CN105694959B - 一种用于重油加氢裂化的喷射型内环流反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于重油加氢裂化的喷射型内环流反应器，包括壳体、导流筒、锥形底和至少一个喷嘴，所述锥形底位于壳体的底部，喷嘴置于锥形底底部，导流筒安装在壳体内部且两端开口，所述壳体的顶部设有物料出口。本发明的喷射型内环流反应器中，环流区内的物料在喷射推力以及导流筒和降液管间的密度差共同作用下，形成稳定的内循环，结构简单，能耗降低，并可提高反应器的有效使用空间。

Description

一种用于重油加氢裂化的喷射型内环流反应器

技术领域

本发明属于石油化工领域，具体涉及一种用于重油加氢裂化的喷射型内环流反应器，特别适用于劣质油的加氢裂化。

背景技术

近年来随着世界原油需求的持续走高和原油重质化日趋明显，未来炼油生产过程中对重质原油加工的比例会越来越大，对渣油轻质化生产轻质燃料油的工艺技术提出了更高的要求，目前常见的渣油加氢裂化手段有固定床渣油加氢裂化、沸腾床渣油加氢裂化和浆态床(悬浮床)加氢裂化。

现有工艺中工业应用最广，加工能力最大的是固定床渣油加氢技术，其工艺特点有：工艺成熟，易操作，装置投资相对较低；产品氢含量显著增加，未转化渣油可作为渣油催化裂化的进料、焦化原料和调制低硫燃料油；反应温度较低，渣油转化率为20％-50％；缺点包括：操作周期受原料杂质含量影响较大，一般用于加工镍和钒含量小于200μg/g的渣油原料，床层容易发生堵塞和结焦，床层温度控制困难，床层压降大。

由于固定床反应器存在的诸多问题，新一代的渣油加氢装置一直都是研究的热点。20世纪70年代，沸腾床加氢裂化技术实现工业化。它的优点是：可处理高残炭值、高金属的减压渣油；反应器温度均匀可控，适用于高放热反应的加氢过程；系统压降小，压降保持恒定；可随时卸载和补充催化剂，保持催化剂性能。

目前工业上使用的是H-oil、T-Star和LC-Fining三种沸腾床反应器，其共同特点，都是采用循环泵来进行液体的强制内部循环，达到固体悬浮和三相混合的要求，因此，沸腾床反应器内部结构十分复杂，包括下部的多重气液分布器，上部的气液分离器、循环室、外置和内置的液体循环泵等。其中，循环泵由于需要满足高温高压、耐腐蚀等特点，故障率高，造价昂贵。

工业加氢反应器处于高温高压与复杂多相流环境，其开发要点与基本要求应该是：(1)内部构件尽可能简单以避免结疤和流动不畅，提高反应器内有效使用空间；(2)采用适当的颗粒粒径与床层结构满足固体悬浮与混合要求，避免颗粒沉积或形成局部流动死区；(3)气含率适中，保持足够临氢氛围，避免液相高温二次裂解，提高产品质量。

公开号为CN1448212A的专利申请公开了一种沸腾床反应器，在反应器顶部装有相分离器并取消了循环泵及液体循环导管，增加了催化剂藏量，结构简单操作方便，但是使用的催化剂粒径为100到200μm，催化剂容易带出，操作弹性较小，对较大催化剂难以适用，可能存在沉积，流动不畅等问题。

公开号为CN104560137A的专利申请公开了一种内环流式沸腾床反应器，在反应器中设置三相分离区、沸腾区、环流区，取消循环泵和料面监控仪，操作简单，但是进料物流需经气液分布器后方进入反应器内，入口物流动能较小，底部为平底模式，存在流动死区的问题。

公开号为CN1362477A的专利申请公开了一种采用沸腾床加工劣质油的工艺，使用流体分布盘或筛板将沸腾床反应器分成不同的反应区，并控制各个反应区的催化剂膨胀比和催化剂置换速度以达到催化剂充分发挥活性的目的，但由于反应区对固体分离的限制，反应器空间难以得到充分应用。

公开号为CN102453525A的专利申请公开了一种多段沸腾床加氢工艺，该技术在反应器内设置多个内循环区，形成不同的操作区域，在不同的操作区域内使用的不同的催化剂，但不同区域的催化剂之间会不可避免的发生混合，影响总体反应效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于渣油加氢的喷射型内环流反应器，可以有效解决现有工艺中容易出现的反应器内温度不均，反应速度慢，催化剂失活快的问题。

沸腾床原理：满足固体悬浮、液相混合、气液传质三方面要求，加氢裂化是个慢速强放热反应，催化剂分布不均匀会导致反应不均匀，混合不好易导致产生局部热点，在催化剂上生成焦炭使其失活。除了靠液相强制内部循环措施之外，还可以靠内部安装导流筒进行气升式内部自动循环，从而也能达到固体悬浮于均匀混合的要求。而后者结构更为简单，属于静设备，且不需要外部提供动力。

本发明的具体技术方案如下：

一种用于重油加氢裂化的喷射型内环流反应器，包括壳体、导流筒、锥形底和至少一个喷嘴，所述锥形底位于壳体的底部，喷嘴置于锥形底底部，导流筒安装在壳体内部且两端开口，所述壳体的顶部设有物料出口。

在本发明的喷射型内环流反应器内，气相和液相通过喷嘴高速喷射进入反应器，且气相进料大部分直接进入到导流筒内，并在导流筒和降液管(即由导流筒和壳体之间的环形区域)之间形成较大的密度差，该密度差会推动液相在导流筒和降液管之间的内循环流动，目的是促进反应器内物料的混合，使反应充分进行并且保证反应器内的温度均匀。

本发明的喷射型内环流反应器内，导流筒所处在环流区，环流区上部为沸腾区，气相和液相进料通过导流筒后，一部分气相和液相会携带催化剂颗粒进入沸腾区，由于气相和液相表观速度的降低(相对导流筒内的表观速度)，对催化剂固体的携带能力会减弱，大多数催化剂固体重新返回环流区，在循环液体的推动下经降液管返回底部参与循环；沸腾区上部为三相分离区，气液混合物料从顶部物料出口离开，进入后序分离流程。

作为进一步的优选效果，导流筒可以实现工业上循环泵的功能，进而使反应器大大简化，提高反应器内的有效使用空间。

作为进一步的优选效果，所采用的锥形底连接喷嘴，在喷嘴、锥形底和导流筒的共同作用下，反应器可以达到如下目标：固体颗粒悬浮，底部无沉积，流动无死区。

作为进一步的优选效果，在大反应器直径下，可增设多个喷嘴以保证喷射动能，避免固体沉积。

作为改进的，所述锥形底的锥角为50°-70°。

作为改进的，所述锥形底高度为所述壳体高度的8％-10％。

作为改进的，所述导流筒与壳体同轴布置，且导流筒位于所述喷嘴的正上方。

本发明中的导流筒位于壳体的中心，同时喷嘴位于锥形底的底尖部，使得导流筒的底部正对喷嘴的出口，控制喷嘴喷出的气相进料大部分直接进入到导流筒内。

进一步改进的，所述壳体高度与所述壳体直径比为8-20。

进一步改进的，所述导流筒的高度与壳体高度之比为0.5-0.8。

进一步改进的，所述导流筒的直径与壳体直径之比为0.5-0.7。

本发明的直径表示为内径，也可以理解为导流筒的内径与壳体内径之间的比值。

作为改进的，所述导流筒与喷嘴之间的距离与所述壳体直径之比为0.45-0.6。

作为改进的，所述导流筒的上方设有拦截固体的分流帽，可用于阻挡高度气流携带的催化剂，并使催化剂回到降液管中参与内循环流动。

作为改进的，所述分流帽的中部开孔，利于气体通过，避免形成气垫。

进一步改进的，开孔到壳体纵向轴线的最大距离小于导流筒到壳体的纵向轴线距离，在避免形成气垫情况下，保证足够的密度差。

作为改进的，所述喷嘴包括气相进口和液相进口，气相进口和液相进口为同心管结构，液相为中心管进料，气相为环隙进料，气相进口和液相进口面积之比为0.3-3。

本发明的喷射型内环流反应器中，使用催化剂粒径为1～1500μm，反应器内催化剂藏量为有效反应体积的0.5％-40％，可满足沸腾床加氢和悬浮床加氢要求；所实施加氢反应的工艺条件包括：反应温度320-480℃，反应压力8-21MPa，液时体积空速0.1-3h^-1，氢油比500-2000。

本发明中，在环流区和所述沸腾区内都有较多的催化剂固体和气体存在，为气液固三相共存状态，在简化设备的情况下，保证了反应器的使用效率，保证临氢氛围的存在，避免液相在高温下的二次裂解，提高了产品质量。

附图说明

图1为喷射型内环流反应器的结构图；

图2为喷嘴俯视图；

图3为固含量轴向分布图(含导流筒)；

图4为固含量轴向分布图(不含导流筒)；

图5为现有的带外循环泵的沸腾床反应器。

附图标记说明

图1：1.物料出口，2.分流帽，3.壳体，4.喷嘴，5.气相进料管，6.液相进料管，7.锥形底，8.导流筒；

图2：9.气相进口，10.液相进口；

图5：11.物料进口，12.催化剂卸料口，13.分布板，14.循环杯，15.催化剂进口，16.气液分离器，17.循环泵。

具体实施方式

参见附图，对本发明的具体实施方式作详细说明，应该指出的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，不用于限制本发明。

在本喷射环流反应器中，壳体的尺寸没有特别的规定，可以根据实际生产需要而定。

如图1所示，本实施例中的喷射环流反应器包括壳体3，锥形底7和导流筒8；导流筒8置于壳体3内部，锥形底7置于壳体3底部，喷嘴4在锥形底7底部；分流帽2位于沸腾区；在壳体顶部为物料出口1。

导流筒8的两端开口安装在壳体3内部，导流筒8底部位于喷嘴4的正上方，根据操作要求可以调节导流筒8底部到喷嘴4出口的距离，导流筒8的尺寸根据壳体3的尺寸而定，导流筒8的高度与壳体3高度之比为0.5-0.8，导流筒8直径与壳体3直径之比为0.5-0.7。

如图2所示，喷嘴4可以有一个或者多个，根据具体操作状况而定，安装在锥形底7底部，气液进口为同心结构，内部为液相进口10。液相从液相进口10进入反应器，气相从气相进口9进入反应器，液相进口10和气相进口9面积之比为0.3-3。

锥形底7的锥角角度为50°-70°，锥形底7开口与壳体3相连，锥形底7可以避免底部沉积，有效的减少反应器的流动死区。同时导流筒8的底部可位于锥形底7空间内，但是不能和锥形底7壁面贴合。

在反应器壳体3顶部设置了物料出口1，气液混合物料通过物料出口1离开反应器，进入后序工艺分离。

下面简单介绍本喷射环流反应器工作原理，在操作中，气相来自外部的压缩机，并通过气相进料管5再通过气相进口9喷射进入反应器，液相来自外部的离心泵，并通过液相进料管6再通过液相进口10喷射进入反应器。

初始时刻反应器中有一定的催化剂装填量，气液相同时喷射进料，可以快速带动催化剂颗粒浮升，最终形成悬浮；如果反应需要较大的催化剂使用量可以首先在反应器中气液喷射进料，待气液物料形成稳定的循环以后再补充催化剂，这种催化剂加料方式被证明在相同的气液操作情况下可以稳定的悬浮更多的固体催化剂。

物料快速上升到达导流筒上端，部分液相会翻越导流筒进入降液管，同时携带部分固体和气相进入降液管，最终在导流筒8和降液管之间产生较大的密度差，在环流区产生强烈的内循环流动，在一定条件下可以证明在导流筒8内部的液速可以提高到反应器内表观液速的10倍以上，大幅度带动了固体悬浮和循环。

喷嘴4的使用可以使绝大部分气相首先进入到导流筒8内部，即使在高压环境中也可以在导流筒8内部产生较大的气含率，对提高导流筒和降液管之间的密度差起到促进作用，有利于内循环流动的产生。

液相和气相在到达导流筒8出口时由于流道变宽，会使液相和气相的表观速度下降，携带固体的能力也随之下降，再经过沸腾区和三相分离区以后只有少部分固体会随气液相从顶部逃出。

由于喷嘴产生的高气速可能会使催化剂的带出量加大，所以根据操作情况可以调节导流筒上方的分流帽2的使用，该构件可以有效的拦截固体，使大部分固体回到降液管中。

最终气液混合物料从物料出口1离开反应器。

本发明中所指的渣油可以为常压渣油、减压渣油、煤焦油等重质原料。

在本发明中，加氢反应条件没有特别限定，可以按照常规的沸腾床加氢反应条件，如：反应温度400-470℃，反应压力15-21MPa，空速0.1-0.2h^-1,氢油比800-1500，催化剂装填量为反应器有效操作体积的30～40％，常见的催化剂粒径为500～700μm。也可以按照常规的悬浮床加氢反应条件，如：反应温度320-480℃，反应压力8-19MPa，体积空速0.3-3h^-1，氢油比500-2000，催化剂使用量为反应器有效体积的0.5-2％,常见的催化剂粒径为1～100μm。

在本发明所提供的方法中，可以根据处理规模的大小，设置一个或者多个喷射型内环流反应器，可以根据具体要求将多个反应器串联使用，也可将喷射型内环流反应器与固定床反应器串联使用。

本发明的喷射型内环流反应器优点是：

(1)采用的喷射型内环流反应器设置气液同轴喷嘴、锥形底、导流筒，环流区内的物料在喷射推力以及导流筒和降液管间的密度差共同作用下，形成稳定的内循环，取消了操作复杂、价格昂贵的循环泵，结构简单，能耗降低，提高了反应器的有效使用空间。

(2)采用的喷射型内环流反应器，在优选的操作条件和结构下，能够达到固体的悬浮和充分混合，底部无沉积，流动无死区以及反应器内部温度的均匀分布。

(3)采用的喷射型内环流反应器，环流区和沸腾区的气含率适中，保持临氢氛围，避免了液相在高温条件下的二次裂解，提高了产品质量。

(4)采用的喷射型内环流反应器，可根据处理对象的不同，用于沸腾床工艺和悬浮床工艺，操作弹性大。

以下结合实施例和对比例对本发明所述的喷射型内环流反应器的特性作进一步说明：

实施例-1

参考图1，进行喷射内环流反应器的冷模实验，实验中选用壳体内径183mm，壳体高2000mm，锥形底锥角60°，锥形底高度173mm，导流筒底部距离喷嘴正上方123mm，与壳体同心放置，导流筒内径100mm，外径110mm，导流筒长度1400mm，单喷嘴位于锥形底底部，其中液相进口内径为6mm，气相从环隙进料，环隙内径为8mm，环隙外径为8.7mm。

操作条件：表观液速1cm/s，表观气速4.75cm/s，固体为密度2400kg/m³，粒径630μm的石英砂，固体装载量为36kg，相当于操作体积的30％。

测定固含量和轴向高度的关系，结果如图3，从图中可以看出：导流筒内的固含量沿轴向高度变化不大，混合均匀；降液管内的固含量沿轴向高度变化不大，混合均匀。

实施例-2

参考图1，对实施例-1所使用的反应器进行冷模放大，壳体内径1m，壳体高10m，锥形底锥角60°，锥形底高度0.87m，导流筒底部距离喷嘴正上方1m，与壳体同心设置，导流筒直径550mm，导流筒长度7.6m，气液物料从锥形底底部的喷嘴射流进料。

操作条件：表观液速1cm/s，表观气速4.75cm/s，固体为密度2400kg/m3，固体装载体积为反应器有效操作体积的30％。

实验与计算表明本喷射型内环流反应器中的循环液速为48cm/s，远远大于固体沉降速度7.7cm/s，可以在反应器内实现固体的悬浮和物料混合。

实施例-3

参考图1，在冷模实验的基础上设计了热模反应器，反应器壳体高30m，壳体内径3.8m，锥形底锥角60°，锥形底高度3.2m，导流筒底部距离喷嘴正上方3m，与壳体同心设置，导流筒直径2m，导流筒长度18m，气液物料从锥形底底部的喷嘴射流进料，实验条件及结果见表-1。

实验与计算表明本喷射型内环流反应器中的循环液速为24cm/s，远远大于固体沉降速度6.5cm/s，可以在反应器内实现固体的悬浮和物料混合。

表-1

对比例-1

在实施例-1的基础上不使用导流筒，其他结构参数和操作条件与实施例-1相同。

测定固含量和轴向高度的关系，结果如图4，从图中可以看出：壳体内的固含量沿轴向高度有明显的变化，呈现底部高，顶部低的特征，在实际操作中可以明显发现固体在底部运动缓慢并出现沉积。

对比例-2

对比例-2作为实施例-3的对比例。试验条件和实施例-3相同，不同的是反应器构型为现有的带外循环泵的沸腾床反应器(结构见图5)，包括物料进口11，催化剂卸料口12，分布板13，循环杯14，催化剂进口15，气液分离器16，循环泵17。反应器直径为4.3m，高度为26.5m。试验结果见表-1。从结果来看，实施例-3与对比例-2均能达到固体的良好悬浮，但实施例-3循环液速更高，固体混合更好，反应器内温度分布更均匀。

通过比较实施例1-3和对比例1-2，可以看出本喷射环流反应器在简化反应器结构的同时，可以有效促进固体的悬浮和塔内物料的混合，有利于反应器的充分使用和反应器内温度的均匀分布。

Claims (9)

1.一种用于重油加氢裂化的喷射型内环流反应器，其特征在于，包括壳体(3)、导流筒(8)、锥形底(7)和至少一个喷嘴(4)，所述锥形底(7)位于壳体(3)的底部，喷嘴(4)置于锥形底(7)底部，导流筒(8)安装在壳体(3)内部且两端开口，所述壳体(3)的顶部设有物料出口(1)；

所述喷嘴(4)包括气相进口(9)和液相进口(10)，气相进口(9)和液相进口(10)为同心管结构，液相为中心管进料，气相为环隙进料，气相进口(9)和液相进口(10)面积之比为0.3-3。

2.如权利要求1所述的喷射型内环流反应器，其特征在于，所述锥形底(7)的锥角为50°-70°。

3.如权利要求1或2所述的喷射型内环流反应器，其特征在于，所述锥形底(7)高度为所述壳体(3)高度的8％-10％。

4.如权利要求1所述的喷射型内环流反应器，其特征在于，所述导流筒(8)与壳体(3)同轴布置，且导流筒(8)位于所述喷嘴(4)的正上方。

5.如权利要求1或4所述的喷射型内环流反应器，其特征在于，所述导流筒(8)的高度与壳体(3)高度之比为0.5-0.8。

6.如权利要求1或4所述的喷射型内环流反应器，其特征在于，所述导流筒(8)的直径与壳体(3)直径之比为0.5-0.7。

7.如权利要求1或4所述的喷射型内环流反应器，其特征在于，所述导流筒(8)与喷嘴(4)之间的距离与所述壳体(3)直径之比为0.45-0.6。

8.如权利要求1所述的喷射型内环流反应器，其特征在于，所述导流筒(8)的上方设有拦截固体的分流帽(2)。

9.如权利要求8所述的喷射型内环流反应器，其特征在于，所述分流帽(2)的中部开孔。