CN103627427A - 一种两段加氢系统及加氢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两段加氢系统及加氢方法。系统包括一段加氢反应区和二段加氢反应区；两段加氢反应区置于同一反应器壳体内，一段加氢反应区在下，二段加氢反应区在上，一段反应区和二段反应区之间设置有环形分隔板，反应器内上部中心设置有人孔，人孔与分隔板和反应器内壁形成底部封闭顶部开口的环形空间，二段加氢反应区设置在所述环形空间内。方法包括：原料油与氢气混合后进入一段加氢反应区进行初精制反应，一段加氢液相反应产物在二段加氢反应区进行深度精制反应。本发明降低了装置投资和能耗、简化了装置操作的复杂程度；克服了高浓度杂质副产物浓度对深度加氢反应的抑制作用，能够在较高的液时空速下生产出高品质的石油产品。

Description

一种两段加氢系统及加氢方法

技术领域

本发明涉及石油化工中的加氢领域，更进一步说，涉及一种两段加氢系统及加氢方法。

背景技术

随着环保法规的日益严格以及加工劣质原油比例的增加，加氢装置由于具有生产清洁燃料的功能，现已成为国内各炼油企业的重要生产装置。目前滴流床技术成熟、可靠，广泛应用于炼油厂加氢装置中。滴流床加氢工艺需要维持较高的氢油体积比，原料油与氢气从反应器的顶部进入，被大量氢气打散的原料油以液滴的形式流经催化剂床层，发生一系列的加氢反应，最终的反应产物从反应器的底部流出。出于节省投资、降低能耗和简化操作的考虑，传统滴流床加氢工艺通常采用一段反应技术。由于原料油与反应产物顺流流经反应器，反应过程中生成的杂质副产物浓度会越来越高，会抑制深度精制反应，即使大幅度降低催化剂液时空速，对降低产品杂质含量的作用有限，难以生产高品质的产品。为了生产更高品质的石油产品，采用两段加氢反应技术是最佳选择。传统滴流床两段加氢反应技术通常设置如下：原料油与氢气先在一段加氢反应区进行初精制反应，然后经换热、降压、分馏，使杂质副产物与未转化油完全分离，未转化油再经升压、换热，与氢气重新混合后进入二段加氢反应区。由于消除了杂质副产物的影响，一段反应生成的未转化油可以在二段加氢反应区进行深度精制反应，从而可以在较高的液时空速下生产出高品质的产品。但采用该两段加氢技术具有投资高、占地大、能耗高、操作复杂等缺点。

为实现经济、高效的生产优质石油产品的目标，开发一种更加简捷高效的两段加氢技术对满足产品质量升级要求十分必要。

发明内容

为解决现有技术中存在的传统滴流床两段加氢技术投资高、占地大、能耗高、操作复杂的问题，本发明提供了一种两段加氢系统及加氢方法。降低了装置投资和能耗、减少了占地、简化了装置操作的复杂程度；克服了高浓度杂质副产物浓度对深度加氢反应的抑制作用，能够在较高的液时空速下生产出高品质的石油产品。

本发明的目的之一是提供一种两段加氢系统。

包括：一段加氢反应区和二段加氢反应区；

所述两段加氢反应区置于同一反应器壳体内，一段加氢反应区在下，二段加氢反应区在上，一段反应区和二段反应区之间设置有环形分隔板；

所述反应器底部设置有反应原料入口，反应器顶部设置有气相产物出口；

反应器内上部中心设置有人孔，人孔与分隔板和反应器内壁形成底部封闭顶部开口的环形空间，二段加氢反应区设置在所述环形空间内；二段加氢反应区下方设置有汽提氢气入口，二段加氢反应区底部设置有液相产物出口，液相产物出口引出管线与反应原料入口相连接；

所述一段加氢反应区为上流式固定床催化剂床层；二段加氢反应区为下行式固定床催化剂床层。所述催化剂为现有技术中加氢反应常用的活性催化剂。

所述一段加氢反应区的上流式固定床催化剂床层可优选设置2～6床层；

所述二段加氢反应区的下行式固定床催化剂床层可优选设置1～3床层。

可优选：

所述一段加氢反应区的上流式固定床催化剂床层间设置氢气入口；

所述二段加氢反应区的下行式固定床催化剂床层间设有氢气入口。

可采用以下技术方案：

所述两段加氢反应区置于同一反应器壳体内，采用中间分隔板将一段反应区与二段反应区的液相空间及催化剂床层空间隔离，一段反应区的反应产物通过内置的人孔进入二段反应区。

所述反应器底部设有反应原料入口，顶部设置有分隔板及人孔，一段加氢反应产物通过人孔的顶部出口进入二段加氢反应区；二段加氢反应区置于由反应器器壁、分隔板、人孔围成的环形空间内；二段加氢反应区下方设置有汽提氢气入口，反应器顶部设置有气相产物出口；二段加氢反应区底部设置有液相产物出口，该出口上引出管线与一段加氢反应区的反应原料入口相连接。以上所述反应原料包括原料油与氢气的混合物在内的原料。

由此，所述反应原料从所述一段加氢反应区中上流式固定床催化剂床层底部进入、顶部流出，顺流通过催化剂床层；一段加氢反应产物从人孔顶部出口流出后从所述二段加氢反应区上方进入二段加氢反应区；汽提氢气从下方进入所述二段加氢反应区内，所述的一段加氢反应液相产物与汽提氢气逆流接触，之后二段加氢反应产物从二段加氢反应区的底部排出。

所述二段加氢反应区底部作为液体反应产物的缓冲区。所述的二段加氢反应区底部排出的液体，一部分为液相产物，另一部分作为循环油经循环油泵升压后返回所述一段加氢反应区中上流式固定床催化剂床层的反应原料入口。

其中，

所述一段加氢反应区的上流式固定床催化剂床层可单床层装填，也可多床层分段装填，优选多床层分段装填，更优选按2～6床层分段装填。

所述二段加氢反应区的下行式固定床催化剂床层可单床层装填，也可多床层分段装填，优选按1～3床层分段装填。

所述一段加氢反应区的氢气按总需要量从上流式固定床催化剂床层的反应原料入口一次性注入，或者在上流式固定床催化剂床层间设置氢气入口，氢气从反应原料入口及催化剂床层间的氢气入口多点注入；优选多点注入。

所述的二段加氢反应区的下部及催化剂床层间设有氢气注入口，汽提氢气从二段反应区的下部一次性注入，或者在二段反应区的下部与催化剂床层间的氢气入口多点注入；优选多点注入。

本发明的目的之二是提供一种加氢方法。

包括：原料油与氢气混合后进入一段加氢反应区进行初精制反应，一段加氢液相反应产物在二段加氢反应区进行深度精制反应。

具体包括以下步骤：

1）原料油和氢气混合后从反应器的底部进入从下而上通过催化剂床层进行一段加氢反应；

2）一段加氢反应产物通过人孔从人孔的顶部出口进入二段加氢反应区的上部，汽提氢气从二段反应区的下部注入，一段加氢液相产物自上而下流经二段加氢反应区与汽提氢气逆流接触发生深度精制反应，并同时进行产品汽提；

3）一段加氢反应气相产物与二段加氢反应气相产物从反应器顶部一起排出；二段加氢反应液相产物从二段反应区底部排出，部分作为循环油经升压后返回反应原料入口。

可采用以下技术方案：

所述的一段加氢反应区内，包括原料油与氢气的混合物在内的反应原料从上流式固定床催化剂床层的底部进入、顶部流出，顺流通过催化剂床层；

所述的一段加氢反应产物通过内置的人孔从人孔的顶部出口进入二段加氢反应区的上部，其中的一段加氢反应区的液相产物自上而下流经二段加氢反应区；汽提氢气从二段反应区的下部一次性注入，或者在二段反应区的下部与催化剂床层间的氢气入口多点注入；一段加氢反应区的液相产物与汽提氢气逆流接触发生深度精制反应，并同时进行产品汽提；一段加氢反应区气相产物与二段加氢反应区气相产物从二段加氢反应区顶部一起排出；二段加氢反应区所得液体从二段反应区底部排出，一部分作为反应液相产物，另一部分作为循环油经升压后返回所述一段加氢反应区中上流式固定床催化剂床层的反应原料入口。循环油可采用泵进行升压。

其中，

所述的原料油选自石脑油、煤油、柴油、蜡油、常压渣油中的至少一种。

所述反应消耗的氢气可以来自于制氢装置、催化重整装置、乙烯裂解装置、PSA氢气回收装置中的一种或几种混合的氢气。

所述由二段加氢反应区底部返回到一段加氢反应区的循环油与原料油重量比为（0.5～4）:1。

所述二段加氢反应区中加入的汽提氢气重量为原料油重量的0.05～1.0%。

所述一段加氢反应区的反应条件为：压力4.0～18MPa，温度260～410℃，原料液时空速0.5～5.0hr^-1。

所述的二段加氢反应区的反应条件为：压力4.0～18MPa，温度260～410℃，原料液时空速1.5～15.0hr^-1。

在本发明中，二段加氢反应区内的加氢催化剂一方面起到加氢反应的作用，另一方面还具有填料的传质功能；二段加氢反应区下部通入的汽提氢气一方面提供了二段加氢反应区的化学耗氢，另一方面又起到降低杂质副产物分压的汽提介质的作用。一段反应液相产物与逆流而上的汽提氢气接触，越接近二段催化剂床层底部，杂质副产物浓度越低、氢气浓度越高，从而越有利于打破一段液相产物中杂质副产物浓度对深度精制反应的抑制作用，进一步促进超深度加氢反应的进行，使装置能够在高液时空速下生产出高品质的石油产品。

本发明中循环油是经过加氢反应后的平衡物料，不再参与化学放热反应，其作用是：

1）增加加氢反应区内物料热容，在新鲜原料油总反应放热量不变的前提下减小反应器总温升，有利于提高目标产品的选择性；

2）循环油不发生汽化，有利于提高反应器内液相的体积分率，防止气相体积分率过大扰动一段加氢反应区上流式催化剂床层；

3）循环油中杂质副产物浓度低，与原料油混合后有利于稀释原料油中杂质的浓度，缓和催化剂的操作条件，从而延长装置的操作周期；

4）增大二段加氢反应区催化剂床层液相负荷，避免传统填料塔的液泛区间，使二段加氢反应区能够在采用现有技术中加氢反应常用的活性催化剂的前提下平稳运行。

本发明的效果是：采用将一段反应区与二段反应区置于同一反应器壳体内的技术替代了传统滴流床加氢技术的每段反应区单独设置反应器、两段反应器之间采用换热、降压、分离、再升压、再换热等复杂工序，降低了装置投资和能耗、减少了占地、简化了装置操作的复杂程度；采用两段加氢反应区的加氢方法，克服了高浓度杂质副产物浓度对深度加氢反应的抑制作用，能够在较高的液时空速下生产出高品质的石油产品。

附图说明

图1本发明的两段加氢系统示意图

图2图1的A-A向截面图

附图标记说明：

1 原料油；2 氢气；3 反应原料；4 一段加氢反应区；5 一段催化剂床层；

6 分隔板；7 二段加氢反应区；8 人孔；9 二段催化剂床层；

10 气相产物；11 液相产物；13 循环油；14 泵

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1：

如图1所示，一种两段加氢系统。

包括：一段加氢反应区4和二段加氢反应区7；

所述两段加氢反应区置于同一反应器壳体内，一段加氢反应区4在下，二段加氢反应区7在上，一段反应区4和二段反应区7之间设置有环形分隔板6；

所述反应器底部设置有反应原料入口，反应器顶部设置有气相产物出口；

反应器内上部中心设置有人孔8，人孔8与分隔板6和反应器内壁形成底部封闭顶部开口的环形空间，二段加氢反应区7设置在所述环形空间内；二段加氢反应区7下方设置有汽提氢气入口，二段加氢反应区7底部设置有液相产物出口，液相产物出口引出管线与反应原料入口相连接；

所述一段加氢反应区4为上流式固定床催化剂床层；二段加氢反应区7为下行式固定床催化剂床层。

在一段加氢反应区4内分段装填2个固定床的催化剂床层。每个床层间设置有氢气入口；二段加氢反应区7内装填2个固定床催化剂床层，催化剂床层间设有氢气入口。

经过升压、升温后的原料油1与氢气2混合后，先与升压后的循环油13混合成反应原料3，再自下而上从反应原料入口进入一段加氢反应区4。在一段加氢反应区4内分段装填2个固定床的催化剂。每个床层间设置有氢气入口。反应需要的氢气按比例分别从反应原料入口和两个催化剂床层间的氢气入口多点注入。在催化剂的作用下原料油与氢气进行一系列加氢脱硫、脱氮、脱氧、烯烃饱和与芳烃饱和等初步的精制反应。一段加氢反应产物从一段催化剂床层5顶部离开后通过人孔8进入二段加氢反应区7的上部，即二段催化剂床层9的顶部。

一段加氢反应区4与二段加氢反应区7置于同一反应器壳体内，采用中间分隔板6将一段反应区与二段反应区的液相空间及催化剂床层空间隔离，中间分隔板6与人孔8的底部筒壁相连，在人孔的顶部设有开口，一方面作为一段反应区内构件维修、催化剂装填的通道入口，另一方面作为一段反应产物向上流向二段反应区的入口。一段反应区的反应产物通过内置的人孔8进入二段反应区。

二段加氢反应区7内装填两层固定床活性催化剂，一段加氢反应产物的液相从二段加氢反应区上部进入二段加氢催化剂床层9，自上而下流经二段加氢反应区；汽提氢气2按比例从二段加氢反应区下部及催化剂床层间的氢气入口多点注入，自下而上流经二段加氢反应区；一段加氢反应液相产物与汽提氢气2逆流接触发生超深度加氢精制反应与产品汽提双重作用。在汽提氢气的作用下分离出大部分气相杂质副产物，从而降低二段液体反应产物11中溶解的杂质副产物的浓度。二段反应区的底部作为液体反应产物缓冲区，液体反应产物一部分去后续的分离单元处理，一部分作为循环油13经泵14升压后返回一段加氢反应区反应原料入口。一段反应区的气相产物与二段反应区的气相产物在二段反应区上部混合后一起由反应器的顶部排出，作为气相产物10送往气体处理单元。

具体条件：

采用的原料油为混合柴油，以重量百分含量计，总硫含量为0.9%，其中直馏柴油占85%，催化裂化柴油占15%；

氢气采用重整氢，体积组成为，V%：H2 92/C12.46/C22.62/C31.97/iC40.30/nC40.57/C5+0.08；其中，C1~C5分别指碳一至碳五的烷烃；

一段加氢反应区设置两个催化剂床层；循环油与原料油的重量比为1.5:1；

一段加氢反应区入口操作条件为：压力9.0MPa，温度350℃，原料液时空速2.5hr^-1；

二段加氢反应区设置两个催化剂床层；二段加氢反应区操作条件为：压力8.9MPa，温度365℃（较一段加氢反应区入口温度增加15℃为一段加氢反应区的反应温升），原料液时空速6.0hr^-1，汽提氢气与原料油重量比为0.25%。

催化剂条件为：活性组分为Ni/W/Mo，外形为蝶形，装填方式为布袋装填。

本实施例中，一段加氢反应区出口柴油硫含量300μg/g；二段加氢反应区出口柴油硫含量不大于10μg/g，得到超低硫柴油。

实施例2：

系统同实施例1，区别仅在于二段加氢反应区设置一个催化剂床层；

具体工艺条件：

采用的原料油为混合柴油，以重量百分含量计，总硫含量为0.9%，其中直馏柴油占85%，催化裂化柴油占15%；

氢气采用重整氢，体积组成为，V%：H2 92/C1 2.46/C22.62/C3 1.97/iC40.30/nC40.57/C5+0.08；其中，C1~C5分别指碳一至碳五的烷烃；

一段加氢反应区设置两个催化剂床层；循环油与原料油的重量比为0.5:1；

一段加氢反应区入口操作条件为：压力9.0MPa，温度350℃，原料液时空速2.5hr^-1；

二段加氢反应区设置一个催化剂床层；二段加氢反应区操作条件为：压力8.9MPa，温度375℃（较一段加氢反应区入口温度增加25℃为一段加氢反应区的反应温升），原料液时空速6.0hr^-1，汽提氢气与原料油重量比为0.30%。

催化剂条件为：活性组分为Ni/W/Mo，外形为蝶形，装填方式为布袋装填。

本实施例中，一段加氢反应区出口柴油硫含量280μg/g；二段加氢反应区出口柴油硫含量不大于10μg/g，得到超低硫柴油。

实施例3：

系统同实施例2；

具体工艺条件：

采用的原料油为混合柴油，以重量百分含量计，总硫含量为0.9%，其中直馏柴油占85%，催化裂化柴油占15%；

氢气采用重整氢，体积组成为，V%：H2 92/C12.46/C22.62/C31.97/iC40.30/nC40.57/C5+0.08；其中，C1~C5分别指碳一至碳五的烷烃；

一段加氢反应区设置两个催化剂床层；循环油与原料油的重量比为4.0:1；

一段加氢反应区入口操作条件为：压力9.0MPa，温度350℃，原料液时空速2.5hr^-1；

二段加氢反应区设置一个催化剂床层；二段加氢反应区操作条件为：压力8.9MPa，温度358℃（较一段加氢反应区入口温度增加8℃为一段加氢反应区的反应温升），原料液时空速5.0hr^-1，汽提氢气与原料油重量比为0.30%。

催化剂条件为：活性组分为Ni/W/Mo，外形为蝶形，装填方式为布袋装填。

本实施例中，一段加氢反应区出口柴油硫含量400μg/g；二段加氢反应区出口柴油硫含量不大于10μg/g，得到超低硫柴油。

实施例4：

系统同实施例1，区别仅在于一段加氢反应区设置三个催化剂床层；

具体工艺条件：

采用的原料油为混合蜡油，以重量百分含量计，总硫含量为1.8%，其中直馏蜡油占85%，焦化蜡油占15%；

氢气采用制氢装置纯氢，体积组成为，V%：H2 99.9/C10.1；其中，C1指甲烷；

一段加氢反应区设置三个催化剂床层；循环油与原料油的重量比为1.8:1；

一段加氢反应区入口操作条件为：压力12.0MPa，温度360℃，原料液时空速2.0hr-1；

二段加氢反应区设置两个催化剂床层；二段加氢反应区操作条件为：压力11.8MPa，温度375℃（较一段加氢反应区入口温度增加15℃为一段加氢反应区的反应温升），原料液时空速5.0hr-1，汽提氢气与原料油重量比为0.5%。

催化剂条件为：活性组分为Ni/W/Mo，外形为蝶形，装填方式为布袋装填。

本实施例中，一段加氢反应区出口蜡油硫含量2000μg/g；二段加氢反应区出口精制蜡油硫含量不大于300μg/g，得到优质蜡油产品。

实施例5：

系统同实施例4，

具体工艺条件：

采用的原料油为常压渣油，以重量计，总硫含量为4.1%，总氮含量为2700μg/g，重金属Ni+V含量为96μg/g；

氢气采用PSA装置提纯的纯氢，体积组成为，V%：H2 99.9/C10.1；其中，C1指甲烷；

一段加氢反应区设置三个催化剂床层；循环油与原料油的重量比为1.0:1；

一段加氢反应区入口操作条件为：压力17.5MPa，温度360℃，原料液时空速0.8hr-1；

二段加氢反应区设置二个催化剂床层；二段加氢反应区操作条件为：压力17.0MPa，温度380℃（较一段加氢反应区入口温度增加20℃为一段加氢反应区的反应温升），原料液时空速3.0hr-1，汽提氢气与原料油重量比为0.8%。

催化剂条件为：活性组分为Ni/W/Mo，外形为三叶草形，装填方式为布袋装填。

本实施例中，一段加氢反应区出口渣油硫含量10000μg/g，氮含量为1700μg/g，重金属Ni+V含量为30μg/g；二段加氢反应区出口渣油硫含量3000μg/g，氮含量为900μg/g，重金属Ni+V含量为8.0μg/g，得到优质重油催化裂化原料。

Claims (9)

1.一种两段加氢系统，包括一段加氢反应区和二段加氢反应区；其特征在于：

所述两段加氢反应区置于同一反应器壳体内，一段加氢反应区在下，二段加氢反应区在上，一段反应区和二段反应区之间设置有环形分隔板；

所述反应器底部设置有反应原料入口，反应器顶部设置有气相产物出口；

反应器内上部中心设置有人孔，人孔与分隔板和反应器内壁形成底部封闭顶部开口的环形空间，二段加氢反应区设置在所述环形空间内；二段加氢反应区下方设置有汽提氢气入口，二段加氢反应区底部设置有液相产物出口，液相产物出口引出管线与反应原料入口相连接；

所述一段加氢反应区为上流式固定床催化剂床层；二段加氢反应区为下行式固定床催化剂床层。

2.如权利要求1所述的两段加氢系统，其特征在于：

所述一段加氢反应区的上流式固定床催化剂床层设置2～6床层；

所述二段加氢反应区的下行式固定床催化剂床层设置1～3床层。

3.如权利要求2所述的两段加氢系统，其特征在于：

所述一段加氢反应区的上流式固定床催化剂床层间设置氢气入口；

所述二段加氢反应区的下行式固定床催化剂床层间设有氢气入口。

4.一种采用如权利要求1~3之一所述的两段加氢系统的加氢方法，其特征在于所述方法包括：

原料油与氢气混合后进入一段加氢反应区进行初精制反应，一段加氢液相反应产物在二段加氢反应区进行深度精制反应。

5.如权利要求4所述的加氢方法，其特征在于所述方法包括：

1）原料油和氢气混合后从反应器的底部进入从下而上通过催化剂床层进行一段加氢反应；

2）一段加氢反应产物通过人孔从人孔的顶部出口进入二段加氢反应区的上部，汽提氢气从二段反应区的下部注入，一段加氢液相产物自上而下流经二段加氢反应区与汽提氢气逆流接触发生深度精制反应，并同时进行产品汽提；

3）一段加氢反应气相产物与二段加氢反应气相产物从反应器顶部一起排出；二段加氢反应液相产物从二段反应区底部排出，部分作为循环油经升压后返回反应原料入口。

6.如权利要求5所述的加氢方法，其特征在于：

步骤（1）中，氢气从上流式固定床催化剂床层间的氢气入口加入；

步骤（2）中，氢气从下行式固定床催化剂床层间的氢气入口加入。

7.如权利要求5所述的加氢方法，其特征在于：

步骤（2）中所述的二段加氢反应区中加入的汽提氢气重量为原料油重量的0.05～1.0%；

步骤（3）中所述循环油与原料油重量比为（0.5～4）:1。

8.如权利要求5所述的加氢方法，其特征在于：

所述的一段加氢反应区的反应条件为：压力4.0～18MPa，温度260～410℃，原料液时空速0.5～5.0hr^-1；

所述的二段加氢反应区的反应条件为：压力4.0～18MPa，温度260～410℃，原料液时空速1.5～15.0hr^-1。

9.如权利要求4~8之一所述的加氢方法，其特征在于：

所述的原料油选自石脑油、煤油、柴油、蜡油、常压渣油中的至少一种。

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