CN106957681A - 一种提高加氢反应体系氢分压的方法及其设计方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明的一种提高加氢反应体系氢分压的方法及其设计方法和用途，用于提高加氢反应体系的氢分压，属于石油化工和煤化工领域，加氢反应体系内包括至少包括两个反应器，本方法为上一级反应器的出料首先进入提高氢分压的分离系统进行分离，然后得到非氢气组分分离排出，氢气组分和液固相进入下一级反应器。本方法中的分离系统有效地将上一级反应器的出口物料进行分离，液固相进入下一级反应器，气相再次分离，使气相中的氢气浓度提升后进入下一级反应器。采用该方法可使下一级反应器的氢分压提高，有效加深反应深度，提高原料转化率和轻油收率，同时还能够提高下一级反应器的空速，降低能耗。

Description

一种提高加氢反应体系氢分压的方法及其设计方法和用途

技术领域

本发明涉及一种提高氢分压的方法，具体涉及一种提高加氢反应体系氢分压的方法及其设计方法和用途，属于石油化工和煤化工领域。

背景技术

近年来，随着原油开采量的不断增加和常规原油储量的不断减少，原油劣质化趋势越来越严重，原油直接蒸馏得到的中间馏分油及焦化、催化裂化等二次加工得到的中间馏分中的S、N含量也相应增加。与此同时，市场对轻质油需求的不断增加以及人们环保意识的不断增强，环保法律法规对发动机尾气排放要求更加严格，各种燃油标准要求S、N的含量也更加苛刻。如何将硫、氮等杂质含量较高的中间馏分加工成满足环保要求的产品是各炼厂所面临的重要问题。当前，重油加氢、煤直接液化技术和油煤共炼技术越来越受到重视，这些技术的核心都是加氢工艺。

为提高原料转化率和轻油收率，需要加深反应深度。在反应温度、反应压力和催化剂种类及添加量确定的情况下，氢分压成为影响反应深度关键因素。提高氢分压最广泛的做法是向各级反应器补充氢气，以提高氢气在气相组分中的比例。但是对于设置多级反应器的加氢工艺，在上一级反应器内生成的其它气体占据了气相分压，不利于加氢反应向正方向进行，限制了加氢反应深度。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种提高加氢反应体系氢分压的方法，能够将上一级反应产物中的非氢气组分及时分离出去，以保证下一级反应器中的氢分压保持在较高水平。本发明还提出了其设计方法和用途。

本发明的技术方案：

一种提高加氢反应体系氢分压的方法，加氢反应体系内包括至少包括两个反应器，其特征在于上一级反应器的出料首先进入提高氢分压的分离系统进行分离，然后将非氢气组分分离排出，氢气组分和液固相分别进入下一级反应器。

优选的所述分离系统包括分离器和气相分离装置，所述分离器的进料为所述上一级反应器的出料，所述分离器的出料为气相和液固相，所述气相分离装置的进料为分离器的气相出料，出料为氢气组分和非氢气组分。

优选的所述非氢气组分送入加氢体系的分离系统。

优选的所述气相分离装置主要由氢气分离膜组成。

优选的所述分离系统的数量为：1≤所述分离系统的数量≤反应器数量-1。

优选的所述上一级反应器的出料在所述分离器内的停留时间为0.5-59分钟，操作温度为350-480℃，操作压力不低于所述下一级反应器的操作压力。

优选的所述分离器上具有冷氢和/或冷油的管道入口。

优选的所述分离器的下端为液固相出口，出口为锥形结构。

前述方法用于重油加氢工艺或油煤加氢浆态床加氢工艺，所述重油加氢工艺指以渣油、催化油浆、脱油沥青、煤焦油的一种或者多种组合为原料进行加工；所述油煤浆态床加氢工艺指以原油、渣油、催化油浆、脱油沥青和煤焦油中的一种或者多种组合与褐煤、烟煤中的一种或者多种组合为原料进行加工，油与煤的质量比比例范围为30-97:70-3。

前述一种提高加氢反应体系氢分压的设计方法，加氢反应体系内包括至少包括两个反应器，其特征在于设计上一级反应器的出料首先进入提高氢分压的分离系统进行分离，然后将非氢气组分分离排出，氢气组分和液固相进入下一级反应器。

本发明的技术效果：

本发明的一种提高加氢系统氢分压的方法通过在反应器之间设置提高氢分压的分离系统，有效地将上一级反应器的出口物料进行分离，液固相进入下一级反应器，气相再次分离使气相中的氢气浓度提升后进入下一级反应器。采用该方法可使下一级反应器的氢分压提高，有效加深反应深度，提高原料转化率和轻油收率，同时还能够提高下一级反应器的空速，降低能耗。

提高氢分压的分离系统首先通过分离器将上一级反应器的出口物料进行气/液固分离，然后通过气相分离装置对气相再次进行分离使气相中的氢气浓度提升。

非氢气组分进入加氢体系的分离系统进一步分离成油相、气相和水相。

氢气分离膜能够将氢气组分有效分离出来，分离后纯度可达90vol％以上。

在反应器之间设置的用于提高氢气分压的分离系统的数量可根据反应器数量和下一级反应器的氢分压的要求设置。

为使分离器操作温度稳定，采用打冷氢和/或冷油的方式控制温度。

分离器下端的出口设为锥形结构，防止堵塞。

本方法能够有效提高下一级反应器内的氢分压，这在重油浆态床加氢和油煤浆态床加氢工艺中尤为重要。对于第一级加氢反应，可以通过补充氢气来维持足够的氢分压，随着气相产物的生成，在后级反应器中的氢分压被“稀释”，通过补充氢气的方法提高氢分压无法奏效，还会造成氢损失。本发明将上一级反应器出料中的非氢气组分及时分离出去，使下一级反应体系的氢分压维持在较高水平，从而提高氢气的利用效率，加深重油浆态床加氢和油煤浆态床加氢工艺中的加氢反应深度。同时，将上一级反应生成的轻组分分离出去，还避免了其在下一级反应器内裂解成气体，以提高轻油收率。

附图说明

图1为本发明实施例1的反应器简图；

图2为本发明实施例2的反应器简图。

附图标号：1-一级反应器；2-二级反应器；3-一级分离器；4-气相分离装置；5-一级反应生成物；6-一级分离器气相；7-一级分离器液固相；8-氢气组分；9-非氢气组分；10-二级反应生成物；11-三级反应器；12-二级分离器；13-二级分离器液固相；14-二级分离器气相；15-氢气组分；16-三级反应生成物。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的内容，将结合附图通过具体实施例详细说明如下。

实施例1

本实施例为油煤共炼浆态床加氢工艺。如图1所示，油煤混炼浆态床加氢系统包括两级反应器，即一级反应器1和二级反应器2，以及在一级反应器1和二级反应器2之间设置的提高氢分压的分离系统，由一级分离器3和气相分离装置4两部分组成，其中一级分离器3下端可为锥形结构，便于分离产物中的液固相顺畅流出。

本工艺流程如下：油煤混合物在一级反应器1反应后得到的一级反应生成物5进入一级分离器3进行分离，停留时间为10分钟，操作温度和操作压力均与一级反应器1一致，分别为450℃和19MPa。一级分离器3分离得到的一级分离器液固相7从下端流出送至二级反应器2，进一步进行加氢裂化；一级分离器气相6从上端流出至气相分离装置4，在氢气分离膜的作用下将氢气组分8与非氢气组分9分离开来，其中非氢气组分9送至分离系统进一步分离成油相、气相和水，氢气组分8送至二级反应器2，参与加氢反应。最终得到的二级反应生成物10，进入分离系统进一步分离得到不同馏分轻油，计算收率，并测定每个反应器内的氢分压，具体数据见表1。

作为对比，采用与上述流程中相同的条件的两级反应器，但反应器之间不设置提高氢分压的分离系统，同样测定轻油收率和氢分压，具体数据见表1。

表1.油煤共炼加氢系统的数据对比

从表1可以看出，相对于未采用提高氢分压的分离系统的油煤共炼加氢系统，采用提高氢分压的分离系统的油煤共炼加氢系统中，二级反应器的氢分压提高了1.4MPa，煤粉转化率提高2.6％，小于等于370℃馏分油收率提高3.3％，加氢反应深度得到极大提高。

实施例2

本实施例为减压渣油浆态床反应工艺。如图2所示，减压渣油浆态床加氢系统包括3级反应器，即一级反应器1、二级反应器2和三级反应器11，以及设置在反应器之间的两套提高氢分压的分离系统：设置在一级反应器1和二级反应器2之间的一级分离器3和气相分离装置4、设置在二级反应器2和三级反应器11之间的二级分离器12和气相分离装置4。为了节省装置，两套分离系统共用一个气相分离装置4，当然也可以分别采用不同的气相分离装置。另外，一级分离器3和二级分离器12的下端为锥形结构，便于分离产物中的液固相顺畅流出。

本实施例的工艺流程如下：渣油混合物在一级反应器1反应后得到的一级反应生成物5进入一级分离器3内进行气固液分离，停留时间为8分钟，操作温度和操作压力均与一级反应器1一致，分别为430℃和17MPa。一级分离器3分离得到一级分离器液固相7和一级分离器气相6，一级分离器气相6从上端流出送至气相分离装置4，在氢气分离膜的作用下将氢气组分与非氢气组分9分离开来，其中非氢气组分9送至分离系统进一步分离成油相、气相和水；由气相分离装置4得到的一部分氢气组分8和一级分离器3下端流出的一级分离器液固相7一起送至二级反应器2，进一步进行加氢裂化。二级反应器2的二级反应产物10进入二级分离器12内分离停留时间为8分钟，操作温度和操作压力均与二级反应器2一致，分别为430℃和17Mpa。二级分离器12分离得到二级分离器液固相13和二级分离器气相14，其中二级分离器气相14从上端流出送至气相分离装置4进一步分离，由气相分离装置4得到的一部分氢气组分15的和二级分离器液固相13一起送至三级反应器11，进一步进行加氢裂化，得到的三级反应器生成物16进入分离系统进一步分离得到不同馏分轻油，计算收率，具体数据见表2。

作为对比，采用与上述流程中相同的条件的两级反应器，但反应器之间不设置提高氢分压的分离系统，同样测定轻油收率和氢分压，具体数据见表2。

表2.加氢系统的数据对比

从表2可以看出，相对于未采用提高氢分压的分离系统的油煤共炼加氢系统，采用提高氢分压的分离系统的油煤共炼加氢系统中，二级反应器和三级反应器的氢分压分别提高了0.8MPa和1.6MPa，减压渣油转化率提高8.8％，小于等于370℃馏分油收率提高7.4％，加氢反应深度得到极大提高。

综上所述，本发明的一种提高加氢反应体系氢分压的方法操作简便、实用，能够有效地提高反应器内的氢分压，加深反应深度，提高油煤转化率和轻油收率。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的反应器和分离器数量的变化或分离系统的替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种提高加氢反应体系氢分压的方法，加氢反应体系内包括至少包括两个反应器，其特征在于上一级反应器的出料首先进入提高氢分压的分离系统进行分离，然后将非氢气组分分离排出，氢气组分和液固相分别进入下一级反应器。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述分离系统包括分离器和气相分离装置，所述分离器的进料为所述上一级反应器的出料，所述分离器的出料为气相和液固相，所述气相分离装置的进料为分离器的气相出料，出料为氢气组分和非氢气组分。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于所述非氢气组分送入加氢体系的分离系统。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于所述气相分离装置主要由氢气分离膜组成。

5.根据权利要求1-4任一所述方法，其特征在于所述分离系统的数量为：1≤所述分离系统的数量≤反应器数量-1。

6.根据权利要求1-4任一所述方法，其特征在于所述上一级反应器的出料在所述分离器内的停留时间为0.5-59分钟，操作温度为350-480℃，操作压力不低于所述下一级反应器的操作压力。

7.根据权利要求1-4任一所述方法，其特征在于所述分离器上具有冷氢和/或冷油的管道入口。

8.根据权利要求1-4任一所述方法，其特征在于所述分离器的下端为液固相出口，出口为锥形结构。

9.权利要求1-8任一所述方法的用途，其特征在于用于重油加氢工艺或油煤加氢浆态床加氢工艺，所述重油加氢工艺指以渣油、催化油浆、脱油沥青、煤焦油的一种或者多种组合为原料进行加工；所述油煤浆态床加氢工艺指以原油、渣油、催化油浆、脱油沥青和煤焦油中的一种或者多种组合与褐煤、烟煤中的一种或者多种组合为原料进行加工，油与煤的重量比比例范围为30-97:70-3。

10.一种提高加氢反应体系氢分压的设计方法，加氢反应体系内包括至少包括两个反应器，其特征在于设计上一级反应器的出料首先进入提高氢分压的分离系统进行分离，然后得到非氢气组分分离排出，氢气组分和液固相进入下一级反应器。