CN104785171B - 一种通用型的重质原料加氢轻质化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通用型的重质原料加氢轻质化装置。该装置适用于油基重质原料加工过程中的重质油加氢轻质化工艺，煤基与生物基重质原料的加氢直接液化工艺，以及混合基重质原料加氢共炼轻质化加工工艺，以及其它流体物料的高温高压化学反应工程。

Description

一种通用型的重质原料加氢轻质化装置

技术领域

本发明提供了一种通用型的重质原料加氢轻质化装置。该装置适用于油基重质原料加工过程中的重质油加氢轻质化工艺，煤基与生物基重质原料的加氢直接液化工艺，以及混合基重质原料加氢共炼轻质化加工工艺，以及其它流体物料的高温高压化学反应工程。

现有技术

长期以来，化石能源被划分为二个相对独立的煤炭与石油天然气工业体系。但对于化石能源中重质原料的轻质化、洁净化工程，无论是煤直接液化，还是重油加氢改质、煤油共炼，反应过程均需在高温高压、氢气环境中进行，使得上述工艺条件都十分苛刻。

重质原料的加氢轻质化的苛刻反应条件，造成它们的工业装置系统十分繁杂，装置制造本身就成为了一个巨大的工程。百万吨级煤直接液化工程中，单台沸腾床反应器的质量重达数千吨，不但给钢材冶炼、锻造、热处理和组装焊接、制造提出了高强度的技术工艺要求，并对交通运输与制造成本带来了巨大挑战，限制了重质原料的加氢轻质化、洁净化工程的发展。

煤的直接液化早于重油轻质化加工，已有近百年的历史，二战时期的德国产能达到近500万吨/年产能。工艺过程为煤在溶剂与含铁、镍、钼、钨、锡、铅、钴等的氧化物或卤化物催化剂下，与氢气反应生成液体产物，其中的工艺条件为温度400℃-500℃，压力30MPa-70MPa。

现代煤直接液化工艺主要有美国H-coal工艺、日本NEDOL工艺、德国IGOR工艺和我国的神华工艺等，工艺条件虽有所缓和，但工作温度在420℃-470℃，压力为20MPa-25MPa，对于工艺装置的要求仍显得十分苛刻，除神华实现了工业示范工程外，其它工艺仍停留在工业试验阶段。

目前石油工业采用的渣油或重油加氢技术工艺主要有固定床、移动床、沸腾床(浆态床)以及悬浮床渣油加氢技术，其中重油固定床加氢技术的缺点是无法加工高金属、高沥青质含量的劣质油品。移动床、沸腾床重油加氢技术可以处理相对劣质的原料，但遭遇到了与煤直接液化相同的困难，即反应转化装置制造困难以及投资、操作费用高等。

煤油共炼工艺技术源于早期的重油加工改质与煤的直接液化工艺，国际上已研发了多套工艺加工线路，如：H-Oil、改进的SCR-II、CANMET等工艺，但进入示范工程阶段的工艺仅为CANMET油砂油煤改质工艺；辽河油田和山西煤化所在上世纪八、九十年代中期分别于加拿大和美国HRT公司合作进行了工业试验与煤油共炼的技术引进；同样遭遇了与煤直接液化和重油悬浮床加氢技术相同的问题，即反应转化装置制造困难等，因此它们均未能实现工业装置的运行。

CN101336282A公开了使用具有新型反应器分离系统的反应器对重油进行改质的方法，该方法采用内部具有分离器的上流式反应器，所述的分离器用来进行相分离。其中采用一个或多个这样的串联反应器，使加热后的重油原料、活性浆料催化剂组合物和含氢的气体混合，然后从反应器底部进入，在升高的温度和压力条件下进行加氢处理。加氢反应产物、氢气、未转化的油和浆料催化剂在反应器内分成两股物流，由此将未反应的物料与转化后的物料分开，然后送到下一个串联反应器中。尽管采用串联反应器的方法，减少了浆态床加氢反应器内的返混及反应物料短路的问题，但并未彻底解决该问题。

CN1488727A提供了一种适用于重油、渣油的加氢裂化反应，特别是劣质的重油、渣油的加氢裂化方法，其中采用管中管式反应器，并在内管顶部设置气液分离器。原料与氢气首先以上流式进入内管反应段，然后在上部的气液分离器处分离，将气相排出反应器，而液相与加入的含有较多重芳烃的烃油一起进入环管反应段，同时在环管反应段底部补入氢气，以期实现反应器温度均匀、焦炭沉积量少、减少干气产量的目标。

CN1935943A公开了一种煤加氢反应装置及其工业应用，所述煤加氢反应装置由气流床和鼓泡床以及煤浆循环泵和换热器组成。气流床及鼓泡床共含于同一圆筒形内衬耐火材料的壳体中，气流床在上，鼓泡床在下。由气流床和鼓泡床组成的复合床反应器使H2传质表面积增加，加快了氢气的反应速率，提高煤浆转化率。煤浆可多次进入反应器，以此能够防止沉淀发生，并且通过喷嘴自身的交叉射流和对置敷设喷嘴而形成的撞击流能很好的实现浆体雾化和雾滴与H2的混合。然而，对于年产500万吨油品上述反应装置，反应器的体量非常庞大，其内直径为6500mm，气流床高48m，鼓泡床高40m，共计总高98m。

CN102234520A，CN102417826A公开了大长径比的煤、重油加氢管式反应器，使得在加氢转化反应条件下含有煤或重油原料和催化剂的原料混合物在管式反应器中与氢气接触，在此过程中煤、重油大分子转化为气体和液体烃类反应产物，其中氢气至少分两次与所述重油原油原料混合物接触。通过采用多次注入氢气的方式，减少了反应过程中的氢气过剩量，提高了氢气和反应器的利用率。此类反应器，在中、小型试验装置体现了装置的简洁特点；但对于大型工业装置，例如100万吨/年轻质油的装置，其需要内径Φ500mm的反应管，长度将超过2000m，控制阀门将超过数百台，仅安全问题就无法解决。

由此可见，上述现有的重油加氢，煤直接液化技术与煤油共炼加氢改质使用的大型高温高压反应器，反应器壁厚大、吨位重、制造难度大。此外，为改善反应物料的转化效果与提高反应器的利用率，均使用高温高压多相循环泵，对泵输设备提出了十分苛刻的要求。

发明概述

因此，本发明的任务在于提供一种通用型的重质原料加氢轻质化装置，该装置能够克服上述的现有重质原料加氢轻质化技术中的诸多缺陷，同时该装置中的各个单元结构简单、易于制造、安装、维修，安全可靠性强，并可根据产能大小任意模块化组合。此外，该装置适用于油基重质原料加工过程中的重质油加氢轻质化工艺，煤基与生物基重质原料的加氢直接液化工艺，以及混合基重质原料加氢共炼轻质化加工工艺，以及其它流体物料的高温高压化学反应工程，尤其适用于固体含量≤65wt%的油基、煤基、生物基以及混合基重质原料。

令人惊奇地，该任务可以通过一种基于重质原料催化浆料加氢轻质化工艺的通用型重质原料加氢轻质化装置来解决，该装置包括催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元和加氢轻质化单元，分别用于催化流体制备、重质原料催化浆料制备和加氢轻质化反应。更优选地，该装置进一步包括重质原料前置处理单元和产物后置处理单元。特别地，该装置由重质原料前置处理单元、催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元、加氢轻质化单元和产物后置处理单元组成。

发明详述

在本专利范畴内，将由油基、煤基、生物基以及混合基的不同类型重质原料与催化流体混合制备的催化浆料，在加氢反应条件下进行加氢轻质化的过程，统一称为重质原料的加氢轻质化工艺，并不局限于反应器的类型、结构以及反应器内是否有填料或内构件等。

在本发明范畴内，适应于本发明的加氢轻质化方法的重质原料为油基、煤基、生物基重质原料以及它们的任意混合物（也称为混合基重质原料），其中油基重质原料例如为重质原油、加工重油、煤焦油、生物垃圾油脂等流体燃料，煤基重质原料例如为低、中成熟度腐泥煤与高镜质组含量的腐植煤，生物基重质原料例如为化石燃料前体生物质中的藻类、生物脂类、树皮体、木质素等高热值组分。

所述的重质原料中的油基原料可以为API°≤25的重质原油、加工重油、煤焦油、生物垃圾油脂等以及它们的混合油品。一般而言，油基原料油品中沸点>350℃的馏分含量>90wt%、例如>95wt%。优选地，所选择的油基原料为API°≤15.0的超稠油、特超稠油、减压渣油、煤焦油以及生物垃圾油脂等或者它们的混合油品；油基原料油品中沸点>350℃的馏分含量100wt%，含水量≤0.2wt%，固体残留物≤0.2wt%。

此外，适用于本发明的重质原料中的煤基原料可以为例如成熟度R°≤0.75的腐泥煤与以镜质组含量≥50wt%的腐植煤，以及它们的不同煤质的混合煤。煤基原料的粉体粒度合适地为80-400目、如80-200目，煤粉含水量合适地为≤15.0wt%（如<10.0wt%）以及灰分≤15wt%（如≤10wt%）。优选地，所选择的煤基原料可以为成熟度R°≤0.70的腐泥煤与镜质组含量≥65wt%的腐植煤，以及它们不同煤种、煤质的混合煤粉。

另外，适用于本发明的重质原料中的生物基原料可以例如是含氢量≥6.5wt%、含氧量≤30%的高燃值生物质组分。生物基原料的粉体粒度可以为80-400目（如80-200目），生物基原料的粉体含水量可以为例如≤15.0%和/或灰分含量≤5%。优选地，所选择的生物基原料是含氢量≥7.0wt%、含氧量≤26wt%的木质素、栓质体生物质粉体。

在本发明方法中，所述的重质原料中混合基原料可以例如为以上的油基、煤基、生物基中三类重质原料的任意混合物。同样的，混合基重质原料中固体原料的粉体粒度可以为80-400目，粉体中灰分含量≤10%以及含水量≤15.0wt%。

本发明涉及一种基于重质原料催化浆料加氢轻质化工艺的通用型重质原料加氢轻质化装置来解决，该装置包括催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元和加氢轻质化单元。更优选地，该装置进一步包括重质原料前置处理单元和产物后置处理单元。特别地，该装置由重质原料前置处理单元、催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元、加氢轻质化单元和产物后置处理单元组成。

根据本发明的通用型的重质原料加氢轻质化装置主要包括中温常压、中温低压、高温高压临氢反应器或反应器组三级反应单元。

例如，在一个有利的实施方式中，所述催化流体制备单元中的工作温度可以为≤280℃、优选≤230℃和工作压力可以为≤5.0MPa、优选≤3.0MPa、更优选≤1.0MPa、最优选≤0.5MPa。有利的，另一方面工作压力≥0.1MPa和工作温度≥150℃。

在另一个有利的实施方式中，所述的重质原料催化浆料制备单元中工作温度可以为≤280℃、优选≤250℃和工作压力可以为≤5.0MPa、优选≤3.0MPa；并且有利的，另一方面工作压力≥2.0MPa和工作温度≥220℃。在所述重质原料催化浆料制备单元中对催化流体和重质原料的混合物至少进行熟化和/或均质化步骤，优选进行熟化和均质化这两个步骤。

在再一个有利的实施方式中，所述的加氢轻质化单元中的工作温度可以为≤500℃、优选≤470℃和工作压力可以为≤20.0MPa、优选≤18.0MPa。有利的，另一方面，工作压力≥10.0MPa和工作温度≥420℃。

相应地，为了适应这种工艺，这一系列的反应单元可以包含一个或多个设置于地面或地下的如下文在“催化流体制备单元”中所述的隔热管式或隔热还空管式反应器，从而能够避免传统的重油加氢和煤直接液化技术等方法中使用的大型高温高压反应器，避免使用大壁厚、大吨位以及制造困难的反应器。使得整个装置系统，整体结构简单、易于制造、安装、维修，安全可靠性强，并可根据产能大小任意模块化组合调整。

例如，在一个优选的实施方式中，本发明的重质原料加氢轻质化装置中的各个反应单元，即催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元和加氢轻质化单元中的反应设备就可以包括一个或多个隔热管式反应器和/或隔热还空管式反应器。

重质原料催化浆料加氢轻质化工艺

本发明的装置基于一种近来依据重质原料加氢轻质化反应机理的相近原则而发展起来的通用型重质原料催化浆料加氢轻质化工艺，该工艺中首先将选自油基、煤基、生物基以及混合基的重质原料与催化流体配制成工业稳定的、均质的催化浆料流体，然后将其导入加氢轻质化单元在加氢工况条件下转化为轻质馏分油。因此，该工艺不同于以往地可以将均质分散流体作为操作对象，从而能够避免使用高温高压多相循环装置。

该工艺中关键的步骤是在将重质原料与催化流体混合之后，使制得的重质原料和催化流体的混合物至少进行熟化步骤和优选再进行均质化步骤。在熟化步骤中混合物会发生脱气和脱水过程（尽管也不排除对其另外进行脱气和脱水处理的可能性），从而将例如煤基原料中的游离水含量大大降低，并可将煤基原料中的结构水(含氧量)控制在相对稳定的水平。另外发现，在经过如此熟化步骤之后，浆料的流动性能够得到大大的改善，从而使得有可能简化后续的操作。

现有技术中通常是将煤基重质原料制粉的同时直接干燥脱水，例如煤直接加氢液化工艺中，是通过脱水煤粉与催化剂在溶剂中混合制备出煤基重质原料浆料，该过程中虽然通过煤粉干燥以降低含水量，但是煤粉含水量的过分降低则可能会引起例如煤粉自燃等安全问题，因而需要复杂的安全辅助措施并且对于原料的成熟度R°的要求限制。相比于现有技术，本发明的工艺以及实施该工艺的装置特别要求对浆料进行熟化操作，因此也就省去了煤粉气体干燥步骤并且避免了自燃的危险，同时对于原料本身的要求也就不再苛刻。

由此可知，本发明装置所依赖的通用型重质原料加氢轻质化工艺特意地要求存在催化流体制备单元和催化浆料制备单元，而现有技术的直接加氢轻质化工艺中则一般没有单独的催化流体制备单元，特别是用以将浆料进行熟化和均质化操作的催化浆料制备单元。

重质原料前置处理单元

在本发明的重质原料加氢轻质化装置中，重质原料前置处理单元依据重质原料的物料类型与状态，分为油基重质原料流体储集处理单元和煤基、生物基粉体储集处理单元。

其中，对于油基重质原料的流体储集处理单元可以选择石油行业国家标准的API≤25°的重油储运装置；而对于通常为固体粉体的煤基、生物基以及粉体的混合基原料的储集处理单元可以选择水泥、电力行业国家标准的煤粉储运装置，粉体的储集容器需要氮气保护并且粉体通常可以通过氮气风排或在氮气保护下经螺旋输送机输送。

一般而言，所述的重质原料前置处理单元是重质原料进入催化流体装置单元进口之前，在重质原料处理工艺流程中所流经路线上所有设备的总和，如油基重质原料的联合净化系统装置，煤基、生物基重质原料的破碎、制粉、分选、脱水，气体分离器，粉体储备系统装置，以及相关的控制设备和安全系统等。

催化流体制备单元

在本发明的重质原料加氢轻质化装置中，所述的催化流体制备单元可以包括一个或多个隔热管式反应器或隔热还空管式反应器。该反应器可以通过流量控制组件（如控制阀或阀组或安全泄压阀或安全泄压阀或闸板等）和/或管线与实施催化流体制备的辅助处理设备如起始或循环溶剂制备容器、泥浆泵、混合器、换热器、加热炉、分馏罐(塔)，催化流体储罐等连接而组成催化流体制备单元。

在所述的催化流体制备单元中，依据催化流体制备的工艺条件如常压（即大气压，通常为约0.1MPa），最大工作温度≤280℃、优选≤250℃，紊流工作状态等，确定反应器的工作参数。

在本发明的上下文中，所述的“隔热管式反应器”包括由一个单体隔热管件或多个单体隔热管件连接组成的单体隔热管式反应器，随后该单体隔热管式反应器通过流量控制组件与管线以串连或并联或者两者结合的方式与其他一个或多个同样的单体隔热管式反应器连接而组成隔热管式反应器，其中所述的隔热管件具有一个或多个并排的内管和套在该一个或多个内管外的封闭外管，该外管的两端面与所有内管的侧壁相接以在内外管之间形成隔热密封层，并且该隔热密封层沿着内管纵向延伸超过内管长度的至少50%、优选70%、更优选90%或100%。

在本发明的隔热管式反应器中，多个单体隔热管件可以例如通过正反螺纹扣连接或焊接连接而以串联、并联或两者组合的方式组成单体隔热管式反应器。这种连接方式是本领域技术人员所已知的。

所述的隔热管件中，虽然理论上内管和外管的横截面形状并无限制，例如圆形、椭圆形或圆角矩形等，但是从材料学以及物料输送角度来看，优选至少内管的横截面是圆形或近似圆形的。包裹内管的外管的截面形状则可以相对多变一些，但优选是近似圆形或椭圆形。优选的，所述的隔热管件由一个内管和套在该一个内管外的外管构成。此时的外管也优选是圆形的。同时，在外管中仅有一个内管的情况下，也优选外管基本上同心地套在内管外。

内管与外管之间通过密封而形成隔热密封层，这可以通过例如将外管的两端面分别与内管的侧壁焊接而形成或者还可以通过一体成型技术形成带有隔热密封层和内外管构造的管件。为了获得更好的隔热效果，可以优选对内外管的密封空间抽提真空而形成隔热真空层。至于隔热密封层或隔热真空层的厚度无特别的限制，本领域技术人员可以根据所期望达到的隔热效果而调节。

在一个优选的实施方式中，由一个单体隔热管件组成单体隔热管式反应器。

在另一个优选的实施方式中，所述的流量控制组件可以是例如控制阀或阀组或安全泄压阀或闸板等，而所述的管线有利的是例如保温连接的管线。

作为一个优选的实施方式，在隔热管式反应器中，隔热管件的材料并无特殊的限制，但是其有利地满足视导热系数≤0.25W·(m·°K)^-1(300℃)/10m、优选≤0.20W·(m·°K)^-1(300℃)/10m、更优选≤0.1W·(m·°K)^-1(300℃)/10m，并且隔热管件的内管抗压强度≥3.0MPa、更优选≥5.0MPa。

在本发明的上下文中，所述的“隔热还空管式反应器”在结构上包括由以一个单体隔热管件或多个单体隔热管件连接组成的一个或多个单体隔热还空管外管柱和放置于该单体隔热还空管外管柱的内管内的还空导流管构成的单体隔热还空管式反应器，随后该单体隔热还空管式反应器可以通过流量控制组件和/或管线与一个或多个其他的相同的单体隔热还空管式反应器的内外管以串连或并联或者两者结合的方式连接而组成隔热还空管式反应器，其中所述的隔热管件具有一个或多个并排的底部封闭的内管和套在该一个或多个内管外的封闭外管，该外管的两端面与所有内管的侧壁相接以在内外管之间形成隔热密封层，并且该隔热密封层沿着内管纵向延伸超过内管长度的至少50%、优选70%、更优选90%或100%；并且其中为了形成还空通道，所述还空导流管的底部与单体隔热还空管外管柱的内管的底部的距离为单体隔热还空管外管柱的内管总长度的0.1%～5%。

在本发明的隔热还空管式反应器中，多个单体隔热管件可以例如通过正反螺纹扣连接或焊接连接而以串联、并联或两者组合的方式组成单体隔热还空管外管柱。这种连接方式是本领域技术人员所已知的。所述的单体隔热还空管外管柱的两端一般还设置有封闭板或安全阀或控制阀门。

虽然理论上隔热管件的内管和外管以及还空导流管的横截面形状并无限制，例如圆形、椭圆形或圆角矩形等，但是从材料学以及物料输送角度来看，优选至少隔热管件的内管和还空导流管的横截面是圆形或近似圆形的。包裹隔热管件内管的外管的截面形状则可以相对多变一些，但优选是近似圆形或椭圆形。优选的，在隔热管件的外管中仅套有一根内管，此时形成一个单体隔热还空管外管柱，其中放置有一根还空导流管。在此情况下优选隔热管件的内管和外管以及还空导流管的横截面都是基本上圆形的。同时，也优选在此情况下隔热管件的内管和外管以及还空导流管同心地放置。此外，本领域技术人员也应当理解，该反应器中的还空导流管上部可以略微突出单体隔热还空管外管柱以接驳各种辅助装置，如流量控制组件、温度控制组件或管线连接等。

隔热管件的内管与外管之间通过密封而形成隔热密封层，这可以通过例如将外管的两端面分别与内管的侧壁焊接而形成或者还可以通过一体成型技术形成带有隔热密封层和内外管构造的管件。为了获得更好的隔热效果，可以优选对内外管的密封空间抽提真空而形成隔热真空层。至于隔热密封层或隔热真空层的厚度无特别的限制，本领域技术人员可以根据所期望达到的隔热效果而调节。

在一个优选的实施方式中，由一个单体隔热管件组成单体隔热还空管外管柱并在其中放置一个还空导流管。

有利的，所述的还空导流管例如可以是管两端设有连接机构如正反螺纹扣的管件。

在另一个优选的实施方式中，所述的流量控制组件可以是例如控制阀或阀组或安全泄压阀或闸板等，而所述的管线有利的是例如保温连接的管线。

作为一个优选的实施方式，在隔热还空管式反应器中，隔热管件的材料并无特殊的限制，但是其有利地满足视导热系数≤0.25W·(m·°K)^-1(300℃)/10m、优选≤0.20W·(m·°K)^-1(300℃)/10m、更优选≤0.1W·(m·°K)^-1(300℃)/10m、还更优选≤0.05W·(m·°K)^-1(300℃)/10m、最优选≤0.03W·(m·°K)^-1(300℃)/10m，其内管抗压强度≥3.0MPa、更优选≥5.0MPa。

这里，以及上下文中所出现的参数如“视导热系数”、“抗压强度”和“分离应力”等都可以按照API标准进行测量并且各个数据之后的温度如300℃或350℃表示在该温度值下测得。

催化浆料制备单元

在本发明的重质原料加氢轻质化装置中，所述的催化浆料制备单元可以包括一个或多个如上所述的隔热管式反应器或隔热还空管式反应器。该反应器可以通过流量控制组件（如控制阀或阀组或安全泄压阀或闸板等）和/或管线与实施催化浆料制备的辅助处理设备如泥浆泵、混合器、换热器、加热炉、闪蒸罐(塔)，催化浆料循环陈化储罐等连接而组成地面的催化浆料制备单元。

在根据本发明的催化浆料制备单元中，反应器依据工艺按重质原料的类型，分为按比例混合油基重质原料配制牛顿流体油基重质原料催化浆料工艺的设备，与含固体粉体的煤基、生物基以及混合基重质原料按比例与催化流体两步配制的工艺的设备，从中制备出非牛顿流体的煤基、生物基以及混合基重质原料催化浆料。

在一个具体的实施方案中，在制备油基重质原料催化浆料时，催化流体与API≤25°的重油原料可以按任意不同比例混合。在反应器中，根据油基重质原料催化浆料的制备工作条件如常压（一般指一个大气压，即约0.1MPa）、制备温度≥30℃、预硫化温度≤250℃、紊流或层流工作状态等，确定催化浆料制备单元中反应器的工作参数。

在一个具体的实施方案中，在制备粉体的煤基、生物基以及混合基重质原料催化浆料时，在反应器中根据对重质原料催化浆料的制备工作条件如压力≤5.0MPa、温度≤280℃、紊流或层流工作状态等确定催化浆料制备单元中反应器的工作参数，以例如实现煤基、生物基重质原料的脱气、脱水、熟化、溶解、分散工艺。

根据本发明的催化浆料制备单元可以包括一个或多个如上所述的隔热管式反应器及其优选形式。但是在一个优选的实施方案中，其中的隔热管件的视导热系数≤0.20W·(m·°K)^-1(350℃)/10m、优选≤0.10W·(m·°K)^-1(350℃)/10m、更优选≤0.05W·(m·°K)^-1(350℃)/10m、最优选≤0.03W·(m·°K)^-1(350℃)/10m，隔热管件的内管抗压强度≥8.0MPa、更优选≥10.0MPa。

类似地，根据本发明的催化浆料制备单元可以包含一个或多个如上所述的隔热还空管式反应器及其优选形式。但是在一个优选的实施方案中，其中的隔热管件的视导热系数≤0.20W·(m·°K)^-1(350℃)/10m、优选≤0.10W·(m·°K)^-1(350℃)/10m、更优选≤0.05W·(m·°K)^-1(350℃)/10m、最优选≤0.03W·(m·°K)^-1(350℃)/10m，隔热管件的内管抗压强度≥8.0MPa、更优选≥10.0MPa。

加氢轻质化单元

在本发明的重质原料加氢轻质化装置系统中，所述的加氢轻质化单元可以包括一个或多个如上所述的隔热管式反应器或隔热还空管式反应器。该装置可以通过流量控制组件（如控制阀或阀组或安全泄压阀或闸板等）和/或管线与实施加氢轻质化的辅助处理设备如泥浆泵、氢气压缩机、氢气混合器、加热炉等连接而组成地面的加氢轻质化单元。

在根据本发明的加氢轻质化单元中，根据对加氢轻质化反应工艺条件如压力≤20.0MPa、温度≤470℃、紊流或层流工作状态来确定重质原料催化浆料加氢轻质化反应装置中的工作参数，以实现重质原料的加氢轻质化工艺。

根据本发明的加氢轻质化单元可以包含一个或多个如上所述的隔热管式反应器及其优选形式。但是在一个优选的实施方案中，其中的隔热管件的视导热系数≤0.1W·(m·°K)^-1(500℃)/10m、优选≤0.05W·(m·°K)^-1(500℃)/10m、更优选≤0.03W·(m·°K)^-1(500℃)/10m，隔热管件的内管抗压强度≥30.0MPa（该内管可以是抗氢耐温不锈钢无缝管材）、优选≥50.0MPa。

类似地，根据本发明的加氢轻质化制备装置单元可以包含一个或多个如上所述的隔热还空管式反应器及其优选形式。但是在一个优选的实施方案中，其中的隔热管件的视导热系数≤0.1W·(m·°K)^-1(500℃)/10m、优选≤0.05W·(m·°K)^-1(500℃)/10m、更优选≤0.03W·(m·°K)^-1(500℃)/10m，隔热管件的内管抗压强度≥30.0MPa（该内管可以是抗氢耐温不锈钢无缝管材）、优选≥50.0MPa。

产物后置处理单元

根据本发明的产物后置处理单元是加氢轻质化单元的产物出料口之后，产物所流经的路线上所有设备的总和，如气体分离器、气提塔、固液离心分离器、分馏塔、换热器、溶剂脱渣塔、相关的控制系统和安全设备等。

此外，在根据本发明的通用型重质原料催化浆料加氢轻质化的装置系统中，所包含的催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元和加氢轻质化单元以及进一步优选包括的重质原料前置处理单元和产物后置处理单元，彼此间通过流量控制组件（如控制阀或阀组、安全泄压阀或闸板等）和/或管线（如保温连接管线）来连接。

在根据本发明的通用型重质原料催化浆料加氢轻质化的装置系统中的催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元和加氢轻质化单元中，本领域技术人员完全能够根据实践和所需的产量和产物而至少在这三个装置单元中以串联或并联或者两者组合的方式使用一个或多个如在上文的“催化流体制备单元”章节中所述的结构上相同或不同的隔热管式反应器、隔热还空管式反应器或者它们两者的组合，彼此间同样可以通过流量控制组件（如控制阀或阀组、安全泄压阀或闸板等）和/或管线（如保温连接管线）来连接。

附图说明

图1是根据本发明的通用型重质原料催化浆料加氢轻质化装置的工艺流程示意图。

图2是根据本发明的隔热管式反应器示意图。

图3是根据本发明的隔热还空管式反应器示意图。

图中相同的部件或组件以相同的附图标记指明，并且箭头均表示物料流动方向。

如图1所示的工艺流程示意图中包括了催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元和加氢轻质化单元三个主要的单元以及后续的产物后置处理单元，其中分别采用设置于地面的隔热管式反应器R1、设置于地面的隔热环空管式反应器R2和设置于地下的隔热环空管式反应器R2来分别实施催化流体制备、重质原料催化浆料制备和加氢轻质化，这些反应器的示例性的结构可以参考图2-3所示的反应器。对于本领域技术人员而言，重质原料前置处理单元（未显示）和产物后置处理单元可以根据上文所述的内容根据生产实践常识而合理的布置。在图1所示的工艺流程示意图中仅显示了与本发明的装置密切相关的构造、连接关系和物料流动方向，而省略了完全可以根据生产实际需要而添设的常规辅助设备如储料槽、混合器、控温和监视组件等。

如图2所示的隔热管式反应器的一个示例性的具体的实施方式包括三个相同的由一个单体隔热管件a组成的单体隔热管式反应器A（图中虚线框所示），所述三个单体隔热管式反应器A通过控制阀组与管线以串连（例如图2.a）或并联（例如图2.b）的方式连接而组成隔热管式反应器R1，其中所述的隔热管件a具有一个圆形内管3和同心设置在该一个内管3外的封闭圆形外管（1），且该外管1的上下端面与内管3的侧壁焊接连接。通过抽真空在内外管之间形成隔热真空层2。该真空层2的纵向长度为内管3长度的约70%。为了保障安全，还可以在反应器的底部设置安全阀（图中未示出）。

另外，图2.c1和图2.c2示例性地显示了单体隔热管式反应器A沿着m-m水平线的横截面构造，本领域技术人员将会明了这一构造并不局限于并联的连接方式。在图2.c1的横截面图中显示了两个由单个外管1和单个内管3构成的单体隔热管件a通过焊接组成的单体隔热管式反应器A，在该截面图中显示的这两个单体隔热管件a并非各自分离的而是通过焊接例如在两端处连接。根据实际需要，在生产中也可以采用由三个或更多个单体隔热管件a以任意方式排布并通过焊接组成的单体隔热管式反应器A。此外，在图2.c2的横截面图中示例性地显示了一个外管1套有多个（如3个）内管3的单体隔热管件a形式，由该单体隔热管件a构成单体隔热管式反应器A。在此形式中，同样可以通过焊接将外管1和内管3连接并通过抽提真空而获得隔热真空层2。

如图3所示的隔热环空管式反应器的一个示例性的具体的实施方式包括三个由以一个单体隔热管件a组成的单体隔热环空管外管柱B和放置于该单体隔热环空管外管柱B的内管3内的一个环空导流管4构成的单体隔热环空管式反应器C，如虚线框中所示。所述三个单体隔热环空管式反应器C通过控制阀组和管线以串连（如图3.a）或并联（如图3.b）的方式连接而组成隔热环空管式反应器R2，其中所述的隔热管件a具有一个内管3和同心地套在该一个内管3外的封闭外管1，该外管1的上下端面与内管3的侧壁焊接以在内外管之间形成隔热真空层2，并且该真空层2的纵向长度为内管3长度的约70%。为了形成环空通道，所述环空导流管4同心设置在单体隔热环空管外管柱B的内管3中并且其底部与单体隔热环空管外管柱B的内管3的底部的距离为单体隔热环空管外管柱B的内管3总长度的1%。为了保障安全，还可在反应器的底部设置安全阀（图中未示出）。

此外，在图3.c中示例性地显示了单体隔热环空管式反应器C沿着m-m线的横截面构造，本领域技术人员将会明了这一构造并不局限于所示的并联的连接方式。在该形式中，显然地，由一个外管1与内管3按如上所述的方式构成一个单体隔热环空管外管柱B，两个单体隔热环空管外管柱B通过焊接连接并且其中分别置入一个环空导流管4，由此构成一个单体隔热环空管式反应器C。在该截面图中显示的这两个单体隔热环空管外管柱B并非各自分离的而是通过焊接例如在两端处连接。

附图标记列表

R1 隔热管式反应器

R2 隔热环空管式反应器

a 单体隔热管件

A 单体隔热管式反应器

B 单体隔热环空管外管柱（扣除环空导流管4的部分）

C 单体隔热环空管式反应器

1 隔热管件的外管

2 隔热密封层、隔热真空层

3 隔热管件的内管

4 环空导流管

本发明将参照下列实施例作进一步说明，但这些实施例不被认为限制本发明的范围。

实施例

在本发明的实施例中采用1.5t/d通用型重质原料催化浆料加氢轻质化的工业试验装置，该工业试验装置由重质原料前置处理单元、催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元、加氢轻质化单元和产物后置处理单元五个单元组成（后四个单元的布置参见图1），其中催化流体制备单元采用如图2.a所示的设置于地面的隔热管式反应器、催化浆料制备单元采用如图3.a所示的设置于地面的隔热环空管式反应器、加氢轻质化单元采用设置于地下的如图3.a所示的隔热环空管式反应器。各个单元中不同类型的隔热管式和隔热环空管式的各个部件的其他一些规格特征见表1。

表1隔热管式和隔热环空管式反应器的各部件的规格特征

在该1.5t/d通用型重质原料催化浆料加氢轻质化的工业试验装置上，对油基、煤基、煤油混配基重质原料的催化浆料进行如图1所示工艺的加氢轻质化工业试验，其中催化流体制备、催化浆料制备和加氢轻质化的试验条件列于表1中。加氢轻质化结果见表2。

原料：

用以制备油基催化浆料的油基重质原料为玉门炼厂减压渣油，

用于制备煤基催化浆料的煤基重质原料为新疆吐哈淖毛湖矿2#动力用煤脱水煤粉(≥120目)，

用于制备混合基催化浆料的混合基重质原料为玉门减渣与2#煤脱水煤粉(≥120目)按照混配比例玉门减渣：2#煤脱水煤粉=72.7wt%:27.3wt%的混配油煤浆。

表2各个重质原料催化油浆加氢轻质化试验结果

Claims (37)

1.一种通用型的重质原料加氢轻质化装置，其特征在于，所述装置包括催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元和加氢轻质化单元，分别用于催化流体制备、重质原料催化浆料制备和加氢轻质化反应，其中在所述重质原料催化浆料制备单元中对催化流体和重质原料的混合物至少进行熟化步骤。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，在所述重质原料催化浆料制备单元中对催化流体和重质原料的混合物进行熟化和均质化的步骤。

3.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述催化流体制备单元中的工作温度为≤280℃和工作压力为≤5.0MPa。

4.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的加氢轻质化单元中的工作温度≤500℃和工作压力为≤20.0MPa。

5.根据权利要求4的装置，其特征在于，所述的加氢轻质化单元中的工作温度≤470℃。

6.根据权利要求1的装置，其特征在于，催化流体制备单元中反应器的工作温度为≤280℃和工作压力为常压。

7.根据权利要求1至6任一项的装置，其特征在于，在所述的催化流体制备单元、重质原料催化浆料制备单元或加氢轻质化单元中包括一个或多个隔热管式反应器、隔热环空管式反应器或两者的组合。

8.根据权利要求7的装置，其特征在于，所述的隔热管式反应器包括由一个单体隔热管件(a)或多个单体隔热管件(a)连接组成的单体隔热管式反应器(A)，随后该单体隔热管式反应器(A)通过流量控制组件与管线以串连或并联或者两者结合的方式与其他一个或多个同样的单体隔热管式反应器(A)连接而组成隔热管式反应器(R1)，其中所述的隔热管件(a)具有一个或多个并排的内管(3)和套在该一个或多个内管(3)外的封闭外管(1)，该外管(1)的两端面与所有内管(3)的侧壁相接以在内外管之间形成隔热密封层(2)，并且该隔热密封层(2)沿着内管(3)纵向延伸至内管(3)长度的至少50％。

9.根据权利要求8的装置，其特征在于，该隔热密封层(2)沿着内管(3)纵向延伸至内管(3)长度的至少70％。

10.根据权利要求8的装置，其特征在于，该隔热密封层(2)沿着内管(3)纵向延伸至内管(3)长度的至少90％。

11.根据权利要求8的装置，其特征在于，该隔热密封层(2)沿着内管(3)纵向延伸至内管(3)长度的100％。

12.根据权利要求8的装置，其特征在于，所述的单体隔热管件(a)由一个内管(3)和套在该一个内管(3)外的外管(1)构成。

13.根据权利要求8的装置，其特征在于，所述的内管(3)和外管(1)都是基本上圆形的。

14.根据权利要求12的装置，其特征在于，所述外管基本上同心地套在所述的内管外。

15.根据权利要求8的装置，其特征在于，所述的隔热密封层(2)是隔热真空层。

16.根据权利要求8的装置，其特征在于，由一个单体隔热管件(a)组成单体隔热管式反应器(A)。

17.根据权利要求7的装置，其特征在于，所述的隔热环空管式反应器在结构上包括由以一个单体隔热管件(a)或多个单体隔热管件(a)连接组成的一个或多个单体隔热环空管外管柱(B)和放置于该单体隔热环空管外管柱(B)的内管(3)内的环空导流管(4)构成的单体隔热环空管式反应器(C)，其中所述的单体隔热管件(a)具有一个或多个并排的底部封闭的内管(3)和套在该一个或多个内管(3)外的封闭外管(1)，该外管(1)的两端面与所有内管(3)的侧壁相接以在内外管之间形成隔热密封层(2)，并且该隔热密封层(2)沿着内管(3)纵向延伸至内管(3)长度的至少50％；并且其中为了形成环空通道，所述环空导流管(4)的底部与单体隔热环空管外管柱(B)的内管(3)的底部的距离为单体隔热环空管外管柱(B)的内管(3)总长度的0.1％～5％。

18.根据权利要求17的装置，其特征在于，该单体隔热环空管式反应器(C)通过流量控制组件和/或管线与一个或多个其他的相同的单体隔热环空管式反应器(C)的内外管以串连或并联或者两者结合的方式连接而组成隔热环空管式反应器(R2)。

19.根据权利要求17的装置，其特征在于，该隔热密封层(2)沿着内管(3)纵向延伸至内管(3)长度的至少70％。

20.根据权利要求17的装置，其特征在于，该隔热密封层(2)沿着内管(3)纵向延伸至内管(3)长度的至少90％。

21.根据权利要求17的装置，其特征在于，该隔热密封层(2)沿着内管(3)纵向延伸至内管(3)长度的100％。

22.根据权利要求17的装置，其特征在于，在所述单体隔热管件(a)的外管(1)中仅套有一根内管(3)，从而形成一个单体隔热环空管外管柱，其中放置有一根环空导流管(4)。

23.根据权利要求17的装置，其特征在于，所述的单体隔热管件(a)的内管(3)和外管(1)以及环空导流管(4)的横截面都是基本上圆形的。

24.根据权利要求22的装置，其特征在于，所述的单体隔热管件(a)的内管(3)和外管(1)以及环空导流管(4)同心地放置。

25.根据权利要求17的装置，其特征在于，所述的隔热密封层(2)是隔热真空层。

26.根据权利要求17的装置，其特征在于，由一个单体隔热管件(a)组成单体隔热环空管外管柱并在其中放置一个环空导流管。

27.根据权利要求17的装置，其特征在于，所述的环空导流管(4)是管两端设有连接机构的管件。

28.根据权利要求27的装置，其特征在于，所述连接机构是正反螺纹扣。

29.根据权利要求1至6任一项的装置，其特征在于，在所述重质原料催化浆料制备单元中对煤基、生物基重质原料进行脱气、脱水、熟化、溶解和/或分散操作。

30.根据权利要求8或17的装置，其特征在于，在催化流体制备单元的反应器中，隔热管件的视导热系数≤0.25W·(m·°K)^-1(300℃)/10m，并且隔热管件的内管抗压强度≥3.0MPa。

31.根据权利要求30的装置，其特征在于，隔热管件的内管抗压强度为≥5.0MPa。

32.根据权利要求8或17的装置，其特征在于，在催化浆料制备单元的反应器中，隔热管件的视导热系数≤0.20W·(m·°K)^-1(350℃)/10m，其内管抗压强度≥8.0MPa。

33.根据权利要求32的装置，其特征在于，内管抗压强度≥10.0MPa。

34.根据权利要求8或17的装置，其特征在于，在加氢轻质化单元中，隔热管件的视导热系数≤0.1W·(m·°K)^-1(500℃)/10m，隔热管件的内管抗压强度≥30.0MPa。

35.根据权利要求34的装置，其特征在于，隔热管件的视导热系数≤0.05W·(m·°K)^-1(500℃)/10m。

36.根据权利要求34的装置，其特征在于，隔热管件的内管抗压强度≥50.0MPa。

37.根据权利要求1至36任一项的装置的用途，用于油基重质原料加工过程中的重质油加氢轻质化工艺，煤基或生物基重质原料的加氢直接液化工艺，以及混合基重质原料加氢共炼轻质化加工工艺，以及其它流体物料的高温高压化学反应工程。