CN111676058B - 一种物料流向交替变化的渣油加氢反应器、含有该反应器的渣油加氢系统及其渣油加氢工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物料流向交替变化的渣油加氢反应器、含有该反应器的渣油加氢系统及其渣油加氢工艺，该反应器内部空间具有与反应器筒体相同中心轴的圆筒状夹层，所述反应器在不改变原有反应器体积和催化剂填装量的条件下，被圆筒分割成两个截面积相等的夹层，该反应器高度为原反应器高度的1/N，其中N≥2，渣油物料在相邻被所述圆筒物理分割开且截面积相等的两个催化剂床层中的流向正好相反，当催化剂床层压降大于最大压降设计值的0.3倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，改变渣油原料和加氢产物在所述反应器中的流向，实现渣油原料在反应器中的流向反向交替变化，该反应器既能通过改变原料流向分散杂质沉积的位置，当N≥3时又能通过减小反应器高度增加新鲜渣油原料与催化剂的接触截面积、从而缓解反应器整个催化剂床层压降并延长其使用周期。

Description

一种物料流向交替变化的渣油加氢反应器、含有该反应器的 渣油加氢系统及其渣油加氢工艺

技术领域

本发明涉及渣油加氢技术领域，更具体地说，涉及一种物料流向交替变化的渣油加氢反应器、含有该反应器的渣油加氢系统及其渣油加氢工艺。

背景技术

渣油（常压渣油、减压渣油）是原油一次加工（常、减压蒸馏）后剩余的最重部分。与轻质馏分油相比，渣油组成复杂，平均相对分子质量大，黏度高，密度大，氢碳比低，残炭值高，含有大量的金属、硫、氮及胶质、沥青质等有害元素和非理想组分。

渣油加氢是重质油轻质化的主要技术途径之一。目前渣油加氢已经发展了固定床、移动床、沸腾床、悬浮床等加氢反应技术方法。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，成为渣油加氢最成熟的主流技术，越来越多的炼油企业选择固定床渣油加氢与渣油催化裂化组合工艺实现了最大量生产优质汽油、煤油、柴油的目的，经济效益和社会效益显著。

但固定床加氢处理难度较大，在反应过程中易生焦。若要达到所需的反应目的，固定床加氢处理装置通常需要在高温、高压和较低体积空速的苛刻条件下操作。在加氢处理过程中，渣油会生成较多的积炭和金属硫化物等固体物，必须有效地控制这些固体物在催化剂床层上沉积的速率和沉积量，否则将导致反应器压力降快速增大或催化剂活性快速下降，直至达到设计极限，装置被迫停工，大大缩短装置操作运转周期，从而影响工艺的经济效益。因此，减少停工次数、延长操作运转周期是提高渣油固定床加氢处理装置经济效益的重要因素。

固定床渣油加氢处理催化剂应具备可脱除少量的固体颗粒物又可加氢脱金属（HDM）、加氢脱硫（HDS）、加氢脱氮（HDN）、加氢脱残炭（HDCCR）及部分加氢转化（HC）等多种功能。显然，难以开发集上述功能于一体的单一品种催化剂。目前各家的固定床渣油加氢催化剂的主要品种按功能一般可分为：加氢保护剂（HG）、加氢脱金属剂（HDM）、加氢脱硫剂（HDS）及加氢脱氮剂（HDN）四大类并单独放在不同反应器中。

固定床渣油加氢技术的重点就是在达到脱硫、转化等主要反应目的的前提下解决渣油中沥青质、金属等能够脱得下和容得下的问题。也就是通过床层空隙率和催化活性的合理调整，实现整个操作周期内固体沉积物在反应器各床层的均匀分布，催化剂的活性和稳定性达到最佳平衡。

固定床渣油加氢技术根据脱除机械杂质，加氢脱金属、脱硫、脱氮/脱残炭反应机理和顺序，一般采用主功能不同的各种催化剂组合装填在不同或相同加氢反应器里，通常按接触反应物料的先后顺序，催化剂活性较低、粒度和孔径较大的前置，活性较高、粒度和孔径较小的后置；按催化剂种类分，从前到后，依次按保护剂、脱金属剂、脱硫剂、脱氮/脱残炭剂的级配顺序装填。典型的如雪佛龙（CHEVRON）公司渣油加氢系列专利技术、中国石化FRIPP 及 RIPP渣油加氢系列专利技术，均具有上述的共同技术特点。

目前固定床渣油加氢技术的反应物流按流向分依次进行机械杂质脱除、加氢脱金属、脱硫、脱氮/脱残炭反应，渣油中的机械杂质和金属杂质脱除后以固态物形式沉积在催化剂床层，最先在前置床层沉积，随着渣油处理量增加，沉 积物增多并饱和，逐渐向后置床层延伸 ；沉积物的饱和一方面使催化剂活性逐渐丧失，另一方面使催化剂床层压降逐渐增加，其结果是反应转化效果离预期指标越来越远，同时加氢装置的生产安全度越来越低，加氢杂质脱除率降低与催化剂床层压降增加，两者之一达到工艺和装置设计极限值，装置生产周期便结束。

现有固定床渣油加氢装置运转初期，机械杂质的脱除、加氢脱金属、加氢脱硫、加氢脱氮/脱残炭反应比较均衡，随着运转时间增加，脱机械杂质和金属的前置催化剂床层因沉积物饱和而逐渐失活，导致加氢脱硫、加氢脱氮/脱残炭催化剂逐步承担更多的脱金属反应负荷，导致其失活速率加大。为了补偿活性损失，现有固定床渣油加氢技术在装置运转的中后期，需要逐渐提高催化剂床层的反应温度。但渣油加氢过程是一个复杂的反应系统，对应一个特定的渣油种类和催化剂级配体系，有其最佳的反应温度。提高反应温度在提升催化剂活性的同时，催化剂表面结焦及其它副反应速率也增加，催化剂床层容易出现热点，其一是进一步加大失活速率，二是床层压降进一步增加。此外，催化剂和装置都各有一个极限操作温度，反应温度不允许超过此两个极限值之一。

在加工劣质渣油时，保护和脱金属反应器（即第一个反应器）往往由于床层堵塞或催化剂活性先于脱硫转化主催化剂失活，从而造成装置运行周期缩短或主催化剂利用效率低等问题。为了解决上述问题，有人在工艺流程上做了改进，一种解决方案是在固定床反应器的前面加上一段移动床反应器或上流式反应器（up flow reactor，UFR）。利用移动床反应器催化剂可在线更换的特性，既解决床层堵塞的问题，也解决与主催化剂活性匹配的问题。其代表工艺是Chevron的OCR 技术和Shell的HYCON技术，但由于该技术的投资较高、操作非常不稳定，未能得到广泛的工业应用。UFR 工艺是一种上流式固定床加氢技术，反应物流自下而上，使催化剂床层轻微膨胀，从而解决了常规固定床反应器初末期压力降变化大的问题，其2000年首次实现工业化。

另一种解决方案是在反应器系列的前面采用可以切除或切换的前置反应器，其代表工艺是IFP的Hyvahl技术。采用可切除反应器技术，其投资低、操作简便、安全性高，但对系统的长周期运行只能是略有改进。可切换反应器技术的装置投资增加不多、操作也较简单，是一种非常有效的固定床渣油加氢技术改进方案，它能够应用较劣质的渣油原料，特别是金属含量增加的场合。技术优点：灵活操作，延长周期，降低成本。操作方式：多系列共用，摊薄成本。因此，近年来工业应用的发展趋势较快。但是这种技术采用的仍然是固定床反应器，与固定床的固有性质相同，其适应性也有很大的限制，很难适应渣油原料性质较大幅度的变化，这一点是如今大部分炼厂所必须面对的客观现实，下一步的研究重点就是如何增强该技术对原料大幅波动的适应性

UOP公司的固定床加氢技术在保护反应器与主反应器之间增设旁路，旁路上的阀门可以控制保护反应器的流量，确保其温度高于脆化温度。UOP公司对高杂质含量原料的固定床加氢处理技术使用两床层保护反应器；其内部气体旁路，可最大限度利用保护床层的催化剂、最大限度减小压力降的增加；与保护反应器催化剂替换系统相比更有效，且更具有经济性。

为了缓解因固态物沉积导致催化剂床层压降增加过快问题，各催化剂研究单位竞相开发各种异形催化剂，以提高催化剂床层空隙率，尽量均匀容纳固态沉积物。如CN97116251.4、CN99225199.0、CN99225198.2、CN99225197.4、 CN03213520.3、CN03284728.9。

同时，各催化剂研究单位还配套研究一些系列催化剂级配方法，以适应不同原料油的加工需要，尽量延缓催化剂床层压差积累，延长运转周期。如 CN201010519221.1、CN201010519224.5、CN00807042.3。

还有人提出通过增设进出料管开关和/或阀门改变反应油气流向的方法来克服以上渣油加氢固定床反应器的上述弊端。例如，CN204490818U和CN103773451A，其是通过在每个固定床反应器上增设可调节阀门和/或开关，渣油和氢气等油气反应原料在固定床反应器内先由一个方向流动，当反应器的压差达到理论最大压差的30-70%时，将渣油的流动方向改为与原流动方向相反的方向，由此缓解压差对反应器运行的影响，如此类推，直至达到反应器的理论最大压差或装置停工。这类渣油加氢固定床反应器虽然能够显著延长加氢处理装置的操作周期，但油气反应物料的反应流程和反应时间并未改变，随着反应器运行时间的延长，各功能催化剂的活性和杂质脱除率均会降低，最后仍然不得不通过提高反应器的操作温度来维持各功能催化剂的合理催化活性。

上述相关专利技术，不论是采用异形催化剂增加床层空隙率，或是采用上流式反应器，还是通过增设进出料管开关和/或阀门改变反应油气流向，其反应物流始终沿反应器轴向流动，流通截面积偏小，固体沉积物均先在前置催化剂床层聚结，逐渐向后置催化剂床层延伸，无法根本解决催化剂同步失活、催化剂床层压降较大等问题，后置催化剂活性资源浪费较大的问题始终存在。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种物料流向交替变化的渣油加氢反应器、含有该反应器的渣油加氢系统及其渣油加氢工艺。本发明既能通过物料流向交替变化、又能通过增大催化剂床层截面积来增加新鲜渣油物料与催化剂的接触面积，从而缓解反应器整个催化剂床层压降并延长其使用周期。

本发明物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器的内部空间具有与所述反应器筒体相同中心轴的2个截面积相等的圆筒状夹层，其中，在不改变原有反应器体积和填装量的条件下，本发明反应器高度为原反应器高度的1/N，其中N≥2，渣油物料在相邻被所述圆筒物理分割开的两个截面积相等的催化剂床层中的流向正好相反，当反应器催化剂床层压降大于反应器催化剂床层最大压降设计值的0.3倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，改变渣油原料在反应器中的流向，实现渣油原料在所述反应器中的流向反向交替变化。

本发明渣油加氢反应系统含有上述物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器。

本发明渣油加氢工艺使用上述含有所述物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器的渣油加氢反应系统。

本发明中，所述加氢反应条件为：反应温度为320～430℃、反应压力为 10～25MPa、空速为0.1～1.0h^－1、氢油体积比为200～2000，优选反应温度为350～400℃、反应压力为14～18MPa、空速为0.2～0.5h^-1、氢油体积比为 400～1000。

本发明中，所述原料油为原油一次加工或二次加工所得常压渣油、减压 渣油，或所述常压渣油、减压渣油任意比例的混合，常压渣油或减压渣油与一次加工或二次加工所得蜡油任意比例的混合。其密度（20℃）为 0.895～ 1.150g/cm³之间，粘度（100℃）为 25～5000mm²/s之间，残炭为5.0m%～ 20.0m%之间，硫含量为0.5m %～5.0m%之间，氮含量为0.1m%～1.0m%之间，金属（Ni+V）含量为30.0～250.0µg/g之间。

本发明中，渣油加氢催化剂是指具有重油和/或渣油加氢脱金属、加氢脱硫、 加氢脱氮和加氢裂化功能的单一催化剂或多种类催化剂。这些催化剂一般都是以多孔难熔无机氧化物如氧化铝或结晶硅铝酸盐如沸石为载体，第 VIB族和/或 VIII族金属的氧化物为活性组分。还可以选择性的加入其它助剂如 P、Si、F、B 等元素的催化剂。例如抚顺石油化工研究院生产的CEN、FZC系列催化剂。

本发明中，通过反应器结构的改进，经过油气物料在反应器催化剂床层中的流向定期反向互换，反应器催化剂床层中的沉积物在所述夹层的渣油物料入口两端交替分散沉积，同时当上述N值大于或等于3时，反应器新鲜油气物料与催化剂接触面积也会增加，这使得在催化剂体积不增加的情况下，容纳原料油中杂质的空间增加，即增加了反应器整个催化剂床层中金属沉积物的空间，使得催化剂床层使用周期相应延长。第一反应器中的保护剂、加氢脱金属催化剂部分失活后，后面反应器中的加氢脱硫催化剂、加氢脱氮/脱残炭催化剂还能够继续正常发挥其主功能活性，实现催化剂活性资源利用率最大化。

本发明反应器在不改变催化剂体积和催化剂填装量的情况下，通过定期使油气物料流向反向交替互换和/或增加新鲜油料与催化剂的接触面积，以减缓催化剂床层的压降，因此，本发明无需过多增加保护剂和加氢脱金属催化剂的床层空隙率，也无需采用过多催化剂品种的级配方法来均衡反应性能，这可以有效减少催化剂的品种规格，原料油可在最佳反应温度下长期稳定运转，不用为了补偿催化剂活性而进行提温操作，还可以采用密相法装填催化剂，提高反应器的空间利用率。

附图说明

图 1：常规渣油加氢工艺流程图；

图2：本发明物料流向交替变化的反应器相对应的渣油加氢工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案和效果。

本发明提供了一种物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器，该反应器内部空间具有与所述反应器筒体相同中心轴的2个圆筒状夹层，位于所述反应器中的催化剂床层被所述圆筒物理分割为2个截面积相等的部分，渣油物料在相邻的被所述圆筒物理分割开的两个催化剂床层中的流向正好相反，当所述反应器的催化剂床层压降大于所述反应器催化剂床层最大压降设计值的0.3倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，改变渣油原料在所述反应器中的流向，实现渣油原料在所述反应器中的流向反向交替变化。

在本发明一个优选的技术方案中，上述渣油加氢固定床反应器高度为原（常规）反应器高度的1/2，渣油和氢气原料先从所述反应器筒体中心轴或其附近位置注入所述反应器中，依次经过被所述圆筒物理分割为2个的截面积相等的催化剂床层，从而进行加氢反应，加氢产物最后从所述反应器顶部排出，当所述反应器的催化剂床层压降大于所述反应器催化剂床层最大压降设计值的0.3倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，渣油和氢气原料变为从所述反应器筒壁或其附近位置注入反应器中，依次经过被所述圆筒物理分割为2个的截面积相等的催化剂床层，从而进行加氢反应，加氢产物最后从所述反应器顶部排出，其中，渣油和氢气原料从所述反应器筒壁或其附近位置注入所述反应器中的流向正好与渣油和氢气原料从所述反应器筒体中心轴或其附近位置注入所述反应器中的流向相反。

在本发明另一个优选的技术方案中，对于上述渣油加氢固定床反应器高度为原（常规）反应器高度的1/3，反应器截面积增大到原（常规）反应器截面积的1.5倍，渣油和氢气原料先从反应器筒壁或其附近位置注入反应器中，依次经过被所述圆筒物理分割为2个的截面积相等的催化剂床层，从而进行加氢反应，加氢产物最后从所述反应器顶部排出，当所述反应器的催化剂床层压降大于所述反应器催化剂床层最大压降设计值的0.3倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，渣油和氢气原料变为从所述反应器筒体中心轴或其附近位置注入所述反应器中，依次经过被所述圆筒物理分割为2个的截面积相等的催化剂床层，从而进行加氢反应，加氢产物最后从所述反应器顶部排出，其中，渣油和氢气原料从所述反应器筒体中心轴或其附近位置注入所述反应器中的流向正好与渣油和氢气原料从所述反应器筒壁或其附近位置注入所述反应器中的流向相反。

说明书附图中的图2代表N为2、即其高度为原（常规）反应器高度1/2时的本发明物料流向交替变化的反应器相对应的渣油加氢工艺流程。

在本发明上述渣油加氢固定床反应器中，优选地，渣油物料流向反向交替互换，直至达到所述反应器催化剂床层最大压降设计值。

在本发明又一个优选的技术方案中，当上述渣油加氢固定床反应器的催化剂床层压降大于所述反应器催化剂床层最大压降设计值的0.4-0.8倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，改变渣油原料在所述反应器中的流向，实现渣油原料在所述反应器中的流向反向交替变化。

本发明上述渣油加氢固定床反应器可作为渣油加氢反应系统的第一反应器，特别是，作为保护剂反应器和/或脱金属反应器。

通常，本发明上述物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器可与任何类型的渣油加氢固定床反应器进行组合，形成完整的渣油加氢反应系统。

本发明上述物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器还可包括：上封头、下封头、上部进进料口和出料口、与筒体连接的进料管和出料管、催化剂床层上下端的（渣）油（氢）气分布盘。

本发明还提供了一种渣油加氢反应系统，该系统含有上述物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器。所述渣油加氢反应系统含有前述物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器作为渣油加氢反应系统的第一反应器，特别是作为保护剂反应器和/或脱金属反应器。此外，上述渣油加氢反应系统还可含有加氢脱硫反应器、加氢脱氮反应器、脱残炭反应器和/或部分加氢转化反应器。

优选地，在本发明上述物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器中，在反应器筒壁或其附近位置处夹层的渣油物料入口或产品（物）油出口处和在反应器筒体中心轴或其附近位置处夹层的渣油物料入口或产物油出口处的催化剂平均孔径和/或间隙大于在所述夹层其它部位中的催化剂平均孔径和/或间隙。

本发明又提供了一种渣油加氢工艺，该工艺使用前述的渣油加氢反应系统和上述物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器。

本发明渣油加氢工艺流程为 ：混有溶解氢的原料油通过进料管从反应器上部中心轴或其附近位置以及反应器筒壁或其附近位置进入反应器中，通过油气分布器上的小孔首先流入位于中心轴附近夹层的催化剂床层或位于反应器筒壁附近夹层的催化剂床层中，通过氢气分布盘均匀分布的补充氢气向上通过上述催化剂床层，与原料油混合后在上述催化剂床层上进行加氢反应。原料（渣）油与氢气沿反应器轴向由上而下或由下而上依次经过本发明所述反应器中被所述圆筒物理分割为2个截面积相等的催化剂床层中的保护剂层和/或加氢脱金属催化剂层，当上述催化剂床层压降大于催化剂床层最大压降设计值的0.3倍 、例如0.4-0.8倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，改变渣油原料在反应器中的流向，使渣油原料在反应器中的流向反向交替变化，如此反复，直至达到催化剂床层最大压降设计值。最终的反应生成油（加氢产物）由反应器上部的汇集区经出口排出，并进一步流经后续具有加氢脱硫催化剂床层的固定床反应器、具有加氢脱氮和/或脱残炭催化剂床层的反应器以及部分加氢转化催化剂床层的反应器。其中，在本发明第一反应器中，脱除的机械杂质和容易脱除的铁、钙杂质沉积在保护剂层床上，镍、钒等金属杂质主要沉积在加氢脱金属催化剂床层上，所得产物和反应剩余氢经反应器上部反应气体汇集区汇集后排出反应器。

下面通过具体实施方式进一步解释和说明本发明，但本发明保护范围不限于下述实施例所述范围。

实施例 1

采用与以下对比例1相同的原料、催化剂品种及其装填方法，进行如图2所示的本发明物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器、系统及其工艺和如图1所示的常规渣油加氢固定床反应器、系统及其工艺的工艺操作对比。

其中，所述本发明物料流向交替变化的反应器用作保护剂和/或脱金属反应器，即第一反应器，如图2所示，该反应器中的催化剂床层被1个具有与反应器筒体相同中心轴的圆筒物理分割为2个截面积相等的夹层结构，其高度为原常规反应器（图1中的第一反应器）高度的1/2，渣油原料在被这个圆筒物理分割开的两个截面积相等的催化剂床层（夹层结构）中的流向正好相反，当上述催化剂床层压降大于催化剂床层最大压降设计值的0.5 -0.7倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，改变渣油原料在反应器中的流向，使渣油原料在反应器中的流向反向交替变化，直至达到催化剂床层最大压降设计值0.7MPa。

本实施例1中采用自主研制生产的ZRH系列催化剂， 所述保护剂为 ZRH-102SP，加氢脱金属催化剂为 ZRH-112AS，加氢脱金属/加氢脱硫过渡型催化剂ZRH-213AS，加氢脱硫催化剂为ZRH-311AS，加氢脱氮催化剂为 ZRH-412AS，所述各反应器中，各功能类催化剂的级配装填比例为 ZRH-102SP：ZRH-112AS：ZRH-213AS：ZRH-311AS：ZRH-412AS＝10：30：5：20：35。原料油为一种中东常压渣油，其杂质含量如下：S＝2.78w%，N＝0.29w%，CCR＝12.1w%，Ni＋V＝110µg/g。反应条件为：反应压力15.7MPa，反应温度370℃，氢油体积比700，进油量以现有固定床的空速0.2h^-1为基准，各种杂质脱除率取自加氢反应2000h时的数据。反应结果如表1所示。

表1

进油量	基准	基准+10%	基准+20%	基准+30%
					空速，h<sup>-1</sup>	0.20	0.22	0.24	0.26
脱（镍+钒）率，%	87.6	84.9	82.3	79.8
					脱硫率，%	88.1	85.5	82.9	80.4
脱氮率，%	52.4	50.7	49.1	47.7
					脱残炭率，%	60.9	58.5	56.0	54.2

加氢系统运行1500 小时后，第一反应器（保护反应器）催化剂床层压降达到0.35MPa（为理论最大压差的50%），此时反向改变渣油原料在上述第一反应器中的流向，其他试验条件不变。在总运行时间为6000 小时后，保护反应器的压差达到0.68MPa，整个系统停工。

比较例 1

采用和实施例 1 中相同的原料、各功能催化剂、各催化剂装填比例和反应条件，所采用的常规渣油加氢固定床反应器、系统及其工艺如图1所示，其第一个反应器的体积与实施例1中第一个反应器的体积相等。反应结果如表 2 所示。

表2

进油量	基准	基准+10%	基准+20%	基准+30%
					空速，h<sup>-1</sup>	0.20	0.22	0.24	0.26
脱（镍+钒）率，%	83.5	79.3	75.2	71.3
					脱硫率，%	83.8	79.6	75.4	71.5
脱氮率，%	48.8	46.3	43.9	41.7
					脱残炭率，%	54.1	48.7	43.7	40.2

加氢系统运行1600 小时后，第一反应器压差达到0.35MPa；系统运行4000 小时后，第一反应器压差达到0.69MPa，装置停工，对比例1 的操作周期比实施例1缩短了2000小时，即实施例1 操作周期对比例1 延长了50%。

从表1和表2中的数据分析可见：采用常规渣油加氢固定床反应器工艺，渣油进油量由基准增加到（基准+30%）时，反应空速由0.20h^-1增加到 0.26h^-1，各种杂质脱除率随空速增加而下降，镍和钒、硫、氮的脱除率随着基准每增加10%，脱除率会降低5%左右，而残碳脱除率降低7~8%。

采用本发明渣油加氢固定床反应器工艺，同一基准下，脱杂质率均高于常规渣油加氢固定床反应器工艺；随着进油量基准的增加，反应空速也会由0.20h^-1增加到 0.26h^-1，但物料通过交替改变流向，从而缓解反应器整个催化剂床层压降并延长其使用周期，从而催化剂的失活速率降低，最终致使各种杂质脱除率虽然会减少，但减少的速率会降低，镍和钒、硫、氮的脱除率随着基准每增加10%，脱除率会降低3%左右，而残碳脱除率降低4%左右。

实施例 2

采用和以下对比例 2 中相同的原料、各功能催化剂、各催化剂级配装填比例和反应条件，进行如图2所示的本发明渣油加氢固定床反应器、系统及其工艺和如图1所示的常规渣油加氢固定床反应器、系统及其工艺的工艺的工艺操作对比。

其中，所述本发明物料流向交替变化的反应器用作保护剂和/或脱金属反应器，即第一反应器，该反应器中的催化剂床层被1个具有与反应器筒体相同中心轴的圆筒物理分割为2个截面积相等的夹层结构,其高度为原常规反应器（图1中的第一反应器）高度的1/3，渣油在被这个圆筒物理分割开的2个截面积相等的催化剂床层（夹层结构）中的流向正好相反，当上述催化剂床层压降大于催化剂床层最大压降设计值的0.3-0.7倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，改变渣油原料在上述反应器中的流向，使渣油原料在上述反应器中的流向反向交替变化，如此反复，直至达到催化剂床层最大压降设计值0.7MPa。

本实施例2采用自主研制生产的ZRH系列催化剂，所述保护剂为 ZRH-103SP，加氢脱金属催化剂为 ZRH-116AS，加氢脱金属/加氢脱硫过渡型催化剂ZRH-214AS，加氢脱硫催化剂为ZRH-313AS，加氢脱氮催化剂为 ZRH-412AS，所述各反应器中，各功能类催化剂的级配装填比例为 ZRH-103SP：ZRH-116AS：ZRH-214AS：ZRH-313AS：ZRH-412AS＝10：30：5：20：35。原料油为另一种中东常压渣油，其杂质含量如下：S＝2.67w%，N＝0.31 w %，CCR＝13.57w%，Ni＋V＝126μg/g。反应条件为：反应压力15.7MPa，反应温度375℃，氢油体积比700，进油量以现有固定床工艺的空速0.2h^-1为基准。反应结果如表3 所示。

表 3

运转时间，h	1000	2000	3000
				脱（镍 + 钒）率，%	89.7	88.0	85.4
脱硫率，%	90.2	88.5	85.7
				脱氮率，%	53.4	52.0	50.3
脱残炭率，%	63.2	61.8	59.7

加氢系统运行1000小时后，上述第一反应器催化剂床层的压降达到0.25MPa（理论最大压差的35.7%），此时反向改变渣油原料在上述第一反应器中的流向，其它试验条件不变。此后每500 小时切换一次上述反向操作，直至装置停工。其中，运行1500 小时后第一反应器催化剂床层的压降达到0.31MPa，运行2000 小时后第一反应器催化剂床层的压降达到0.36MPa，运行2500 小时后第一反应器催化剂床层的压降达到0.4MPa，运行7500小时后第一反应器催化剂床层的压降达到0.68MPa，装置停工。

比较例 2

采用和实施例 2 中相同的原料、各功能催化剂、各催化剂装填比例和反应条件，所采用的常规渣油加氢固定床反应器、系统及其工艺如图1所示，其第一个反应器的体积与实施例2中第一个反应器的体积相等。反应结果如表 4所示。

表 4

运转时间，h	1000	2000	3000
				脱（镍 + 钒）率，%	89.1	85.4	80.4
脱硫率，%	89.6	86.1	80.6
				脱氮率，%	52.9	50.8	47.7
脱残炭率，%	63.3	60.5	56.7

加氢系统装置运行4500 小时后，第一反应器催化剂床层的压降为0.69MPa，装置停工。可见，对比例2的操作周期比实施例2缩短了3000 小时，即实施例2 的操作周期对比例2 延长了67%。

从表 3、表 4的数据分析可知：在相同运转时间下，本发明渣油加氢固定床反应器、系统及其工艺比在常规固定床反应器的各种杂质脱除率均要高。而随着运转时间延长，从1000h到2000h，常规固定床反应器的各种杂质脱除率降低了4%，从2000h到3000h，各种杂质脱除率降低了6%；本发明渣油加氢固定床反应器、系统及其工艺中，位于第一反应器固定床层中的催化剂由于1000h以后开始切换进料口，使得系统压降增幅降低，其催化剂的失活速率变缓，从而其各种杂质的脱除率比常规固定床反应器降低的少，从1000h到2000h，常规固定床反应器的各种杂质脱除率降低了2个百分比，从2000h到3000h，各种杂质脱除率降低了3个百分比左右。

Claims (13)

1.一种物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器，其特征在于：在不改变催化剂体积和催化剂填装量的情况下，该反应器内部空间具有与所述反应器筒体相同中心轴的两个截面积相等的圆筒状夹层，反应器的高度为原来的1/N，其中，N＞2，位于所述反应器中的催化剂床层被所述圆筒物理分割为两个截面积相等的部分，渣油在相邻的被所述圆筒物理分割开的两个催化剂床层中的流向正好相反，当所述反应器的催化剂床层压降大于所述反应器催化剂床层最大压降设计值的0.3倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，改变渣油原料在所述反应器中的流向，实现渣油原料在所述反应器中的流向反向交替变化。

2.根据权利要求1所述的渣油加氢固定床反应器，其中，渣油和氢气原料先从所述反应器筒体中心轴或其附近位置注入所述反应器中，依次经过被所述圆筒物理分割为两个截面积相等的催化剂床层，从而进行加氢反应，加氢产物最后从所述反应器顶部排出，当所述反应器的催化剂床层压降大于所述反应器催化剂床层最大压降设计值的0.3倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，渣油和氢气原料变为从所述反应器筒壁或其附近位置注入反应器中，依次经过被所述圆筒物理分割为两个截面积相等的催化剂床层，从而进行加氢反应，加氢产物最后从所述反应器顶部排出，其中，渣油和氢气原料从所述反应器筒壁或其附近位置注入所述反应器中的渣油流向正好与渣油和氢气原料从所述反应器筒体中心轴或其附近位置注入所述反应器中的渣油流向相反。

3.根据权利要求1所述的渣油加氢固定床反应器，其中，渣油和氢气原料先从反应器筒壁或其附近位置注入反应器中，依次经过被所述圆筒物理分割为两个截面积相等的催化剂床层，从而进行加氢反应，加氢产物最后从所述反应器顶部排出，当所述反应器的催化剂床层压降大于所述反应器催化剂床层最大压降设计值的0.3倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，渣油和氢气原料变为从所述反应器筒体中心轴或其附近位置注入所述反应器中，依次经过被所述圆筒物理分割为两个截面积相等的催化剂床层，从而进行加氢反应，加氢产物最后从所述反应器顶部排出，其中，渣油和氢气原料从所述反应器筒体中心轴或其附近位置注入所述反应器中的渣油流向正好与渣油和氢气原料从所述反应器筒壁或其附近位置注入所述反应器中的渣油流向相反。

4.根据权利要求1-3之一所述的渣油加氢固定床反应器，其中，该反应器高度为原反应器的1/N,其中N大于3，当N大于3时，所述反应器中的新鲜渣油原料与催化剂接触面积增大。

5.根据权利要求1-3之一所述的渣油加氢固定床反应器，其中，所述反应器中的渣油流向反向交替互换，当所述反应器的催化剂床层压降大于所述反应器催化剂床层最大压降设计值的0.4-0.8倍时，通过外部管线的预设开关和/或阀门，改变渣油原料在所述反应器中的流向，实现渣油原料在所述反应器中的流向反向交替变化。

6.根据权利要求1-3之一所述的渣油加氢固定床反应器，其中，该反应器作为渣油加氢反应系统的保护剂反应器和/或脱金属反应器。

7.根据权利要求1-3之一所述的渣油加氢固定床反应器，其中，该反应器可与任何类型的渣油加氢固定床反应器进行组合，取代 原有工艺的第一反应器，形成完整的渣油加氢反应系统。

8.根据权利要求1-3之一所述的渣油加氢固定床反应器，其中，所述反应器还包括：上封头、下封头、上部进料口与出料口、与筒体连接的进料管和出料管、催化剂床层上下端的渣油氢气分布盘。

9.根据权利要求1-3之一所述的渣油加氢固定床反应器，其中，在所述反应器筒壁或其附近位置处夹层上部油料入口或产品出口和在所述反应器筒体中心轴或其附近位置处夹层上部油料入口或产品出口处的催化剂平均孔径和/或间隙大于在夹层其它部位中的催化剂的平均孔径和/或间隙。

10.一种渣油加氢反应系统，其特征在于：该系统含有根据权利要求1-9任何之一所述的物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器，所述的物料流向交替变化的渣油加氢固定床反应器作为渣油加氢反应系统的保护剂反应器和/或脱金属反应器。

11.根据权利要求10的渣油加氢反应系统，其中，该系统还含有加氢脱硫反应器、加氢脱氮反应器、脱残炭反应器和/或部分加氢转化反应器。

12.一种渣油加氢的工艺，其特征在于：使用根据权利要求10-11任何之一所述的渣油加氢反应系统，其中，反应条件为：反应温度：320～430℃、反应压力：10～25MPa、空速：0.1～1.0h ^-1、氢油体积比：200～2000。

13.一种渣油加氢的工艺，其特征在于：使用根据权利要求10-11任何之一所述的渣油加氢反应系统，反应条件进一步为：反应温度：350～400℃、反应压力：14～18MPa、空速：0.2～0.5h ^-1、氢油体积比：400～1000。

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