CN108014722B - 一种加氢反应器 - Google Patents

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Abstract

一种加氢反应器，所述反应器包括筒体、上封头、下封头、内筒、氢气分布盘和出口收集器，所述内筒为等径圆柱筒，与反应器的筒体同轴，所述内筒的内径与筒体的内径之比为0.90～0.97:1，在上封头顶部的中间位置设置一个氢气入口，在氢气入口下方设置氢气分布盘，在下封头底部的中间位置设置一个生成油出口，在生成油出口位置上方设置出口收集器。本发明的加氢反应器的操作弹性好，可以更好使氢气和原料油接触，增大了原料油流动截面积，减缓压降，有效延长装置运转周期。

Description

一种加氢反应器
技术领域
本发明涉及一种加氢反应器，具体地说是一种径流式套管加氢反应器。
背景技术
加氢处理是指在氢压和催化剂存在下，使油品中的硫、氧、氮等有害杂质转变为相应的硫化氢、水、氨而除去，并使烯烃和二烯烃加氢饱和、芳烃部分加氢饱和，以改善油品的质量或者为其他装置提供优质原料。目前加氢处理反应器主要有固定床、移动床、沸腾床、悬浮床等。其中固定床加氢技术以反应过程操作简单平稳为主要技术优势获得迅速发展，成为加氢处理最稳定成熟的主流技术。
目前固定床加氢技术主要采用直立筒式反应器。雪佛龙、壳牌以及国内中国石化石油化工科学研究院、中国石化抚顺石油化工研究院系列加氢技术中，典型的反应器均为直立筒式反应器。
直立筒式反应器采用氢气和原料油混合进料，有上流式和下流式两种进料方式。在进口处，反应物料横截面积突然增大，为避免进入的物料对床层造成冲击和产生偏流，在进料口处设置分配器和分布板，最大限度保证物料均匀进入催化剂床层。
加氢处理中催化剂会积炭或金属沉积，覆盖催化剂上的活性中心，从而影响催化剂寿命；催化剂结焦会导致床层压降，影响运转周期。同时反应过程中，温升的升高限制整个工艺的设计参数，增加现场操作的难度。
径流式渣油加氢处理方法能部分解决上述问题。CN103805234A公开了一种径流式渣油加氢处理反应器，该反应器主要由壳体、中轴进油管、底部氢气分布盘等构件组成，使渣油加氢反应过程中，原料油在催化剂床层主要沿反应器直径方向流散、反应补充氢由下向上流动。但该反应器主要依靠中轴管进油，原料油流量难以保障，且易堵塞引起压降上升，缩短装置运转周期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何减缓现有技术中径流式渣油加氢反应器中压降上升的速度，有效延长装置运转周期问题。
本发明所提供的加氢反应器，包括筒体、上封头、下封头、内筒、氢气分布盘和出口收集器，所述内筒为等径圆柱筒，与反应器的筒体同轴，所述内筒的内径与筒体的内径之比为0.90～0.97:1，在上封头顶部的中间位置设置一个氢气入口，在氢气入口下方设置氢气分布盘，在下封头底部的中间位置设置一个生成油出口，在生成油出口位置上方设置出口收集器，在反应器下部设置原料油入口，所述在原料油入口的位置高于生成油出口，所述内筒具有径向均匀分布的开孔，开孔率为10％～80％。
本发明反应器所述的筒体为等径圆柱体，上封头和下封头为半球形或半椭圆形，并与筒体封闭。
本发明反应器内设置内筒，所述内筒为等径圆柱筒，与反应器筒体同轴，所述内筒上部与氢气分布盘相连，内筒底端与下封头相连，氢气分布盘在内筒内部。
优选所述内筒的内径与反应器筒体的内径之比为0.95～0.97:1。
不同于直立筒式反应器的氢气和原料油的混合进料，本发明的反应器是氢气和原料油分别进料。本发明反应器在上封头顶部的中间位置设置一个氢气入口，在下封头底部的中间位置设置一个生成油出口，氢气和原料油成垂直接触反应，增大了接触面积，提高了反应效率。
在反应器下部设置原料油入口，所述在原料油入口的位置高于生成油出口，在内筒外侧和反应器筒体内侧之间形成了原料油进料区域，本发明反应器设置了较大的原料油进料区域，有效缓冲了进料的冲击。此外，本发明的反应器可以通过调节原料油量和氢气流量来控制原料油进料区域的液面高度，在装置运行初期，原料油进料区域的液面高度能保持在较低的位置，当装置运行后期时，下层催化剂失活后，逐渐提高原料油进料区域的液面高度，维持了整个催化剂床层活性，从而有效延长了整个装置运转周期。
本发明所述的反应器，在氢气入口下方设置氢气分布盘，在生成油出口位置上方设置出口收集器，在氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域为反应器反应区域，在这个区域氢气与原料油接触反应。在反应器反应区域内装填加氢催化剂。所述加氢催化剂可以选自本领域常规的商业催化剂或采用现有技术的常规方法制备。优选所述的加氢催化剂为负载型加氢催化剂，载体选自氧化铝、氧化硅或氧化钛中的至少一种或几种。所述载体中可以加入硼、锗、锆、磷、氯或氟等元素进行改性。所述活性金属组分为选自第VIB族的非贵金属和/或第VIII族的非贵金属，优选所述活性金属组分为镍-钨、镍-钨-钴、镍-钼或钴-钼的组合。本领域技术人员可以根据需要选择不同的活性组分和含量。在本发明一种优选的实施方式中，所述的加氢催化剂采取密相装填，以提高加氢催化剂装填量。
所述内筒上在高于原料油入口以上和低于氢气分布盘以下的位置开孔，内筒开孔部分高度占内筒总高度的0.50～0.90。
本发明所述的反应器，开孔率在10％～80％之间，优选50％～70％，优选所述内筒具有轴向不均匀分布的开孔，开孔率由下向上逐级增加，每增加10％的内筒高度，单位高度上内筒开孔率增加10％～100％。
本发明中，所述的内筒上开孔的形状为圆形、方形、三角形、多边形、竖直条形、水平条形、倾斜条形或十字花形，上述开孔形状的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。在保证催化剂不能进入内筒外侧区域的情况下，开孔大小采用较大尺寸。
本发明所述的反应器，其内筒具有较大的表面积，有很宽范围的开孔率，可以维持反应器的材质稳定性，并保证灵活的操作弹性。
本发明所述反应器的高径比为1～30。本发明反应器具有较大的取值范围，从而有更高的操作弹性，即氢油体积比可以在较大范围内进行调整。本发明优选的反应器高径比为20～30，优选的较大的高径比可以有效减少压差的产生，从而提高运转周期。
本发明所述的反应器，在所述氢气分布盘和催化剂床层顶部之间设置氢气汇集区，所述氢气汇集区的体积不大于反应器反应区域总体积的5％，所述的反应器反应区域是指氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域。
所述的氢气分布盘采用泡罩和/或槽盘形式，氢气分布盘上开孔率为10％～70％。在保证氢气分布盘的稳固性前提下，优选采用较高的开孔面积，为整个反应器提供较大的操作弹性。
所述的在氢气分布盘下方设置拦截网，网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。氢气分布盘对氢气进料进行均匀分配。氢气分布盘下方设置拦截网，隔离杂质和催化剂进入氢气分布盘，堵塞氢气孔道。
在本发明中，所述催化剂颗粒粒径是指颗粒横截面上的两个不同点之间的最大直线距离，当加氢催化剂颗粒为球形时，则所述颗粒尺寸是指该颗粒的直径。
本发明所述的反应器，在所述出口收集器和生成油出口之间设置生成油汇集区，所述生成油汇集区的体积不大于反应器反应区域总体积的5％，所述的反应器反应区域是指氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域。所述的出口收集器包括支撑架和过滤网，过滤网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。反应生成油和气体通过出口收集器汇集到生成油汇集区。
本发明的反应器，在加氢反应过程中，原料油径向流动到反应器中心，反应氢气由上向下流动，一方面可以使氢气和原料油更好地接触，另一方面，原料油物流从四周向中央流动，固体和金属沉积物从四周向中央，从下向上增长，原料油物流稳定，径向和轴向的沉积物会分布均匀，减少局部结盖可能。
本发明的反应器增大了原料油流动截面积，减缓压降，有效延长装置运转周期。此外，本发明的反应器具有更好的操作弹性。
附图说明
图1为本发明反应器的轴向剖面
图2为本发明的反应器的实施方式示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的反应器进行进一步说明，但并不因此而限制本发明。
如图1所示，所述反应器包括筒体1、上封头10、下封头11、内筒2、氢气分布盘3和出口收集器5，在上封头顶部的中间位置设置一个氢气入口8，在氢气入口8下方设置氢气分布盘3，在下封头底部的中间位置设置一个生成油出口6，在生成油出口6位置上方设置出口收集器5，在反应器下部设置原料油入口4，所述在原料油入口4的位置高于生成油出口6。
所述内筒2为等径圆柱筒，与反应器筒体1同轴，所述内筒的内径与反应器筒体的内径之比为0.90～0.97:1，优选的内径之比为0.95～0.97:1。所述内筒2具有径向均匀分布的开孔9。优选所述的内筒上开孔的形状为圆形、方形、三角形、多边形、竖直条形、水平条形、倾斜条形或十字花形，上述开孔形状的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。
在内筒2外侧和反应器筒体1内侧之间形成了原料油进料区域A。在氢气分布盘3下方和出口收集器5上方之间的反应器内筒内部区域为反应器反应区域B。在氢气分布盘3和催化剂床层顶部之间设置氢气汇集区，在氢气分布盘3下方设置拦截网7，网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍，优选为0.50～0.70倍。在出口收集器5和生成油出口6之间设置生成油汇集区C，反应生成油和气体通过出口收集器汇集到生成油汇集区C。
下面结合图2进一步说明本发明加氢反应器的实施方式示意原理，但不构成本发明的任何具体性限制。
图2中，其中α为油路走向，β为气路走向，原料油从原料油入口4进入反应器，在内筒2外侧和反应器筒体1内侧之间形成了原料油进料区域，原料油从内筒2的开孔由反应器四周向中间内筒2流动，氢气从氢气入口8进入反应器，经过氢气分布盘3的氢气在内筒2中均匀向下流动，与原料油成一定角度接触，在催化剂的作用下进行反应，得到生成油通过出口收集器5，汇集到生成油汇集区，再通过生成油出口6排出。
本发明提供的反应器，可以有效提高氢气和原料油的接触方式，降低压降和温升，提供灵活的操作弹性，提高了加氢装置的运转周期。
以下将通过实施例和对比例对本发明进行详细描述。但并不因此而限制本发明。
实施例
采用本发明提供的反应器，所述内筒为等径圆柱筒，与反应器筒体同轴，所述内筒的内径与反应器筒体的内径之比为0.95。所述内筒上具有径向均匀分布的开孔。内筒上开孔的形状为圆形，开孔的最大直径为催化剂颗粒粒径的0.7倍。所述内筒具有径向均匀分布的开孔，开孔率为60％。
加氢催化剂在内筒内部径向分层密相装填，由内筒内壁向轴中心依次装填加氢保护剂、加氢脱金属剂和加氢脱硫剂。加氢保护剂的商品牌号为RG-20B，加氢脱金属催化剂的商品牌号为RDM-32，加氢脱硫催化剂的商品牌号为RMS-30，加氢保护剂、加氢脱金属催化剂、加氢脱硫催化剂的体积比例为5:45:50。
A方案和B方案的反应器的内筒总开孔率均为60％，内筒下部不开孔，从内筒总高度以上的20％处开始开孔。A方案反应器开孔率由下向上逐渐增加，最下端单位高度上对应的内筒开孔率为50％，最高端单位高度上对应的内筒开孔率为70％。B方案反应器的开孔率在单位高度的内筒上保持不变，均为60％。
表1为运行1000h后数据。
表1反应条件和原料产品性质
Figure BDA0001145799750000061
从表1中看出，A方案的产品S、N、残炭含量都低于B方案的产品S、N、残炭含量。同时运行1000小时后，A方案的反应器压降为0.1MPa，而B方案的反应器压降为0.2MPa，比A方案的反应器压降高了一倍。
从上述实施例可以看出，本发明的加氢反应器可以有效改善油气接触方式，提高加氢效果，同时缓解反应器压降增高，本发明有效提高了整个加氢系统的运转周期。

Claims (16)

1.一种加氢反应器，其特征在于，所述反应器包括筒体、上封头、下封头、内筒、氢气分布盘和出口收集器，所述内筒为等径圆柱筒，与反应器的筒体同轴，所述内筒的内径与筒体的内径之比为0.90～0.97:1，在上封头顶部的中间位置设置一个氢气入口，在氢气入口下方设置氢气分布盘，在下封头底部的中间位置设置一个生成油出口，在生成油出口位置上方设置出口收集器，在反应器下部设置原料油入口，所述原料油入口的位置高于生成油出口，所述内筒具有径向均匀分布的开孔，开孔率为10％～80％。
2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述内筒的内径与反应器的筒体的内径之比为0.95～0.97:1。
3.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述内筒上部与氢气分布盘相连，内筒底端与下封头相连，氢气分布盘在内筒内部。
4.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述内筒上在高于原料油入口以上和低于氢气分布盘以下的位置开孔，内筒开孔部分高度占内筒总高度的0.50～0.90。
5.按照权利要求4所述的反应器，其特征在于，开孔率为50％～70％。
6.按照权利要求1、4或5所述的反应器，其特征在于，所述内筒具有轴向不均匀分布的开孔，开孔率由下向上逐级增加，每增加10％的内筒高度，单位高度上内筒开孔率增加10％～100％。
7.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的内筒上开孔的形状为圆形或多边形，上述开孔形状的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍。
8.按照权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述的内筒上开孔的形状为圆形、方形、三角形、竖直条形、水平条形、倾斜条形或十字花形，上述开孔形状的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.50～0.70倍。
9.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器的高径比为1～30。
10.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，在所述氢气分布盘和催化剂床层顶部之间设置氢气汇集区，所述氢气汇集区的体积不大于反应器反应区域总体积的5％，所述的反应器反应区域是指氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域。
11.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的氢气分布盘采用泡罩和/或槽盘形式，氢气分布盘上开孔率为10％～70％。
12.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，氢气分布盘下方设置拦截网，网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍。
13.按照权利要求12所述的反应器，其特征在于，网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.50～0.70倍。
14.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，在所述出口收集器和生成油出口之间设置生成油汇集区，所述生成油汇集区的体积不大于反应器反应区域总体积的5％，所述的反应器反应区域是指氢气分布盘下方和出口收集器上方之间的反应器内筒内部区域。
15.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的出口收集器包括支撑架和过滤网，过滤网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.10～0.90倍。
16.按照权利要求15所述的反应器，其特征在于，过滤网孔的最大宽度为催化剂颗粒粒径的0.50～0.70倍。
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