CN103756716B - 一种生物质油催化加氢反应装置及其催化加氢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质油催化加氢装置，包括反应塔、通过支架固定在反应塔内腔中的提升管、设置在反应塔内腔中的感温探头、感压探头、催化剂再生装置、气液分离器、氢源、生物质原油存储罐、输油泵、成品油存储罐、流量控制装置、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一压缩机、第二压缩机、第一热交换器和第二热交换器。同时也公开了一种生物质油催化加氢装置的催化加氢方法，包括冷却氢气循环、反应氢气循环、催化剂再生循环、生物质油油路和氢流量调控。本发明解决了催化加氢反应过程中的温度控制问题，移出热量问题以及失活催化剂的及时再生问题。

Description

一种生物质油催化加氢反应装置及其催化加氢方法

技术领域

本发明涉及一种生物质油催化加氢反应装置及其催化加氢方法，属于能源工程、化学工程领域。

背景技术

生物质作为可再生能源，可以替代石油资源制备液体燃料和化学品。生物质油是生物质经快速热解技术制得的一种液体燃料。生物质油含氧量较高，使得其热稳定性差、热值低，必须经过提质改性才能转化为高品位燃料。

在生物质油提质技术中，催化加氢是一种很好的方法。由于能显著降低生物质油含氧量，提高能量密度而受到广泛关注。

生物质油催化加氢过程中，高温时易发生聚合反应，使得催化剂结焦失活。文献(魏宏鸽，仲兆平.能源研究与利用，3(2009)1-4)指出生物质油成分复杂，受热极不稳定，温度超过80℃时，生物质油内的聚合反应已很强烈，与加氢反应相互竞争导致黏度快速增加，最终形成结焦，传统加氢催化剂适应温度为250-300℃，生物质油不可避免的产生结焦，导致催化剂失活、设备堵塞。

而生物质油加氢反应本身又是个强放热反应，移热不理想时，很容易导致反应器内产生高温，结焦将迅速发生，最终使得生物质油加氢目标产物收率大为降低。

为了获得高稳定性的加氢过程，必须要解决的问题是(1)控制反应过程中的温度，及时移出大量反应热；(2)反应过程中失活催化剂的及时连续再生。

反应器内的移热，现有的方法是使用内插盘管或者液相引出换热，而盘管的磨损和对反应器内流场的影响，液相引出时的过滤问题使得这两种方法均不甚理想。催化剂的实时再生，必须要考虑颗粒相的有序进出料，常规三相流化床，如鼓泡床，能够使得颗粒相流动，但是其颗粒相的流动是无序的，而环流反应器在这个方面具有优势。

专利CN102061190A提供了一种使用加热炉控温，同时加氢分段的方法，来减缓催化剂的失活，从而提高生物质油催化加氢的稳定性。但该方法未解决反应过程中的移热问题和失活催化剂的及时再生问题。

综上所述，尚缺少一种高稳定性的生物质油催化加氢反应装置及其催化加氢方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种生物质油催化加氢反应装置及其催化加氢方法，解决了催化加氢反应过程中的温度控制问题，移出热量问题以及失活催化剂的及时再生问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种生物质油催化加氢装置，包括反应塔、通过支架固定在反应塔内腔中的提升管、设置在反应塔内腔中的感温探头、设置在反应塔内腔中的感压探头、催化剂再生装置、气液分离器、氢源、生物质原油存储罐、输油泵、成品油存储罐、流量控制装置、排气阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一压缩机、第二压缩机、第一热交换器和第二热交换器；所述反应塔的顶部设置有催化剂进口、反应气体出口和排气阀，所述反应塔的底部设置有冷却氢气进口，所述冷却氢气进口与提升管的管口相对，所述冷却氢气进口管径小于或等于提升管管径，所述反应塔的侧壁设置有生物质原油进口、成品油出口、催化剂出口和反应氢气进口；所述催化剂出口通过管道与催化剂再生装置的进口连通，所述催化剂再生装置的出口通过管道与催化剂进口连通；所述生物质原油进口通过管道与输油泵的出口连通，输油泵的进口通过管道与生物质原油存储罐的出口连通；所述成品油出口通过管道与成品油存储罐的进口连通；所述反应气体出口通过管道与气液分离器的进口连通，所述气液分离器的液体出口连通连接成品油出口和成品油存储罐进口的管道，所述气液分离器的气体出口通过管道分别与第一电磁阀的进口和第二电磁阀的进口连通，所述第一电磁阀的出口通过管道与第一压缩机的进口连通，所述第一压缩机的出口通过管道与第一热交换器的进口连通，所述第一热交换器的出口通过管道与冷却氢气进口连通，所述第二电磁阀的出口通过管道与第二压缩机的进口连通，所述第二压缩机的出口通过管道与第二热交换器的进口连通，所述第二热交换器的出口通过管道与反应氢气进口连通；所述氢源的出口通过管道与第三电磁阀的进口连通，所述第三电磁阀的出口连通连接第二电磁阀出口与第二压缩机进口的管道；所述流量控制装置分别与感温探头、感压探头、第一电磁阀的控制端和第二电磁阀的控制端连接。

所述成品油出口的位置和催化剂出口的位置均高于提升管底部管口的位置。

一种生物质油催化加氢装置的催化加氢方法，包括冷却氢气循环、反应氢气循环、催化剂再生循环和氢流量调控；冷却氢气循环：反应塔内的反应气体通过反应气体出口进入气液分离器，分离出循环氢，循环氢分为两路，一路为冷却循环氢，经过第一电磁阀进入第一压缩机，经压缩加压后进入第一热交换器降温，降温后的冷却循环氢通过冷却氢气进口喷入反应塔，冷却循环氢带动反应塔内腔中的生物质油和催化剂进入提升管，然后从顶部管口流出提升管，流出的生物质油和催化剂通过提升管与反应塔内壁之间形成的环隙区向下回流，从而形成反应塔内的环流内循环，同时冷却循环氢吸收反应塔内的反应热，最后通过反应气体出口流出反应塔；反应氢气循环：循环氢另一路为反应循环氢，经过第二电磁阀与由氢源经过第三电磁阀通入的新氢混合，进入第二压缩机，经压缩加压后进入第二热交换器，第二热交换器调整混合氢的温度至反应温度，通过反应氢气进口通入反应塔，混合氢在环隙区与生物质油在催化剂的作用下发生加氢反应，最后未消耗的混合氢通过反应气体出口流出反应塔；催化剂再生循环：在环流内循环的作用下反应塔内失活催化剂通过催化剂出口进入催化剂再生装置再生，再生后通过催化剂进口进入反应塔；氢流量调控：感温探头和感压探头分别感应反应塔内的温度和压力，流量控制装置根据温度、压力控制第一电磁阀的控制端和第二电磁阀的控制端，调整第一电磁阀和第二电磁阀开度大小，从而调控冷却循环氢和反应循环氢的用量。

本发明的有益效果：1、本发明的气液分离器、第一电磁阀、第一压缩机、第一热交换器和反应塔构成冷却循环通路，冷却循环中的冷却循环氢移出反应塔内部因反应产生的热量；2、冷却循环中的冷却循环氢喷入反应塔，在反应塔内形成环流内循环，该循环实现了进出物料的有序控制，特别是便于实现催化剂再生，同时该循环也提高了生物质油内的溶氢量，有利于催化加氢反应；3、本发明的感温探头、感压探头、流量控制装置、第一电磁阀、第二电磁阀实现双循环氢气环路的氢流量调控分配，流量控制装置从快速移热和控制产热两个方面同时作用，有利于维持反应塔内温度的稳定，调控迅速。

附图说明

图1为生物质油催化加氢装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种生物质油催化加氢装置，包括反应塔1、通过支架固定在反应塔1内腔中的提升管2、设置在反应塔1内腔中的感温探头、设置在反应塔1内腔中的感压探头、催化剂再生装置6、气液分离器9、氢源10、生物质原油存储罐11、输油泵12、成品油存储罐13、流量控制装置14、第一电磁阀V-1、第二电磁阀V-2、第三电磁阀V-3、第一压缩机C-1、第二压缩机C-2、第一热交换器H-1和第二热交换器H-2。

所述反应塔1的顶部设置有催化剂进口7、反应气体出口8和排气阀15，排气阀15用以排出反应塔1内的二氧化碳等杂气，所述反应塔1的底部设置有冷却氢气进口4，所述冷却氢气进口4与提升管2的管口相对，所述冷却氢气进口4管径小于或等于提升管2管径，所述反应塔1的侧壁设置有生物质原油进口、成品油出口、催化剂出口5和反应氢气进口3，所述成品油出口的位置和催化剂出口5的位置均高于提升管2底部管口的位置。

所述催化剂出口5通过管道与催化剂再生装置6的进口连通，所述催化剂再生装置6的出口通过管道与催化剂进口7连通。

所述生物质原油进口通过管道与输油泵12的出口连通，输油泵12的进口通过管道与生物质原油存储罐11的出口连通。

所述成品油出口通过管道与成品油存储罐13的进口连通。

所述反应气体出口8通过管道与气液分离器9的进口连通，所述气液分离器9的液体出口连通连接成品油出口和成品油存储罐13进口的管道，所述气液分离器9的气体出口通过管道分别与第一电磁阀V-1的进口和第二电磁阀V-2的进口连通，所述第一电磁阀V-1的出口通过管道与第一压缩机C-1的进口连通，所述第一压缩机C-1的出口通过管道与第一热交换器H-1的进口连通，所述第一热交换器H-1的出口通过管道与冷却氢气进口4连通，所述第二电磁阀V-2的出口通过管道与第二压缩机C-2的进口连通，所述第二压缩机C-2的出口通过管道与第二热交换器H-2的进口连通，所述第二热交换器H-2的出口通过管道与反应氢气进口3连通。

所述氢源10的出口通过管道与第三电磁阀V-3的进口连通，所述第三电磁阀V-3的出口连通连接第二电磁阀V-2出口与第二压缩机C-2进口的管道。

所述流量控制装置14分别与感温探头、感压探头、第一电磁阀V-1的控制端和第二电磁阀V-2的控制端连接。

一种生物质油催化加氢装置的催化加氢方法，包括冷却氢气循环、反应氢气循环、催化剂再生循环和氢流量调控。

冷却氢气循环：反应塔1内的反应气体通过反应气体出口8进入气液分离器9，分离出循环氢，循环氢分为两路，一路为冷循环氢，经过第一电磁阀V-1进入第一压缩机C-1，经压缩加压后进入第一热交换器H-1降温，降温后的冷却循环氢通过冷却氢气进口4喷入反应塔1，冷却循环氢带动反应塔1内腔中的生物质油和催化剂进入提升管2，然后从顶部管口流出提升管2，速度降低，流出的生物质原油和催化剂通过提升管2与反应塔1内壁之间形成的环隙区向下回流，从而形成反应塔1内的环流内循环，同时，冷却循环氢吸收反应塔1内的反应热，最后通过反应气体出口8流出反应塔1。在冷却循环中的冷却循环氢一方面作为移除热量的介质，将加氢反应热移出反应塔1，另一方面作为环流内循环的喷动工质，环流内循环实现了进出物料的有序控制，特别是便于实现催化剂再生，同时该循环也提高了生物质油内的溶氢量，有利于催化加氢反应。

反应氢气循环：循环氢另一路为反应循环氢，经过第二电磁阀V-2与由氢源10经过第三电磁阀V-3通入的新氢混合，进入第二压缩机C-2，经压缩加压后进入第二热交换器H-2，第二热交换器H-2调整混合氢的温度至反应温度，通过反应氢气进口3通入反应塔1，混合氢以鼓泡的形式进入反应塔1的环隙区，混合氢在环隙区与生物质油在催化剂的作用下发生加氢反应，最后未消耗的混合氢气通过反应气体出口8流出反应塔1。

催化剂再生循环：在环流内循环的作用下反应塔1内需要再生的催化剂通过催化剂出口5进入催化剂再生装置6再生，再生后通过催化剂进口7进入反应塔1。

氢流量调控：感温探头和感压探头分别感应反应塔1内的温度和压力，流量控制装置14根据温度、压力控制第一电磁阀V-1的控制端和第二电磁阀V-2的控制端，调整第一电磁阀V-1和第二电磁阀V-2开度大小，从而调控冷却循环氢和反应循环氢的用量。当反应塔1内的温度过高时，先开大第一电磁阀V-1，加大冷却循环中的冷却循环氢的用量，然后保证反应设定压力，调整关小第二电磁阀V-2，降低反应循环中的反应循环氢的用量，一方面增强热量移出，另一方面降低反应热量生成；反之当反应塔1内的温度过低时，先关小第一电磁阀V-1，减少冷却循环中的冷却循环氢的用量，然后保证反应设定压力，调整开大第二电磁阀V-2，增加反应循环中的反应循环氢的用量。

在催化加氢中还包括生物质油的注入和成品油的输出，生物质油的注入通过输油泵12从生物质原油存储罐11内抽取，反应完成后成品油直接从成品油出口注入成品油存储罐13。

以上所述的气液分离器9、第一电磁阀V-1、第一压缩机C-1、第一热交换器H-1和反应塔1构成冷却循环通路，冷却循环中的冷却循环氢移出反应塔1内部因反应产生的热量，冷却循环中的冷却循环氢喷入反应塔1，在反应塔1内形成环流内循环，该循环实现了进出物料的有序控制，特别是便于实现催化剂再生，同时该循环也提高了生物质油内的溶氢量，有利于催化加氢反应；所述的感温探头、感压探头、流量控制装置14、第一电磁阀V-1、第二电磁阀V-2实现双氢气环路的氢流量调控分配，氢流量调控从快速移热和控制产热两个方面同时作用，来维持反应塔内温度的稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种生物质油催化加氢装置，其特征在于：包括反应塔(1)、通过支架固定在反应塔(1)内腔中的提升管(2)、设置在反应塔(1)内腔中的感温探头、设置在反应塔(1)内腔中的感压探头、催化剂再生装置(6)、气液分离器(9)、氢源(10)、生物质原油存储罐(11)、输油泵(12)、成品油存储罐(13)、流量控制装置(14)、排气阀(15)、第一电磁阀(V-1)、第二电磁阀(V-2)、第三电磁阀(V-3)、第一压缩机(C-1)、第二压缩机(C-2)、第一热交换器(H-1)和第二热交换器(H-2)；

所述反应塔(1)的顶部设置有催化剂进口(7)、反应气体出口(8)和排气阀(15)，所述反应塔(1)的底部设置有冷却氢气进口(4)，所述冷却氢气进口(4)与提升管(2)的管口相对，所述冷却氢气进口(4)管径小于或等于提升管(2)管径，所述反应塔(1)的侧壁设置有生物质原油进口、成品油出口、催化剂出口(5)和反应氢气进口(3)；

所述催化剂出口(5)通过管道与催化剂再生装置(6)的进口连通，所述催化剂再生装置(6)的出口通过管道与催化剂进口(7)连通；

所述生物质原油进口通过管道与输油泵(12)的出口连通，输油泵(12)的进口通过管道与生物质原油存储罐(11)的出口连通；

所述成品油出口通过管道与成品油存储罐(13)的进口连通；

所述反应气体出口(8)通过管道与气液分离器(9)的进口连通，所述气液分离器(9)的液体出口连通连接成品油出口和成品油存储罐(13)进口的管道，所述气液分离器(9)的气体出口通过管道分别与第一电磁阀(V-1)的进口和第二电磁阀(V-2)的进口连通，所述第一电磁阀(V-1)的出口通过管道与第一压缩机(C-1)的进口连通，所述第一压缩机(C-1)的出口通过管道与第一热交换器(H-1)的进口连通，所述第一热交换器(H-1)的出口通过管道与冷却氢气进口(4)连通，所述第二电磁阀(V-2)的出口通过管道与第二压缩机(C-2)的进口连通，所述第二压缩机(C-2)的出口通过管道与第二热交换器(H-2)的进口连通，所述第二热交换器(H-2)的出口通过管道与反应氢气进口(3)连通；

所述氢源(10)的出口通过管道与第三电磁阀(V-3)的进口连通，所述第三电磁阀(V-3)的出口连通连接第二电磁阀(V-2)出口与第二压缩机(C-2)进口的管道；

所述流量控制装置(14)分别与感温探头、感压探头、第一电磁阀(V-1)的控制端和第二电磁阀(V-2)的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的一种生物质油催化加氢装置，其特征在于：所述成品油出口的位置和催化剂出口(5)的位置均高于提升管(2)底部管口的位置。

3.基于权利要求1所述的一种生物质油催化加氢装置的催化加氢方法，其特征在于：包括冷却氢气循环、反应氢气循环、催化剂再生循环和氢流量调控；

冷却氢气循环：反应塔(1)内的反应气体通过反应气体出口(8)进入气液分离器(9)，分离出循环氢，循环氢分为两路，一路为冷却循环氢，经过第一电磁阀(V-1)进入第一压缩机(C-1)，经压缩加压后进入第一热交换器(H-1)降温，降温后的冷却循环氢通过冷却氢气进口(4)喷入反应塔(1)，冷却循环氢带动反应塔(1)内腔中的生物质油和催化剂进入提升管(2)，然后从顶部管口流出提升管(2)，流出的生物质油和催化剂通过提升管(2)与反应塔(1)内壁之间形成的环隙区向下回流，从而形成反应塔(1)内的环流内循环，同时冷却循环氢吸收反应塔(1)内的反应热，最后通过反应气体出口(8)流出反应塔(1)；

反应氢气循环：循环氢另一路为反应循环氢，经过第二电磁阀(V-2)与由氢源(10)经过第三电磁阀(V-3)通入的新氢混合，进入第二压缩机(C-2)，经压缩加压后进入第二热交换器(H-2)，第二热交换器(H-2)调整混合氢的温度至反应温度，通过反应氢气进口(3)通入反应塔(1)，混合氢在环隙区与生物质油在催化剂的作用下发生加氢反应，最后未消耗的混合氢通过反应气体出口(8)流出反应塔(1)；

催化剂再生循环：在环流内循环的作用下反应塔(1)内失活催化剂通过催化剂出口(5)进入催化剂再生装置(6)再生，再生后通过催化剂进口(7)进入反应塔(1)；

氢流量调控：感温探头和感压探头分别感应反应塔(1)内的温度和压力，流量控制装置(14)根据温度、压力控制第一电磁阀(V-1)的控制端和第二电磁阀(V-2)的控制端，调整第一电磁阀(V-1)和第二电磁阀(V-2)开度大小，从而调控冷却循环氢和反应循环氢的用量。