CN110624480B - 固定床反应器及不饱和轻烃加氢方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定床反应器及一种不饱和轻烃加氢方法。本发明提供的固定床反应器包括反应器筒体，催化剂支撑结构，其设置在所述反应器筒体内，换热管，所述换热管具有第一管口和第二管口，所述第一管口设置在所述反应器筒体上或者所述反应器筒体之外并且低于所述催化剂支撑结构，以及所述第二管口设置在所述反应器筒体内部并且高于所述催化剂支撑结构；物料入口，其设置在所述反应器筒体顶部，产物出口，其设置在所述反应器筒体底部。使用本发明固定床反应器进行的不饱和轻烃加氢方法具有反应系统内部循环物流少，又能有效控制催化剂床层温度及提高产品质量等优点。

Description

固定床反应器及不饱和轻烃加氢方法

技术领域

本发明涉及一种固定床反应器。本发明还涉及一种不饱和轻烃加氢方法。

背景技术

由于加氢反应为放热反应，催化剂床层存在温升，为有效控制反应温度，通常固定床加氢反应器内分为多个床层装填，床层间注入冷氢，以降低催化剂床层温度。而氢气的比热较小，这就需要注入大量的氢气来满足需要。这些冷氢需要由装置内的循环氢压缩机提供，这就要求循环氢压缩机除提供加氢反应正常需要的氢气外，还要提供这部分冷氢，这些都增加了装置的投资及能耗。

中国专利CN200410074514.8公开了一种加氢处理的节能工艺，在催化剂床层间加入产品柴油，以降低催化剂床层温度。其主要技术特征是采用加氢产品柴油作为冷油，代替冷氢。该工艺主要利用冷油的显热，降低催化剂床层温度。另外，由于装置原料的变化及在不同的操作周期下，催化剂床层温升有差异，需要注入冷油的量变化较大。而冷油分配器为固定结构，冷油量的变化对冷油分配器效果有直接影响，导致不能有效控制反应温度。

综上所述，采用传统冷氢控温方法，虽然可以有效控制反应温度，但注入冷氢量大，需要增加装置的投资和能耗；采用冷油控温方法，虽然可以降低装置的部分投资，但冷油注入量的变化，导致不能有效控制反应温度。

以上方法都存在问题。因此，目前亟需研究开发一种新型的轻烃加氢固定床反应器以及轻烃加氢方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种固定床反应器和一种不饱和轻烃加氢方法。

在第一个方面，本发明提供的固定床反应器包括：

反应器筒体，

催化剂支撑结构，其设置在所述反应器筒体内，

换热管，所述换热管具有第一管口和第二管口，所述第一管口设置在所述反应器筒体上或者所述反应器筒体之外，并且所述第一管口低于所述催化剂支撑结构，以及所述第二管口设置在所述反应器筒体内部并且高于所述催化剂支撑结构；

物料入口，其设置在所述反应器筒体顶部，和

产物出口，其设置在所述反应器筒体底部。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述换热管的材质选自不锈钢、铜、铝、陶瓷、聚四氟乙烯和石墨中的至少一种。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述换热管的数量≥2，更优选所述换热管的数量为4-10。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述固定床反应器还包括沿固定床反应器轴向设置在催化剂床层中的加氢反应器热电偶套管。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述反应器筒体上还设置有用于装填催化剂、支撑瓷球和/或覆盖瓷球的入口。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述反应器筒体上还设置有用于将催化剂、支撑瓷球和/或覆盖瓷球排出所述反应器的出口。

在第二个方面，本发明提供了一种不饱和轻烃加氢方法，其采用上述固定床反应器进行，包括如下步骤：

步骤1)，在所述催化剂支撑结构上依次装填支撑瓷球、加氢催化剂和覆盖瓷球，形成支撑瓷球层、加氢催化剂层和覆盖瓷球层；

步骤2)，将第一物料通过所述物料入口送入反应器内部，与所述催化剂床层接触发生加氢反应，产生包含轻烃加氢产物的第一产物，其中所述第一物料包含不饱和轻烃和氢气，

步骤3)，将第二物料通过所述第一管口送入所述换热管，并经所述第二管口进入反应器内部，其中所述第二物料包含不饱和轻烃和饱和轻烃中的一种或两种。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述步骤2)和所述步骤3)同时进行。

根据本发明，所述第二物料在反应器内可以汽化，利用汽化潜热来吸收第一物料与氢气反应所产生的反应热，可以提高降温效率。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述不饱和轻烃为C3-C8不饱和烃，优选C4-C6不饱和烃。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述饱和轻烃为C3-C8饱和烃，优选C4-C6饱和烃。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述第二物料还包含氢气，如纯氢气或者循环氢。氢气的加入，可以把不饱和轻烃和/或饱和轻烃分散成更细小的液滴，有利于不饱和轻烃和/或饱和轻烃在反应器内的汽化，提高汽化效率，均匀有效地降低反应温度。

在本发明的一些更优选的实施方式中，所述换热管内装填加氢催化剂。在这种实施方式中，换热管内不饱和轻烃和氢气可以发生加氢反应，生成包含轻烃加氢产物的第二产物，从而提高了反应器的生产效率。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述第二管口的位置高于所述催化剂床层，优选高于所述覆盖瓷球层，更优选所述换热管沿固定床反应器轴向贯穿所述催化剂床层。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一物料在所述物料入口处的温度T1为20-70℃，优选为25-35℃。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一物料在所述物料入口处的压力为1.0-3.0MPa，优选为2.0-3.0MPa。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述第二物料的在第一管口处的温度T2为20-70℃，优选为20-25℃。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述第二物料的在第一管口处的压力为1.0-3.0MPa，优选为2.0-3.0MPa。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一物料在所述物料入口处的温度T1高于所述第二物料的在第一管口处的温度T2。

本发明提供的不饱和轻烃加氢方法通过采用本发明提供的反应器，在不饱和轻烃原料和氢气从反应器上部进入的同时，根据反应器内催化剂床层的温度，将可以作为冷媒的物料从反应器底部经换热管进入反应器内部，从而控制加氢固定床反应器的床层温度。本发明的反应器具有反应系统内部循环物流少，又能有效控制催化剂床层温度，对加氢反应的转化率及产品质量无影响等优点。

本发明具有以下有益效果：第一，采用可以在反应器内汽化的轻烃(饱和或者不饱和轻烃，如：不饱和碳四烃)作为冷媒，利用轻烃的汽化潜热来吸收反应热，可以提高降温效率；第二，混入氢气(例如纯氢气或者循环氢)后，氢气可以把冷油分散成更细小的液滴，提高了轻烃在反应器内的汽化速率；第三，对加氢反应的转化率及产品质量无影响；第四，使用本发明方法可减少装置建设投资费用，降低装置运行成本。

附图说明

下面将结合附图来说明本发明。

图1是本发明的一些实施方式中的固定床反应器的结构示意图。

图2是本发明的一些实施方式中的固定床反应器的换热管和换热管热电偶的示意图。

附图标记说明：1-物料入口，2-人孔；3-覆盖瓷球层，4-换热管，4’-换热管，4”-换热管，5-隔板，6-物料出口，7-催化剂卸出孔，8-换热管第一管口，9-反应器筒体，10-支架，11-换热管热电偶套管，12-加氢反应器热电偶套管，13-催化剂床层；14-换热管第二管口；15-支撑瓷球层。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行进一步的描述，应当指出，这些实施例仅为示例性的，附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，对本发明的实质与范围不构成任何限制。

图1为根据本发明的加氢固定床反应器的一些实施方式的结构示意图。如图1所示，轻烃加氢固定床反应器包括物料入口1，人孔2，覆盖瓷球层3，换热管(4，4’，4”)，隔板5，物料出口6，催化剂卸出孔7，换热管第一管口8，反应器筒体9，支架10，换热管热电偶套管11，加氢反应器热电偶套管12，催化剂床层13，换热管第二管口14以及支撑瓷球层15，其中，第二管口14高于覆盖瓷球层3。

在本发明的一些优选的实施方式中，在催化剂床层13内竖直设置多根换热管(4，4’，4”)。本发明中，优选所述换热管4在竖直方向上共四根且沿正方形的四个顶点设置，更优选所述催化剂床层13上游端水平设置一支架10用于固定所述换热管4。

在本发明的一些优选的实施方式中，换热管4、4’或4”内装填轻烃加氢催化剂。

在本发明的一些优选的实施方式中，换热管热电偶套管11在同一水平面呈圆形分布。

本发明提供的不饱和轻烃加氢方法，其采用上述固定床反应器进行，包括如下步骤：

步骤1)，在所述催化剂支撑结构上依次装填支撑瓷球、加氢催化剂和覆盖瓷球，形成支撑瓷球层、加氢催化剂层和覆盖瓷球层；

步骤2)，将第一物料通过所述物料入口送入反应器内部，与所述催化剂床层接触发生加氢反应，产生包含轻烃加氢产物的第一产物，其中所述第一物料包含不饱和轻烃和氢气，

步骤3)，将第二物料通过所述第一管口送入所述换热管，并经所述第二管口进入反应器内部，其中所述第二物料包含不饱和轻烃和饱和轻烃中的一种或两种。

将第二物料通过所述第一管口送入所述换热管，并经所述第二管口进入反应器内部。优选步骤2)和所述步骤3)同时进行。所述第一物料包含不饱和轻烃和氢气。所述第二物料包含在反应器内可以气化的轻烃(例如不饱和轻烃、饱和轻烃或二者的混合物)。所述第二物料中还可以进一步包含氢气(如纯氢气或者循环氢)。氢气的加入可以提高轻烃在反应器内的汽化速率。

本发明中，所述第二物料用于降低反应器内催化剂床层的温度。所述第二物料的流量可以根据催化剂床层温度的要求，通过流量调节阀进行控制，可以适应装置在不同工况下的要求。

根据一些实施方式，所述第二物料包含不饱和轻烃和氢气。在这些实施方式中，有利地是，在所述换热管中装填有加氢催化剂，从而可以产生包含轻烃加氢产物的第二产物，提高加氢效率。

本发明中所使用的加氢催化剂可以是本领域通常用于不饱和轻烃加氢的催化剂。

本发明中，所述不饱和轻烃可以为C3-C8不饱和烃，例如C4-C6不饱和烃。

本发明中，所述饱和轻烃可以为C3-C8饱和烃，例如C4-C6饱和烃。

在本发明的一些的实施方式中，采用本发明所提供的固定床反应器来进行轻烃加氢方法如下：

如图1所示，瓷球和催化剂从加氢反应器(固定床反应器)的催化剂人孔2装入，反应周期结束后，瓷球和催化剂从催化剂卸出孔7卸出。不饱和轻烃原料与氢气混合后成为加氢反应器进料，加氢反应器进料从加氢反应器上部物料入口1进入加氢反应器进行加氢反应，加氢反应产物从加氢反应器下部物料出口6流出，进入换热和分离下游单元。根据反应器降温的需求，轻烃(不饱和轻烃或饱和轻烃)作为冷媒、和氢气从反应器下部的换热管第一管口8进入，从加氢反应器上部瓷球床层3流出。冷媒在流经过程中，与反应器内的催化剂床层13进行换热，实现降温的目的，从换热管4第二管口14流出的冷媒还可从加氢反应器上部进入催化剂床层13参加反应。在适当条件下，冷媒和氢气在换热管4内也可反应，充分利用加氢反应器内的空间。催化剂床层13的温度由加氢反应器热电偶套管12内的热电偶测量，换热管4第二管口14的温度由换热管热电偶套管11内的热电偶测量。

如图2所示，换热管热电偶套管11在同一水平面呈圆形分布，可同时测量换热管4第二管口14的物料的温度。

实施例1

本实施例采用如图1所示的反应器进行C4-C6不饱和轻烃加氢反应。

在反应器内装填5m³牌号为YN-1的加氢精制催化剂，每根换热管装填0.1m³牌号为YN-1的加氢精制催化剂。将含有丁二烯、丁烯等不饱和的碳四原料和氢气以200:1的体积比从入口1进入反应器，反应器的反应温度为30℃，压力为2.7MPa。反应产物从反应器出口6排出。同时从反应器下部的换热管第一管口进入冷却后的碳四加氢产品，温度为20℃，压力为2.7MPa。记录催化剂床层13的温度，换热管4第二管口的温度。分析产品内的烯烃含量。具体数值见表1。

对比例1

在反应器内装填5m³牌号为YN-1的加氢精制催化剂，每根换热管装填0.1m³牌号为YN-1的加氢精制催化剂。将含有丁二烯、丁烯等不饱和的碳四原料和氢气以200:1的体积比(与实施例1相同)从入口1进入反应器，反应器的反应温度为30℃，压力为2.7MPa。反应产物从反应器出口6排出。反应器下部的换热管第一管口关闭阀门，不进入冷却后的碳四加氢产品。记录催化剂床层13的温度，换热管4第二管口的温度。分析产品内的烯烃含量。具体数值见表1。

对比例2

在反应器内装填5m³牌号为YN-1的加氢精制催化剂，每根换热管装填0.1m³牌号为YN-1的加氢精制催化剂。将含有丁二烯、丁烯等不饱和的碳四原料和氢气以500:1的体积比从入口1进入反应器，反应器的反应温度为30℃，压力为2.7MPa。反应产物从反应器出口6排出。反应器下部的换热管第一管口关闭阀门，不进入冷却后的碳四加氢产品。记录催化剂床层13的温度，换热管4第二管口的温度。分析产品内的烯烃含量。具体数值见表1。

表1

从表1可以看出使用本发明固定床反应器进行的不饱和轻烃加氢方法具有反应系统内部氢气用量少，减少了循环物流，又能有效控制催化剂床层温度等优点，并且因为有效得控制了床层温度，减少了不饱和烃在催化剂表面的聚合，相对提高了催化剂的使用质量，从而在长周期内亦提高了产品的质量。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (13)

1.一种不饱和轻烃加氢方法，其采用如下的固定床反应器进行，包括：

反应器筒体，

催化剂支撑结构，其设置在所述反应器筒体内，

换热管，所述换热管具有第一管口和第二管口，所述第一管口设置在所述反应器筒体上或者所述反应器筒体之外，并且所述第一管口低于所述催化剂支撑结构，所述第二管口设置在所述反应器筒体内部并且高于所述催化剂支撑结构；

物料入口，其设置在所述反应器筒体顶部；和

产物出口，其设置在所述反应器筒体底部，

所述方法包括：

步骤1），在所述催化剂支撑结构上依次装填支撑瓷球、加氢催化剂和覆盖瓷球，形成支撑瓷球层、加氢催化剂层和覆盖瓷球层；

步骤2），将第一物料通过所述物料入口送入反应器内部，与所述催化剂床层接触发生加氢反应，产生包含轻烃加氢产物的第一产物，其中所述第一物料包含不饱和轻烃和氢气，

步骤3），将第二物料通过所述第一管口送入所述换热管，并经所述第二管口进入反应器内部，其中所述第二物料包含不饱和轻烃和饱和轻烃中的一种或两种；所述第二物料还包含氢气，

其中，步骤2）和步骤3）中的所述不饱和轻烃为C3-C8不饱和烃；和/或，步骤3）中的所述饱和轻烃为C3-C8饱和烃，

其中，所述第二物料在流经过程中，与所述催化剂床层进行换热，实现降温的目的；从所述第二管口流出的所述第二物料进入所述催化剂床层参加反应，

其中，所述第一物料在所述物料入口处的温度T1高于所述第二物料的在第一管口处的温度T2。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换热管的材质选自不锈钢、铜、铝、陶瓷、聚四氟乙烯和石墨中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述换热管的数量≥2。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述换热管的数量为4-10。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应器筒体上还设置有用于装填催化剂、支撑瓷球和/或覆盖瓷球的入口，和用于将催化剂、支撑瓷球和/或覆盖瓷球排出所述反应器的出口。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述换热管中装填有加氢催化剂。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2）和步骤3）中的所述不饱和轻烃为C4-C6不饱和烃；和/或，步骤3）中的所述饱和轻烃为C4-C6饱和烃。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二管口的位置高于所述催化剂床层。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二管口的位置高于所述覆盖瓷球层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述换热管沿固定床反应器轴向贯穿所述催化剂床层。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一物料在所述物料入口处的压力为1.0-3.0 MPa；和/或，所述第二物料的在第一管口处的压力为1.0-3.0 MPa。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一物料在所述物料入口处的温度T1为25-35℃，压力为2.0-3.0 MPa。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二物料的在第一管口处的温度T2为20-25℃，压力为2.0-3.0 MPa。

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