既可以提高最终产品的质量，也可以在充分发挥沸腾床加氢技术原料适应性广的前提下，保证装置的长周期平稳运行。

7) 新鲜催化剂先进入膨胀床反应器，然后再进入沸腾床反应器，可以起到缓冲和预热催化剂的作用，使得整个运行周期操作平稳，同时使得新鲜催化剂与性质大大改善的沸腾床加氢液体产物接触，可以充分利用催化剂的初活性，并能保证催化剂活性可稳定发挥。附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中- 图 1为本发明沸腾床反应器的结构示意图（只设置一个内循环区）。

图 2为本发明沸腾床反应器加氢方法的流程示意图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下: 1一催化剂， 2—催化剂储罐， 3—膨胀床反应器， 4、 5、 11—氢气， 6—重烃原料， 7—沸腾床反应器， 8—高压分离装置， 9一冷却净化装置， 10—蒸馏装置， 12—汽油， 13—柴油， 14一加氢尾油， 15—催化剂排放管线， 16、 17、 18 一阀门；

101—进料口， 102—气液分布器， 103—反应器壳体， 104—导流结构， 105 一内筒， 106—外筒， 107—催化剂床层， 108—导流口， 109—催化剂进入口， 110—气体出口， 111一相分离器， 112—液体排出口， 113—下料口， 114—圆筒， 115—锥形扩散段， 116—催化剂排放口。具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解为，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图 1 所示，在本发明的一种具体实施方式中，所使用的沸腾床反应器包括内循环区和三相分离器，其结构特征和工作原理为：

反应原料混合后由进料口 101进入反应器，经气液分布器 102后均匀地通过催化剂床层 107，反应器壳体 103内的催化剂装量至少为反应器体积的 35%，通常为 40%〜70%，优选为 50%〜60%。在气液物流的携带作用下，催化剂床层膨胀到一定的高度，其膨胀后体积通常比其静态体积大 20%〜70%。进入反应区的气液物流再与催化剂进行接触反应，反应后的气液物流与未转化的原料及氢气沿着反应器的轴线携带着固体催化剂上升进入由导流结构 104、圆筒 114及锥形扩散段 115构成的循环区，物流经导流结构 104形成的导流口 108和圆筒的锥形扩散段 115汇集到圆筒 114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沿着圆筒外壁与反应器内壁形成的通道向下流进入导流口与从反应器下部向上流的物流混合，从而形成小的循环区。由循环区上升的气相物流和部分液相物流及携带的催化剂进入紧邻相分离器的导流结构 104 围成的导流口 108进入相分离器 111，进行相分离：气体首先分离出来，通过气体排出口 110排出反应器，分离下来的催化剂经下料口 113返回反应区，而基本不含催化剂颗粒的澄清液相产物通过液体排出口 112 排出反应器。为了及时将失活的催化剂排出反应器和补充新鲜催化剂，可以通过反应器上部的催化剂加入管 109往反应系统中补充新鲜催化剂，而通过反应器下部的排放管 116将部分失活催化剂排出反应系统。

导流结构 104沿反应器轴线的纵切面为梯形，覆盖角和摩擦角均为锐角，最好均小于 60度。当然导流结构 104沿反应器轴线的纵切面也可以为弓形或者其他适宜的形状。

相分离器 111 由内径不同的同心圆筒内筒 105、外筒 106连同反应器壳体 103的内壁共同构成。内筒 105构成该相分离器的中心管，内筒 105与外筒 106 之间的环状空间组成该相分离器的折流筒，外筒 106与反应器壳体 103内壁之间的环状空间为澄清液体产品收集区，上述中心管下端扩散段的开口为物流导入口，该扩散段的开口与反应器壳体 103内壁构成的环状开口为催化剂下料口。为了使折流筒内流体流速加快，改善分离效果，外筒扩散段锥形顶角一般比内筒扩散段锥形顶角至少小 20度，最好是小 40〜80度。

如图 2所示，本发明的沸腾床反应器加氢方法过程为：含重烃的原料 6和氢气 5的混合物经加热炉加热后，以上流式进入沸腾床反应器 7与催化剂接触反应。沸腾床加氢反应后物流从反应器顶部排出进入高压分离装置 8进行气液分离，部分分离出的液相产物与氢气 4混合以上流式进入膨胀床反应器 3进行进一步加氢处理反应，反应产物从膨胀床反应器 3上部排出进入高压分离装置 8。高压分离装置 8分离出的气体物流经冷却净化装置 9处理后，气相可以作为循环氢 11使用，冷凝下来的轻组分与分离装置的部分液相物流混合进入蒸馏装置 10得到汽油 12, 柴油 13和加氢尾油 14。加氢尾油可以作为催化裂化或固定床渣油加氢原料，或循环回沸腾床反应器 7。当沸腾床反应器内催化剂活性降低，不能提供要求质量的产品时，需要进行催化剂置换，此时的操作过程为：将部分沸腾床反应器中的失活催化剂经催化剂排放管线 15排出反应器，然后开启位于膨胀床反应器 3和沸腾床反应器 7连接管线上的阀门 18，同时关闭位于膨胀床反应器物料排出管线上的阀门 17，使得含有固体催化剂的物流进入沸腾床反应器 7，在线加入催化剂的时间为 10〜50分钟。沸腾床反应器 7催化剂添加结束后，恢复正常流程。膨胀床反应器 3添加催化剂的方法为 ·· 首先将催化剂 1 装填到催化剂储罐 2中，将该储罐充氢至略高于膨胀床压力 l〜5Pa，打开催化剂储罐 2和膨胀床 3之间的阀 16，将新鲜催化剂加入到膨胀床反应器 3中。

为进一步说明本发明的技术方案和效果，列举以下实施例。其中涉及的百分比均为重量百分比。实施例 1 试验使用的渣油原料性质列于表 1。由表 1 可知该渣油原料残炭值为 13.6wt%, 金属含量为 141.9μ ^，沥青质为 6.4wt%，硫含量为 2.5wt%，氮含量为 0.6wt%。

试验过程使用的微球形催化剂性质为：平均直径为 0.6mm，以氧化铝为载体，催化剂含 Mo0₃为 11.2wt%，含 NiO为 3.0wt%，含 P为 1.4wt%，孔容为 0.60mL/g, 比表面积为 140m²/g， <8nm孔容占总孔容的 2.6%， 15〜30nm孔容占总孔容的 65%。

采用常规的沸腾床加氢方法流程，使用图 1 所示的带有一个内循环区的沸腾床反应器。

沸腾床反应器内设有一个循环区，沸腾床反应器的尺寸为：反应器壳体的内径 =160mm，反应器壳体的高度 =3000mm，壳体有效容积 60L，分离器高度 =380mm, 分离器中心管圆柱部分直径 =92mm，内筒下部锥形开口的底部直径 =144mm，内筒下部锥体部分的高度 =41mm，外筒圆柱部分直径 =128mm，其锥形部分开口的底部直径 =138mm，锥形部分的高度 =64mm，外筒上部开口高于内筒上部开口，外筒下部锥形开口的底部位置高于内筒下部锥形开口的底部位置，两者的高度差 =38mm，分离器外筒上部开口与反应器壳体顶部切线的垂直距离是 200mm，液体产品管中心距反应器顶部切线的垂直距离是 338mm。环形导流结构的覆盖角为 20°，摩擦角为 28°，紧邻相分离器的导向口直径为 100 mm。构成循环区的导向口直径为 100mm, 圆筒内径为 80mm，圆筒高度为 100mm，锥形扩散段的底部直径为 150mm，锥形扩散段的高度为 45mm。比较例 1

该比较例 1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 2。表 1 原料性质

项目数据

密度 (20°C)， kg.m-³ 1007.8

残炭值， wt% 13.6

粘度 (100°C)， mm²/s 576.7

凝点， 40

元素分析， wt% C/ H 86.1/10.3

S/ N 2.5/0.6

金属元素， g.g^-1

Fe/ Ni/ V 2.9/38.6/100.4

四组分分析， wt%

饱和烃 29.0

芳香烃 33.1

胶质 31.5

沥青质 6.4 试验条件及试验结果

实施例 2

本实施例为本发明沸腾床反应器的一种加氢方法的实施例，操作流程示意图参照图 2，沸腾床反应器内设有一个内循环区。

工艺过程为：含重烃的原料 6和氢气 5混合后，以上流式进入沸腾床反应器 7与催化剂接触反应。沸腾床加氢反应后物流从反应器顶部排出进入高压分离装置 8进行气液分离，将占反应后液相物流 15wt%的液相产物与氢气 4混合以上流式进入膨胀床反应器 3进行进一步加氢处理反应，反应产物从反应器上部排出进入高压分离装置 8。高压分离装置分离出的气体物流经冷却净化装置 9 处理后，气相可以作为循环氢 11使用，冷凝下来的轻组分与分离装置的部分液相物流混合进入蒸馏装置 10得到汽油 12，柴油 13和加氢尾油 14。当沸腾床反应器内催化剂活性降低，不能提供要求质量的产品时，需要进行催化剂置换，此操作过程为：将部分沸腾床反应器中的失活催化剂经催化剂排放管线 15排出反应器，然后开启位于膨胀床反应器 3和沸腾床反应器 7连接管线上的阀门 18，同时关闭位于膨胀床反应器物料排出管线上的阀门 17，使得含有固体催化剂的物流进入沸腾床反应器 7，在线加入催化剂的时间为 20分钟。膨胀床反应器中的催化剂添加方法为：首先将催化剂 1装填到催化剂储罐 2中，将该储罐充氢至比膨胀床压力大约略高 2Pa，打开催化剂储罐 2和膨胀床 3之间的阀 16，将新鲜催化剂加入到膨胀床反应器中。其中膨胀床反应器中的催化剂床层膨胀高度为 20v%，膨胀床反应器内每次催化剂的加入量为每次沸腾床催化剂需要在线加入量的 10倍，当膨胀床反应器中的催化剂剩余量为单次沸腾床反应器在线置换量的 4倍时，从催化剂储罐 2加入新鲜催化剂。

沸腾床及膨胀床反应器的操作条件见表 3，反应结果列于见表 4。实施例 3

该实施例的工艺流程同实施例 2, 沸腾床反应器的基本结构同实施例 1，只是反应器内设置有两个循环区。比较例 2

本实施例为本发明的一个对比实施方案，其工艺过程与实施例 2基本相同，不同之处在于未设置膨胀床，当沸腾床反应器中的催化剂活性降低到不能提供指标要求的产品而需要添加新鲜催化剂时，直接从设置在沸腾床反应器顶部的催化剂储罐向沸腾床反应器加入新鲜催化剂，其加入过程与实施例 1 中所述的由催化剂储罐向膨胀床反应器添加新鲜催化剂的过程相同，此外，该对比专利中使用的催化剂和原料油与实施例 1 相同。该比较例中的操作条件和试验结果分别见表 3和 4。

反应条件

编号实施例 2 实施例 3 比较例 2 膨胀床反应器

反应温度， °c 425 422

反应压力， MPa 15 15 反应空速， h"¹ 1.0 1.0

氢油体积比 1500 1500

沸腾床反应器

反应温度， °c 425 422 425 反应压力， MPa 15 15 15 氢油体积比 700 700 700 反应空速， h"¹ 1.5 1.5 1.5 表 4 反应结果

从表 4的试验结果可以看出，实施例 2和实施例 3与比较例 2相比较，产物中杂质8、 N含量均有明显下降，同时附加值较高的汽油和柴油的回收率也有不同程度的提高。综上可知，采用本发明的工艺同时采用含有内循环区的沸腾床进行劣质原料油原料的加氢处理可以明显提高产品质量和轻油收率，并能提供合格的催化裂化原料。同时，在试验运行中发现，采用本发明的催化剂添加方式，可以保证主反应器沸腾床反应器一直保持稳定的操作状态，保证了装置平稳操作，产品质量稳定。 1 如表 2所示，通过采用实施例 1所描述的增加内循环区的沸腾床反应器，可有效地提高加氢脱硫、加氢脱氮效果和渣油的转化率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1. 一种沸腾床反应器，包括垂直于地面的反应器壳体、位于壳体内上部的相分离器，其特征在于，在所述相分离器的下方设置有内循环区，所述内循环区包括圆筒、锥形扩散段和导流结构，所述圆筒和设置于圆筒下端的锥形扩散段位于反应器壳体中，所述导流结构位于锥形扩散段下端的反应器壳体内壁上，所述的导流结构为设置于反应器内壁的环形凸起结构。
2. 根据权利要求 1所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述内循环区的个数为 2〜3个。
3. 根据权利要求 1所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述相分离器与内循环区之间设置有导流结构，所述导流结构为设置于反应器内壁的环形凸起结构。
4. 根据权利要求 1或 3所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述导流结构沿反应器轴线的纵切面为梯形、弓形、三角形或半圆形中的一种。
5. 根据权利要求 1所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述导流结构的覆盖角为锐角，导流结构的摩擦角为锐角。
6. 根据权利要求 5所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述的覆盖角和摩擦角均小于 60度。
7. 根据权利要求 1所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述的相分离器包括内径不同的两个同心圆筒：内筒和外筒，所述内筒和外筒的上下两端全部开口，所述外筒的上端开口高于内筒的上端开口，而外筒的下端开口也应高于内筒的下端开口，所述内筒的下端为一锥形扩散段，该扩散段的开口直径小于反应器的内径；所述外筒的下端同样为一锥形扩散段，该扩散段的开口直径也应小于反应器的内径。
8. 根据权利要求 7所述的沸腾床反应器，其特征在于，外筒扩散段锥形顶角比内筒扩散段锥形顶角小 20度〜 80度。
9. 根据权利要求 7所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述的导流结构围成的导流口的直径介于相分离器的外筒和内筒直径之间。
10. 根据权利要求 1 所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述反应器壳体内底部设置有分布板。
11. 根据权利要求 1 所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述沸腾床的液体排出口设置在反应器壳壁的上部，介于相分离器内筒上端开口和外筒下端开口之间的反应器壳壁上。
12. 根据权利要求 1 所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述圆筒的上端为略向外扩散的喇叭口结构。
13. 权利要求 1-12中的任意一项所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，包括如下步骤：劣质原料和氢气的混合物首先在沸腾床反应器内进行催化加氢反应，所得产物中经过气液分离的部分液相产物进入膨胀床反应器在膨胀床反应器内进一步反应，所述膨胀床反应器通过管线与沸腾床反应器相连；所述反应器壳体中的催化剂达不到催化活性要求时，所需的催化剂由膨胀床反应器予以补充。
14. 按照权利要求 13所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述沸腾床反应器的操作条件为：反应压力为 6~30MPa，反应温度为 350〜500°C，空速为 0.1〜511 氢油体积比为 400〜2000。
15. 按照权利要求 13所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述膨胀床反应器的操作条件为：床层膨胀率为 5v%〜25v%, 反应压力为 6〜30MPa，反应温度为 350〜500°C , 空速为 O.l Shf1, 氢油体积比为 400~2000。
16. 按照权利要求 13所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述的气液分离后的液相产物进入膨胀床反应器的比例占沸腾床反应器反应后液相产物总量的 5wt%〜70wt%。
17. 按照权利要求 16所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述的气液分离后的液相产物进入膨胀床反应器的比例占沸腾床反应器反应后液相产物总量的 10wt%~50wt%。
18. 按照权利要求 13所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述膨胀床反应器每次的催化剂加入量为每次沸腾床反应器催化剂需要在线加入量的 2~20倍，当膨胀床反应器中的催化剂剩余量为单次沸腾床反应器在线置换量的 0〜5倍时，缺少的催化剂由新鲜催化剂添加罐进行补充。
19. 按照权利要求 13所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述的催化剂以耐熔无机氧化物为载体，以第 VIB族和 /或第珊族金属为活性组分。
20. 按照权利要求 19所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述的催化剂具有如下性质：催化剂颗粒直径为 0.1〜0.8mm，催化剂含有 VIB族和第珊族活性加氢金属组分，载体为 A1203 ; 含有至少一种助¾], 助剂选自如下几种元素： B、 Ca、 F、 Mg、 P、 Si、 Ti，助剂含量为 0.5wt%~5.0wt%，催化剂孔容为 0.6〜1.2mL/g，平均孔径为 15~30nm，孔径在 15~30nm之间的孔容占总孔容的 50°/。以上，孔径 <8nm的孔容小于 0.03mL/g，比表面为 100~300m2/g。
21. 按照权利要求 14所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述沸腾床反应器的操作条件为：反应压力为 10〜18MPa，反应温度为 400〜450°C，空速为 Ο^^ΐι·1, 氢油体积比为 600〜1500。
22. 按照权利要求 15所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述膨胀床反应器的操作条件为：床层膨胀率为 10ν%〜25ν%，反应压力为 10〜18MPa，反应温度为 380〜430°C，空速为 1 411·1, 氢油体积比为 600〜1500。
23. 按照权利要求 20所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述 VIB 族加氢活性金属组分为 Mo，以金属氧化物 1^003计含量为 1.0 wt%〜20.0wt%，所述第 VI族加氢活性金属组分为 Ni或 Co，含量以 NiO或 CoO 计为 0.1wt%〜8.0wt%。
24. 按照权利要求 23所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，以金属氧化物 Mo03计含量为 3.0 wt%~15.0wt% , 含量以 NiO 或 CoO 计为 0.5wt%〜5.0wt%。
25. 按照权利要求 20所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述的催化剂孔径 <8nm的孔容为 0.005〜0.02mL/g，孔径在 15〜30nm之间的孔容占总孔容的 50%以上，并小于等于 70%，催化剂比表面为 120〜240m2/g。
26. 按照权利要求 13所述的沸腾床反应器的加氢方法，其特征在于，所述的劣质原料油选自常压渣油、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。