CN114381296A - 一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法，包括：使一部分氢气以及混有催化剂的重油原料经设置于所述加氢反应器内部的环流筒的顶部进入所述环流筒内，使剩余氢气经所述环流筒的底部进入所述环流筒内，所述重油原料经加氢反应得到轻质化产物的过程；其中，实现所述加氢反应的体系为氢气以尺寸不大于500μm的气泡分散于所述重油原料中的弥散体系。该方法可实现重油的高效转化，且工艺流程简单，工业实用性强。

Description

一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法

技术领域

本发明涉及一种重油轻质化方法，尤其涉及一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法，属于石油加工领域。

背景技术

随着石油资源不断地重质化与劣质化，重质油已经成为炼油厂的重要原料，将劣质重油资源高效转化加工生产更多的清洁轻质油品，成为应对石油资源短缺的重要途径。根据加工过程中油品碳氢质量比的变化，可以将重质油轻质化工艺分为加氢与脱碳两类，其中，脱碳工艺主要包括催化裂化、延迟焦化等过程，是现阶段重质油轻质化的主要加工工艺，约占全部重质油加工量的83％，然而，焦炭产率高、重质油中宝贵的碳原子难以被充分利用是该工艺存在的一大主要问题；加氢工艺约占全部重质油加工量的17％，相对于脱碳工艺，加氢工艺基本可以实现对重质油中碳原子的100％利用，因此也逐渐成为重质油轻质化的主要发展趋势。

目前，重质油加氢工艺主要包括固定床加氢、沸腾床加氢和悬浮床加氢工艺，作为行业内的通识认知，固定床加氢工艺一般要求原料油中总金属含量不高于150ppm(μg/g)、残炭值不高于15％、沥青质含量不高于5％，其原料适应性有限；沸腾床加氢工艺需要连续置换反应器内的部分催化剂，存在工程装备复杂、操作稳定性差等难题；悬浮床加氢工艺可以加工性质相对更差的劣质重油，相对其他加氢工艺，其具有转化深度较大、轻质油收率较高、脱残炭率和脱金属率较高等优势。

悬浮床加氢工艺是指通过调节流体流速带动一定颗粒粒度的催化剂运动，形成气、液、固三相床层，从而使氢气、原料油和催化剂接触而完成加氢裂化反应的加氢工艺，作为现阶段针对重油加氢的主流研究方向，研究者对悬浮床加氢工艺做了较多的研究和探索，目前也已有一些关于悬浮床加氢工艺的报道。

美国专利文献US2011303580A1公开了一种於浆加氢裂化方法，该方法中，将一种或多种烃类原料和包含载体的於浆加氢裂化催化剂合并，作为於浆加氢裂化反应区的进料；将於浆加氢反应区的流出物(产物)分馏，以得到轻度减压粗柴油、重度减压粗柴油、包含沥青和於浆加氢裂化催化剂的混合物料；从至少一部分的於浆加氢裂化催化剂中分离出沥青，分离后得到的於浆加氢裂化催化剂包含在悬浮液中；将悬浮液循环返回至於浆加氢裂化反应区。该工艺的目的主要在于提高沥青的利用率，由此提出了上述在真空蒸馏后从於浆加氢催化剂中分离沥青的方案，虽然该工艺能够在一定程度上实现对重质油的轻质化，但存在着单程转化率低、尾油循环量大以及能耗高、操作成本高等缺陷。

另有美国专利文献US2016122663A1公开了一种集成的於浆加氢裂化工艺，该工艺中，将重质残余烃原料和氢气流引入於浆加氢裂化区，在於浆加氢裂化条件下，重质残余烃原料在有光泽的加氢裂化催化剂作用下加氢裂化，形成於浆加氢裂化流出物(产物)，将至少一部分所述流出物引入馏分油加氢处理器的第一端，并向该第一端补充氢气，在加氢处理条件下对所述至少一部分流出物进行加氢处理，生成的加氢处理产物从与第一端相对的第二端流出馏分油加氢处理器，然后将加氢处理产物分离成液体流和气体流，将至少一部分含有氢气的气体流循环返回至於浆加氢裂化区。该工艺同样存在着工艺流程复杂、转化率有限等问题。

中国专利文献CN001239929A公开了一种采用多金属液体催化剂的常压重油悬浮床加氢工艺，其方案中，经充分混合并加热后的浆料由底部进入悬浮床加氢裂化反应器，反应器的顶部流出物则进入高温高压分离系统进行分离，汽相物流进入在线固定床加氢精制反应器，而液相物则进入低压分离系统，低压分离系统的液相物也进入在先固定床加氢精制反应器，经固定床加氢精制后的物流最后再进入常规分离系统进行分离而得出各种产品。该工艺联合采用悬浮床加氢裂化反应器和固定床加氢精制反应器并需要配合至少三级分离系统(高温高压分离系统、低压分离系统、常规分离系统等)实现对重质油的轻质化，整个工艺系统及流程复杂，能耗较高及成本较高。

中国专利文献CN107892941B公开了一种重油悬浮床加氢裂化方法，该方法中，将劣质重油悬浮床加氢催化剂与劣质重油混合均匀后进入悬浮床加氢反应器，然后将反应器升温至320～500℃进行加氢反应，反应压力为5～20MPa，时间为0.5-4h，氢油体积比为100-2000，空速为0.2-4.0h^-1；其中，所述的加氢催化剂由氧化锌粉末(含量为10-56wt％)和流化后的矿石组分粉末组成，或者，该加氢催化剂由氧化锌粉末(含量为10-56wt％)、硫化后的矿石组分粉末和硫化后的微介孔铁酸镧(含量为0.2-8wt％)组成。该方法通过改进加氢催化剂实现对重油原料轻质化效果的提升，但其对催化剂的特殊要求也增加了其整个工艺流程的成本及复杂程度，实际工业化应用具有较大的限制性。

通过加氢工艺实现重油的轻质化，无论是哪种加氢工艺，体系物料所遵循的共性机理都在于，氢气首先分散并溶解到重油中，然后被溶解或分散在重油中的加氢催化剂所活化，进而与重油中的待反应组分反应，实现对重油的加氢轻质化。该过程中，实现重质油原料、氢气与催化剂三者的充分接触，对于保障重质油加氢的高效进行至关重要，也是各种加氢工艺实施过程中所面临难题的共性本质。以悬浮床加氢工艺为例进行说明，氢气以气泡形式进入悬浮床加氢反应器后，需要经气泡-重质油相界面传递到液相的重质油中，再被溶解(油溶性或水溶性的均相催化剂)或分散(固体颗粒状的非均相催化剂)在重质油中的催化剂所活化，在一定的操作压力(传质推动力)下，氢气气泡与重油之间的相界面面积决定了氢气向重油中的传质速率，而目前的悬浮床加氢反应器中分散于重油的氢气气泡尺寸普遍不低于5mm，并不能为氢气向重油中的传递提供足够的相界面面积，且由于气泡较大，其在重油中的浮力也较大，上升快，停留时间短，导致氢气没有充足的时间与重油接触反应，难以及时补充足够多可以迅速捕捉重油受热所产生的大分子自由基的氢基自由基，易引起重油大分子自由基相互碰撞，引发叠合，甚至结焦，因此，目前悬浮床加氢工艺实施往往在较大操作压力(大部分大于18MPa)下进行，以此增加氢气向重油中的传质推动力，缓解上述氢气与重油接触反应差、易结焦等问题，而较大的操作压力往往对设备、操作过程等要求较高，导致悬浮床加氢工艺的工业化应用非常受限。

实际上，上述悬浮床等加氢工艺普遍面临着难以实现重油、氢气、催化剂三者充分接触的共性问题，这也是导致该些工艺存在操作压力大、条件苛刻等缺陷的本质原因，虽然诸如上述报道的悬浮床加氢工艺通过联合采用多个反应器和/或改进催化剂等方式可以实现对重油的有效转化或在一定程度上降低悬浮床反应器的操作压力等条件，但该些工艺普遍面临着整个工艺流程复杂等问题，工业化应用受限。

因此，开发新型重油轻质化工艺，在保证甚至提高重油转化率的同时，降低操作压力、简化工艺流程，提升其工业实用性，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法，该方法可实现重油的高效转化，且工艺流程简单，工业实用性强。

本发明提供一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法，包括：使一部分氢气以及混有催化剂的重油原料经设置于加氢反应器内部的环流筒的顶部进入所述环流筒内，使剩余氢气经所述环流筒的底部进入所述环流筒内，所述重油原料经加氢反应得到轻质化产物的过程；其中，实现所述加氢反应的体系为氢气以尺寸不大于500μm的气泡分散于所述重油原料中的弥散体系。

本发明提供的重油轻质化方法，以含有环流内构件的加氢反应器为反应场所，并使尺寸不大于500μm的氢气气泡分散于混有催化剂的重油原料的体系与尺寸不大于500μm的氢气气泡逆向接触并碰撞实现重油的加氢轻质化。

具体地，一部分尺寸不大于500μm的氢气气泡分散在混有催化剂的重原料中，经加氢反应内部的环流筒的顶部进入环流筒中，该分散体系在环流筒内由顶部向下运动，当下行至加氢反应器的底部时会转变运动方向而在环流筒与加氢反应器内壁之间的环形空间内上行从而形成在环流筒内外的环流运动；与此同时，另一部分尺寸不大于500μm的氢气气泡经环流筒的底部进入环流筒并上行，与在环流筒内下行的分散体系发生碰撞，上行的尺寸不大于500μm的氢气气泡会分散在下行的分散体系的重油原料中，因此在加氢反应器内的反应状态下，能够形成以重油原料为连续相，以高度分散的尺寸不大于500μm的氢气气泡以及催化剂颗粒为分散相的气-液-固三相的弥散体系(亦可以称为弥散流形态，本发明将具有该体系或形态的反应器称为弥散床加氢反应器)，在该弥散体系状态下进行加氢反应，不仅强化了氢气在加氢反应器内的返混，增加了氢气在加氢反应器内的停留时间，还可以使重油原料、催化剂以及氢气彼此之间充分接触，显著提高重油原料的转化率以及轻质化产物的收率，并可抑制重油原料的缩合生焦，同时由于各原料充分接触，还可以使加氢反应在较低的操作压力等条件下进行，使得反应条件更加缓和，节约能耗及成本。

因此，本发明通过一部分尺寸不大于500μm的氢气气泡分散于混油催化剂的重油原料的体系在加氢反应器内部进行环流运动的过程中与尺寸不大于500μm的氢气气泡逆向接触并碰撞形成弥散体系而对重油原料进行轻质化处理，以更为简单的工艺实现了氢气在加氢反应器内的停留时间的延长，以及重油原料、催化剂以及氢气彼此之间充分接触，从而实现了重油的高效轻质化。

可以理解，于重油原料中分散的氢气气泡类似于球形，上述尺寸一般是指氢气气泡的直径，其测定和控制方法均为惯常手段。本发明可采用本领域常规物料微分散或气泡发生方法使氢气以尺寸不大于500μm的气泡形式分散于重油原料中，比如具体可以采用微元发生装置对进料进行微分散处理，使进入加氢反应器内的氢气与重油原料以上述弥散体系进行加氢反应。

在本发明的一种实施方式中，使一部分氢气以及重油原料经第一微元发生装置分散处理得到的氢气以尺寸不大于500μm的气泡分散于重油原料中的微元分散体系并使微元分散体系经环流筒的顶部进入所述环流筒；同时，使剩余氢气经第二微元发生装置处理形成尺寸不大于500μm的气泡后经环流筒的底部进入环流筒内与微元分散体系共同形成弥散体系。具体来说，第一微元装置先将一部分氢气以尺寸不大于500μm的气泡分散于重油原料中，形成上述微元分散体系，然后从环流筒的顶部进料并下行；第二微元发生装置将剩余部分氢气转化为尺寸不大于500μm的气泡后使气泡从环流筒底部进入环流筒并上行，随着上行的氢气气泡与下行的微元分散体系发生碰撞，氢气气泡会分散于微元分散体系中的重油原料中，从而形成上述弥散体系。在实施过程中，微元分散体系从环流筒的顶部进入环流筒内从而在环流筒的内外形成往复的环流循环(在环流筒内部下行后进入环流筒与加氢反应器内壁的环形空间并上行，此为一个环流循环)，第二微元发生装置处理后的氢气可以从环流筒的底部引入至环流筒内部，通过调整微元分散体系以及第二微元发生装置处理后的氢气的进料量实现对加氢反应器内部流动状态的调整，使微元分散体系和经第二微元发生装置处理后的氢气相互碰撞进一步实现原料彼此的高效接触。该环流碰撞的方式能够有效延长氢气在加氢反应器内部的停留时间，强化了氢气在加氢反应器内的返混，极大程度增强了氢气与重油原料的接触性。

为了保证弥散体系中氢气在重油原料的分散程度，一般的，通过第一微元发生装置进行分散处理的氢气的质量为氢气总质量的50-95％，进一步为60-90％，剩余的氢气则可以作为第二微元处理装置进行分散处理的原料。

在一种可能的实现方式中，环流筒为一个单独的子环流筒，该子环流筒的中轴线与加氢反应器的中轴线平行甚至重合。示例性地，对于加氢反应内部仅为一个子环流筒的情况而言，其内径可以是加氢反应器内径的1/5～4/5，进一步可以为1/4～3/4，其高度可以是加氢反应器高度的1/4～3/4，进一步可以为1/3～2/3。

在另一种可能的实现方式中，加氢反应中的环流筒包括沿着竖直方向依次排布的N个子环流筒，相邻两个子环流筒之间具有间隔，N≥2。每个子环流筒的中轴线与加氢反应器的中轴线平行甚至重合。即，在竖直方向上，N个子环流筒在加氢反应器的内部依次排布，且每个子环流筒之间具有一定的间距。示例性地，对于加氢反应内部为两个子环流筒的情况而言，远离加氢反应器底部的子环流筒的内径可以是加氢反应器内径的1/5～4/5，进一步可以为1/4～3/4，高度可以是加氢反应器高度的1/4～3/4，进一步可以为1/3～2/3；靠近加氢反应器底部的子环流筒的内径可以是加氢反应器内径的1/5～4/5，进一步可以为1/4～3/4，高度可以是加氢反应器高度的1/4～3/4，进一步可以为1/3～2/3，这两个子环流筒的尺寸彼此独立，可以相同或者不同。

需要注意的是，虽然每个子环流筒的中轴线与加氢反应器的中轴线平行，但是本发明不限制各个子环流筒的具体排布方式，例如，任意两个子环流筒的中轴线可以重合或者不重合，但任意两个子环流筒在底部的投影要至少部分重合。能够理解，通过增加子环流筒的个数，可以在加氢反应器内部实现更多的环流和碰撞，从而显著提升氢气与重油原料的接触性。

上述第一微元发生装置和第二微元发生装置可以是本领域常规气泡产生装置，比如可以选自微孔陶瓷膜微元发生装置、文丘里式微元发生装置、超声波空化装置中的至少一种，具体实施时，可以通过选用一定孔径的微孔陶瓷膜微元发生装置、调整文丘里式微元发生装置/超声波空化装置的气速等条件(或参数)实现对形成的氢气气泡尺寸的调控，比如采用孔直径为100μm的微孔陶瓷膜微元发生装置(其中的微孔陶瓷膜的孔直径为100μm)产生气泡时，气相(如上述氢气)通过微孔陶瓷膜进入液相(如上述重油原料)形成气泡，一般认为所形成气泡的尺寸平均也为100μm左右；采用文丘里式微元发生装置(或超声波空化装置)产生气泡时，一般是将气相与液相一起流经微元发生装置形成气泡；单独气相进入文丘里式微元发生装置时，微元发生装置应当埋入液相中，气相流经微元发生装置后形成气泡，气相的气速越大，所形成的气泡尺寸越大，反之亦然，通过气速控制可以形成特定尺寸的气泡。

综合考虑轻质化效果、系统运行稳定性、操作难易程度等因素，在本发明的一实施方式中，上述氢气气泡的尺寸一般具体可以为10-500μm，进一步可以为50-350μm，比如可以为100-300μm或150-250μm等。

根据本发明的研究，上述轻质化过程中，联合采用微元发生装置和加氢反应器，整个重油轻质化系统简单、易操作，且能够显著提高对重油原料的轻质化效果。

经进一步研究，上述加氢反应器的条件(即加氢反应条件)可以为：操作压力为6-15MPa，进一步可以为8-13MPa，反应温度为420-480℃，进一步可以为450-470℃，重时空速为0.1-1.5h^-1，进一步可以为0.2-0.8h^-1，氢油比为600-2500Nm³/m³，进一步可以为800-2000Nm³/m³，更进一步可以为1000-2200Nm³/m³，比如可以为1000-1500Nm³/m³，该条件利于重油原料的加氢反应，提高转化率，同时也利于保证整个系统运行的稳定性。

此外，上述混有催化剂的重油原料中，催化剂占重油原料的质量比可以为0.5-3.0％，进一步可以为0.8-2.3％，比如可以为0.8-1.5％或1-1.3％。

具体地，上述催化剂可以是本领域常规具有加氢活性和/或具有抑制结焦特性的加氢催化剂，在本发明的一实施方式中，上述催化剂可以选自均相加氢催化剂和非均相加氢催化剂中的至少一种。

其中，非均相加氢催化剂由第一载体和负载于载体的金属组分组成，载体选自煤粉和活性炭中的至少一种，金属组分可以选自Fe、Co、Mo、Zn等过渡金属中的至少一种，其中金属组分的负载量为1～10wt％；

均相加氢催化剂可以包括油溶性催化剂和/或水溶性催化剂。油溶性催化剂选自有机酸盐和有机金属化合物中的至少一种，有机酸盐比如包括有机环烷酸盐、C2以上的脂肪酸盐、柠檬酸盐、芳香酸盐、酒石酸盐、脂肪基取代的甲酸盐、脂肪基取代的磷酸盐等中的至少一种；有机金属化合物比如包括乙酰丙酮化合物、羰基化合物、(磺化)酞菁化合物、环戊二烯基化合物、EDTA化合物、卟啉类化合物、腈类化合物等与金属形成的有机金属化合物中的至少一种。水溶性催化剂可以包括络合物和/或无机盐，所述络合物比如可以是杂多酸和/或羰基化合物与金属组分形成的络合物，杂多酸比如可以是磷钼酸、高钼酸、磷钨酸、磷钒酸、硅钼酸、硅钨酸、硅钒酸、硫代钼酸等中的一种或几种，金属组分可以选自Mo、Fe、Ni、Co等中的至少一种；无机盐比如可以选自杂多酸盐(如上述杂多酸形成的盐等)以及含有金属组分的硫酸盐、盐酸盐、碳酸盐、碱式碳酸盐、硝酸盐等中的至少一种，上述杂多酸盐一般具体可以是杂多酸铵盐或碱金属盐等。

上述过程中，当所用催化剂为均相加氢催化剂时，加氢反应器内的弥散体系是气-液二相体系；当所用催化剂含有非均相加氢催化剂(为非均相加氢催化剂，或者为均相加氢催化剂和非均相加氢催化剂的混合物)时，上述弥散体系是气-液-固(非均相加氢催化剂)三相体系(但由于催化剂的用量一般较少(即固相较少)，也可称为气-液拟二相体系)。

本发明可采用本领域常规方法使催化剂混于重油原料中，以形成上述混有催化剂的重油原料，对此不做特别限制。具体实施时，一般使催化剂尽可能均匀地分散或溶于重油原料中，比如当采用非均相加氢催化剂等不能溶于重油原料中的催化剂时，可以使其形成微米尺度的固体颗粒等微元结构均匀分散于重油原料中，利于加氢反应器内形成以重油为连续相、以高度分散的微米尺度的氢气气泡和催化剂颗粒为离散相的均匀分布的弥散体系，更利于反应的进行及轻质化效果。

一般情况下，来自加氢反应器的加氢反应产物(即轻质化产物)主要是含有包括轻质油品和尾油的馏分油以及裂化气、焦炭、未反应完的氢气的混合物，在本发明的一实施方式中，一般还可以还包括：对轻质化产物实施分离，使分离出的尾油返回加氢反应器循环加工，控制循环比(尾油/新鲜重油原料的质量比)为0.1～0.7，进一步可以为0.2～0.5，利于重油原料的高度转化；具体实施时，可以先经液固分离器等装置除去尾油中的焦炭再使其返回循环。当然，分离出的尾油也可以外甩处理，比如用作燃料等。

具体地，从加氢反应器的顶部流出(或输出)气相组分(主要是裂化气和氢气的混合气)，从加氢反应器的底部流出(或输出)液相组分(馏分油以及夹杂在其中的少量焦炭等)，再使液相组分进入分馏塔(蒸馏塔)等装置进行分馏处理，获得汽油馏分(＜200℃馏分段)、柴油馏分(200～350℃馏分段)、蜡油馏分(350～500℃馏分段)、尾油(＞500℃馏分段)等产品；其中，可以进一步分离出上述气相组分中的氢气(循环氢)，使其与新鲜氢气混合后循环利用。

本发明的加氢反应器可以是本领域常规的加氢反应器。

本发明方法尤其可针对具有残炭值较高、重金属含量较高以及硫、氮含量较高等特点的重油原料进行轻质化，在一实施方式中，重油原料的康氏残炭值(CCR)大于10wt％，和/或，重金属总含量高于150μg/g。具体地，上述重油原料比如可以是稠油、超稠油、油砂沥青、常压重油、减压渣油、FCC油浆、溶剂脱油沥青、煤热解或液化过程产生的重质焦油和渣油、油页岩干馏产生的重质油、生物质中低温热解液体产物等中的一种或几种的混合物。

本发明的实施，至少具有如下有益效果：

本发明提供的具有环流弥散状态的重油轻质化方法，是一种采用微米尺度的微元分散体系通过逆向接触碰撞所驱动的新型重油加氢工艺，相对于现有悬浮床等加氢工艺，本发明兼具重油原料转化率高、操作压力等条件缓和不苛刻、工艺流程简单等优势，且具有易操作、成本低等优点，利于工业化生产和应用。

附图说明

图1为本发明一实施例的重油轻质化工艺流程图；

图2为本发明一实施例的重油轻质化工艺流程图。

附图标记说明：

1：混有催化剂的重油原料；

2：氢气；

3：第一微元发生装置；

4：加氢反应器；

41：子环流筒/第一子环流筒；

42：第二子环流筒；

5：第二微元发生装置；

6：液相组分；

7：蒸馏塔；

8：汽油馏分；

9：柴油馏分；

10：蜡油馏分；

11：尾油

12：裂化气与氢气的混合气。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1为本发明一实施例的重油轻质化工艺流程图。图1中的加氢反应器内部具有一个子环流筒，子环流筒的内径是加氢反应器内径的3/4，子环流筒的高度是加氢反应器高度的3/4。

如图1所示，本实施例提供一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法，包括：使混有催化剂的重油原料1与一部分氢气2(氢气总量的90wt％)进入第一微元发生装置3内进行分散处理，得到氢气以平均尺寸为210μm的气泡分散于重油原料的微元分散体系；该微元分散体系从设置于加氢反应器4内的子环流筒41的顶部进入子环流筒41并在子环流筒41的内部和子环流筒41与加氢反应器4内壁之间的环形空间中做环流运动；使剩余氢气2(氢气总量的10wt％)进入第二微元发生装置5内进行分散处理得到平均尺寸为210μm的氢气气泡并经子环流筒体的底部进入子环流筒内部。

微元分散体系和氢气气泡在子环流筒41内部逆向接触并碰撞形成弥散体系进行加氢反应，得到轻质化产物，轻质化产物中的液相组分6经加氢反应器4的底部流出并进入蒸馏塔7内进行蒸馏，分别得到＜200℃的汽油馏分8、200～350℃的柴油馏分9、350～500℃的蜡油馏分10和＞500℃的尾油11；轻质化产物中的气相组分12(裂化气和氢气的混合气)经加氢反应器4的顶部流出，分离出气相组分12中的氢气，将其与新鲜氢气2混合循环利用。

实施例2

与实施例1采用相同的加氢反应器，本实施例提供一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法，包括：使混有催化剂的重油原料1与一部分氢气2(氢气总量的90wt％)进入第一微元发生装置3内进行分散处理，得到氢气以平均尺寸为500μm的气泡分散于重油原料的微元分散体系；该微元分散体系从设置于加氢反应器4内的子环流筒41的顶部进入子环流筒41并在子环流筒41的内部和子环流筒41与加氢反应器4内壁之间的环形空间中做环流运动；使剩余氢气2(氢气总量的10wt％)进入第二微元发生装置5内进行分散处理得到平均尺寸为500μm的氢气气泡并经子环流筒41的底部进入子环流筒41内部。

微元分散体系和氢气气泡在子环流筒41内部逆向接触并碰撞形成弥散体系进行加氢反应，得到轻质化产物，轻质化产物中的液相组分6经加氢反应器4的底部流出并进入蒸馏塔7内进行蒸馏，分别得到＜200℃的汽油馏分8、200～350℃的柴油馏分8、350～500℃的蜡油馏分10和＞500℃的尾油11；轻质化产物中的气相组分12(裂化气和氢气的混合气)经加氢反应器4的顶部流出，分离出气相组分12中的氢气，将其与新鲜氢气2混合循环利用。

实施例3

图2为本发明一实施例的重油轻质化工艺流程图。图2中的加氢反应器4内部具有两个子环流筒，靠近加氢反应器4顶部的子环流筒为第一子环流筒41，远离加氢反应器4顶部的子环流筒为第二子环流筒42；

第一子环流筒41的内径是加氢反应器4内径的3/4，高度是加氢反应器4高度的3/8；第二子环流筒42的内径是加氢反应器4内径的3/4，高度是加氢反应器42高度的3/8。

如图2所示，本实施例提供一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法，包括：使混有催化剂的重油原料1与一部分氢气2(氢气总量的90wt％)进入第一微元发生装置3内进行分散处理，得到氢气以平均尺寸为210μm的气泡分散于重油原料的微元分散体系；该微元分散体系从设置于加氢反应器4内的第一子环流筒41的顶部进入第一子环流筒41，一部分微元分散体系在第一子环流筒41的内部和第一子环流筒41与加氢反应器4内壁之间的环形空间中做环流运动，另一部分微元分散体系从第一子环流筒41输出后，继续下行进入第二子环流筒42，并在第二子环流筒42/第一子环流筒41与加氢反应器4内壁之间的环形空间中做环流运动；使剩余氢气2(氢气总量的10wt％)进入第二微元发生装置5内进行分散处理得到平均尺寸为210μm的氢气气泡并经第二子环流筒42的底部进入第二子环流筒42并上行。

微元分散体系和氢气气泡在第二子环流筒42和第一子环流筒41内逆向接触并碰撞形成弥散体系进行加氢反应，得到轻质化产物，轻质化产物中的液相组分6经加氢反应器4的底部流出并进入蒸馏塔7内进行蒸馏，分别得到＜200℃的汽油馏分8、200～350℃的柴油馏分9、350～500℃的蜡油馏分10和＞500℃的尾油11；轻质化产物中的气相组分12(裂化气和氢气的混合气)经加氢反应器的顶部流出，其中，分离出气相组分12中的氢气，将其与新鲜氢气混合循环利用。

对比例1

本对比例的重油轻质化方法采用常规悬浮床加氢工艺进行(不具有环流弥散态)。

对比例2

本对比例的重油轻质化方法采用常规悬浮床加氢工艺进行(不具有环流弥散态)。

对比例3

本对比例的重油轻质化方法采用带有一个子环流筒的常规悬浮床加氢工艺进行。

上述实施例中所使用的微元发生装置均为文丘里式微元发生装置。

上述实施例和对比例的重油原料相同，均为减压渣油，其性质如表1所示；催化剂均为由活性炭(炭粉)负载铁元素形成的非均相催化剂，该催化剂中，铁元素的质量分数为5％；加氢反应器内的弥散体系的氢气气泡尺寸(微元尺度)、操作压力、反应温度、空速、氢油比、催化剂占重油原料的质量比(催化剂添加量)等条件如表2所示，加氢反应的产物(轻质化产物)中的产品分布如表3所示。

表1

表2

表3

根据表3可知：

1、对比例1中的传统悬浮床加氢工艺在较低的压力、氢油比等条件下，轻质化效果非常差，若要提高轻质化效果，需要如对比例2这样的高压(22MPa)、高氢油比(2278)条件；

2、实施例1、实施例2以及实施例3在远低于对比例2的操作压力等条件下，仍然能够达到与对比例2相当的重油原料转化率，同时具有更低的焦炭收率，说明了本发明的重油轻质化方法能够大幅降低操作压力、氢油比等条件，相对于常规悬浮床等加氢工艺具有非常明显的优势；同时，实施例1-3的轻质化过程中，整个系统运行稳定，并具有结构简单、易操作等优点；

3、与实施例2中的微元尺度为500μm相比，实施例1中较小尺寸的微元可以获得更低的焦炭收率、更高的汽油与柴油收率，以及更高的转化率，说明实施例1中采用较小尺寸的微元可以强化原料的转化、加氢效果更优，因此实际应用过程中可以在条件允许的情况下尽可能使氢气气泡具有较小的尺寸；

4、根据实施例1和实施例3，当加氢反应器内部的环流筒更多时，能够进一步增加微元分散体系和氢气气泡的接触性能，从而得到更优异的重油轻质化效果；

5、根据实施例1、对比例1和对比例3，传统悬浮床加氢工艺增加了子环流筒后(对比例3)，尽管重油轻质化效果相较于没有子环流筒(对比例1)的工艺好，但由于气泡尺寸大，重油轻质化效果仍远低于采用210μm微元的工艺(实施例1)，再次证明了采用微元分散体系对重油轻质化效果的改进与提升。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种具有环流弥散状态的重油轻质化方法，其特征在于，包括：使一部分氢气以及混有催化剂的重油原料经设置于加氢反应器内部的环流筒的顶部进入所述环流筒内，使剩余氢气经所述环流筒的底部进入所述环流筒内，所述重油原料经加氢反应得到轻质化产物的过程；

其中，实现所述加氢反应的体系为氢气以尺寸不大于500μm的气泡分散于所述重油原料中的弥散体系。

2.根据权利要求1所述的轻质化方法，其特征在于，使所述一部分氢气以及所述重油原料经第一微元发生装置分散处理得到的氢气以尺寸不大于500μm的气泡分散于所述重油原料中的微元分散体系经所述环流筒的顶部进入所述环流筒；同时，使所述剩余氢气经第二微元发生装置处理形成尺寸不大于500μm的气泡后经所述环流筒的底部进入所述环流筒内与所述微元分散体系共同形成所述弥散体系。

3.根据权利要求2所述的轻质化方法，其特征在于，经所述第一微元发生装置进行所述分散处理的氢气的质量为氢气总质量的50-95％。

4.根据权利要求1或2所述的轻质化方法，其特征在于，所述环流筒包括至少一个子环流筒。

5.根据权利要求4所述的轻质化方法，其特征在于，所述环流筒包括沿着竖直方向依次排布的N个子环流筒，相邻两个所述子环流筒之间具有间隔，N≥2。

6.根据权利要求2所述的轻质化方法，其特征在于，所述第一微元发生装置和/或第二微元发生装置选自微孔陶瓷膜微元发生装置、文丘里式微元发生装置、超声波空化装置中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的轻质化方法，其特征在于，所述气泡的尺寸为10-500μm。

8.根据权利要求1所述的轻质化方法，其特征在于，所述加氢反应器的条件为：操作压力为6-15MPa，反应温度为420-480℃，重时空速为0.1-1.5h^-1，氢油比为600-2500Nm³/m³。

9.根据权利要求1或8所述的轻质化方法，其特征在于，所述催化剂在所述重油原料中的质量百分含量为0.5-3.0％。

10.根据权利要求1-9任一项所述的轻质化方法，其特征在于，还包括：对所述轻质化产物实施分离，使分离出的尾油返回所述加氢反应器循环加工，控制循环比为0.1～0.7。

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