CN110339786A - 一种强化加氢传质的浆态床液体进料方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种强化加氢传质的浆态床液体进料方法和装置，液体进入反应器后，首先进入一系列并联的涡流构件，进料涡流构件的液体出口形成旋转喷射形态，旋转喷射形态的液体具有一定的动能耗散率，将气体分布盘设置在旋转喷射区域，利用旋转喷射动能耗散将气泡破碎和均布。该方法针对传统鼓泡无法进一步提升传质，利用液体进料涡流速度破碎气泡，降低反应器内气泡尺寸，增加了气液接触面积，强化了各相之间的传质；提高了温度均布性，促进渣油加氢转化率，提高氢气利用率，降低氢油比，抑制结焦，延长渣油加氢连续运转周期。

Description

一种强化加氢传质的浆态床液体进料方法和装置
技术领域
本发明涉及一种强化加氢传质的浆态床液体进料方法和装置，具体地说，利用液体进料剪切作用提高氢气传质效率，进而提高加氢转化率的方法和装置，适用于石油炼制浆态床加氢过程。
背景技术
目前原油重质化、高酸化、高硫化趋势加剧，随着环保法规的日益严格和石油轻质化的需求提升，渣油加氢是处理高含盐、高金属渣油的一种经济有效方法，其中浆态床渣油加氢存在催化剂分散性高、反应器简单等特征，可以加工世界上几乎所有渣油。
但是浆态床反应器存在气液分布不均匀导致局部结焦、气液传质较低导致转化率低的问题，严重阻碍了浆态床加氢技术的应用步伐。
气体分布器通过降低气泡尺寸，可以实现气体进料在床层中均匀分布和提高浆态床含气率率，进而强化浆态床的传质速率，提升液体的单程转换率，已经成为共识。目前浆态床气体分布器主要以泡罩和鼓泡盘为主，如专利CN109317058A，设计了一种新型浆态床反应器气体分布的喷嘴，专利CN104209069A，开发了浆态床反应器气体分布结构，这些气体分布构件主要利用气体穿过开孔空隙进而降低所发生气泡的直径，并将气泡分散在反应器横截面，由于渣油易结焦特性，气体分布构件的开孔尺寸不宜过低。气体通过孔道所形成的气泡尺寸较大，没有进一步降低气泡尺寸的改进余地。
发明内容
鉴于以上浆态床传质难题及相关理论，本发明提供了一种利用液体进料剪切作用提高氢气传质效率，进而提高加氢转化率的方法和装置。浆态床液体进料具有一定的流体速度，液体进入反应器后，通过定向调节在反应器内部的速度梯度，进而形成剪切作用，有助于气泡浓度均布和气泡直径控制。湍动能是通过涡的串级能量被传递至小涡，发生能量耗散，能量转化为气泡破碎所需的能量。
本发明的具体技术方案是：
一种强化加氢传质的浆态床液体进料方法，液体进入反应器后，首先进入一系列并联的涡流构件，进料涡流构件的液体出口形成旋转喷射形态，旋转喷射形态的液体具有一定的动能耗散率，将气体分布盘设置在旋转喷射区域，利用旋转喷射动能耗散将气泡破碎和均布。
渣油从浆态床底部入口进入反应器内部，然后进入在反应器截面等间隔分布的涡流构件；
每个涡流构件导流口处的液体速度为3.5-13m/s，单个涡流构件的液体流量为0.6～2.6方每小时；
进入涡流构件的渣油从释放口旋转喷射，释放口平均速度为5-10m/s，喷出形态为实心伞状；
经气体分布盘形成的气泡经过旋转喷射区域，产生10～10000微米直径的微细气泡群，尺寸分布呈现准正态分布；
微细气泡群随着液相的流动上升，并在反应器横截面上实现再次分布；
在一种实施方式中，绝大部分涡流构件的安装高度相同，另外保留1～15个涡流构件的低位安装，实现反应器停工彻底退料；
在一种实施方式中，涡流构件的旋转喷射区域高于气体分布盘，或不低于气体分布盘300mm；
本发明还提出一种强化加氢传质的浆态床液体进料装置，所述装置从下往上依次设置有液体进料腔5、涡流构件4、涡流构件支撑部件3、气体分布盘1和反应器腔体7；
涡流构件安装有隔板，隔板将反应器分为液体进料腔和反应器腔体，隔板位于气体分布盘的下方；
浆态床底部液相进料入口6设在装置底部；所述气体分布盘1与氢气入口2连通；
所述涡流构件包括导流口和释放口，所述涡流构件导流口4-2设置在涡流构件4底部，所述涡流构件释放口4-1设置在涡流构件4顶部；液体首先进入导流口形成旋转流场，然后进入释放口；导流口型式可以为切向进料口、螺旋叶片等型式。
另一种实施方式中，涡流构件安装有液体进料分布管，液体进料分布管液体进料分布管可以高于气体分布盘，或不低于气体分布盘500mm；所述涡流支撑部件为隔板或者液体进料分布管，均匀开孔，开孔处安装涡流构件。
所述气体分布盘可以为开孔鼓泡管、筛孔盘、泡罩多种形式，所产生的气泡直径在5～25mm范围内。
该方法针对传统鼓泡无法进一步提升传质，利用液体进料涡流速度破碎气泡，降低反应器内气泡尺寸，增加了气液接触面积，强化了各相之间的传质；另外提高了温度均布性，促进加氢转化率，抑制结焦。
本发明好还提供一种强化加氢传质的浆态床液体进料装置，所述装置包含涡流构件、气体分布盘和涡流构件支撑部件。
所述涡流支撑部件可以为隔板或者液体进料分布管，均匀开孔，开孔处安装涡流构件。
所述涡流构件包括导流口和释放口，液体首先进入导流口形成旋转流场，然后进入释放口。导流口型式可以为切向进料口、螺旋叶片等型式。
所述涡流构件的释放口当量直径为导流口当量直径的0.5～2.5倍。
所述涡流构件释放口和导流口当量直径不低于6mm；
所述涡流构件、气体分布盘和涡流构件支撑部件的材料具有耐600摄氏度、耐腐蚀、耐磨损的性能。
本发明的有益效果在于：
(1)混有催化剂的渣油和氢气在反应器中进行充分混合，氢气以微细气泡形式存在于渣油中，提高了浆态床渣油加氢中的含气率，促进了加氢反应的进行。
(2)浆态床温度分布更加均匀，抑制了局部结焦现象，延长渣油加氢连续运转周期。
(3)所述核心部件为涡流构件，结构简单，流道尺寸较大，没有显著的能耗增加。
附图说明
图1是强化加氢传质的浆态床液体进料装置示意图。
图2是涡流构件示意图。
图3是涡流构件和气体分布盘安装方位示意图。
符号说明：
1-气体分布盘；2-氢气入口；3-涡流构件支撑部件；4-涡流构件；5-液体进料腔；6-浆态床底部液相进料入口；7-反应器腔体；4-1涡流构件释放口；4-2涡流构件导流口。
具体实施方式
下面，通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
气体分布器通过降低气泡尺寸，可以实现气体进料在床层中均匀分布和提高浆态床含气率率，进而强化浆态床的传质速率，提升液体的单程转换率，已经成为共识。目前气体分布器主要利用气体穿过开孔空隙进而降低所发生气泡的直径，并将气泡分散在反应器横截面，由于渣油易结焦特性，气体分布构件的开孔尺寸不宜过低。气体通过孔道所形成的气泡尺寸较大，没有进一步降低气泡尺寸的改进余地。
某石化厂浆态床渣油加氢工艺，使用传统泡罩鼓泡反应器内构件，氢油体积比为4:1，渣油转化率为60％，渣油原料性质及反应器操作条件如下表所示：
表1渣油原料性质
密度(20℃)，kg.m<sup>-3</sup> 1025.6
残碳值，wt％ 18.9
S,wt％ 2.8
N,wt％ 0.38
金属元素，ug/g
Fe 2.9
Ni 38.7
V 286.4
胶质,wt％ 25.7
沥青质，wt％ 13.8
表2操作条件
利用液体进料剪切作用降低气泡尺寸，氢气以微气泡形式存在于渣油中，提高了浆态床渣油加氢中的气含率，气泡数量多，气泡平均尺寸较小，微气泡的上升速度较小，停留时间长，并且增加了气液接触面积，强化了浆态床各相之间的传质，使得渣油加氢的转换率提高，并且提高了浆态床渣油加氢时氢气的利用率，降低了氢油比。基于以上原理，本发明得以完成。从而提高氢气传质和转化率，
实施例1采用隔板作为涡流构件支撑部件，涡流构件的释放口略高于气体分布盘，如图1所示，该浆态床反应器内构件主要包括气体分布盘1，涡流构件支撑部件3，涡流构件4。如图2所述，所述涡流构件包括导流口和释放口，所述涡流构件导流口4-2设置在涡流构件4底部，所述涡流构件释放口4-1设置在涡流构件4顶部。
涡流构件导流口型式可以为切向进料口，导流口处的液体速度为7m/s，单个涡流构件的液体流量为2.0方每小时，释放口平均速度为5-10m/s，涡流构件最小通道直径为8mm，保留3个涡流构件的低位安装，实现反应器停工彻底退料；
气体分布盘可以为开孔鼓泡管，
在反应器腔体内形成100～9000微米直径的微细气泡群；
图3是涡流构件和气体分布盘安装方位示意图。液体进入反应器后，首先进入一系列并联的涡流构件，进料涡流构件的液体出口形成旋转喷射形态，旋转喷射形态的液体具有一定的动能耗散率，将气体分布盘设置在旋转喷射区域，利用旋转喷射动能耗散将气泡破碎和均布。
当采用该方法及装置对浆态床进行渣油加氢时，氢油体积比由原来的4:1降为3:1，渣油转化率由原来的60％提升为70％。
本发明的主要优点在于：
本发明在传统注气鼓泡的基础上，将混有催化剂的渣油和氢气通过液体涡流剪切作用进行充分混合，氢气以微细气泡形式存在于渣油中，提高了浆态床渣油加氢反应器中的含气率，提高渣油加氢的转化率，提高了浆态床渣油加氢氢气的利用率，降低了氢油比，节省操作成本。

Claims (10)

1.一种强化加氢传质的浆态床液体进料方法，液体进入反应器后，首先进入一系列并联的涡流构件，进料涡流构件的液体出口形成旋转喷射形态，旋转喷射形态的液体具有一定的动能耗散率，将气体分布盘设置在旋转喷射区域，利用旋转喷射动能耗散将气泡破碎和均布。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，每个涡流构件导流口处的液体速度为3.5-13m/s，单个涡流构件的液体流量为0.6～2.6方每小时。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，进入涡流构件的渣油从释放口旋转喷射，释放口平均速度为5-10m/s，喷出形态为实心伞状。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，经气体分布盘形成的气泡经过旋转喷射区域，产生10～10000微米直径的微细气泡群，尺寸分布呈现准正态分布。
5.如权利要求4所述方法，其特征在于，微细气泡群随着液相的流动上升，并在反应器横截面上实现再次分布。
6.一种强化加氢传质的浆态床液体进料装置，其特征在于，所述装置从下往上依次设置有液体进料腔、涡流构件、涡流构件支撑部件、气体分布盘和反应器腔体；
涡流构件安装有隔板，隔板将反应器分为液体进料腔和反应器腔体，隔板位于气体分布盘的下方；
浆态床底部液相进料入口设在装置底部；所述气体分布盘与氢气入口连通；
所述涡流构件包括导流口和释放口，所述涡流构件导流口设置在涡流构件底部，所述涡流构件释放口设置在涡流构件顶部；渣油从浆态床底部入口进入反应器内部，液体进入导流口形成旋转流场，然后进入在反应器截面等间隔分布的涡流构件，进入释放口；
进入反应器的液体预混部分气体，隔板下方的气液形态属于气液混合状态或者气液分层状态，隔板下方气液进料形态不影响涡流构件的旋转喷射速度和形态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，涡流构件安装有液体进料分布管，液体进料分布管液体进料分布管可以高于气体分布盘，或不低于气体分布盘500mm；所述涡流支撑部件为隔板或者液体进料分布管，均匀开孔，开孔处安装涡流构件。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气体分布盘为开孔鼓泡管、筛孔盘或泡罩形式，所产生的气泡直径在5～25mm范围内。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述涡流构件的释放口当量直径为导流口当量直径的0.5～2.5倍；所述涡流构件释放口和导流口当量直径不低于6mm。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，涡流构件的旋转喷射区域高于气体分布盘，或不低于气体分布盘300mm。
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Patentee after: EAST CHINA University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

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