CN208933282U - 一种劣质重油加氢处理反应器及反应器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种劣质重油加氢处理反应器及反应器系统。本实用新型的反应器包括反应器本体、进料分布盘，所述反应器本体设置有进料口和出料口，该反应器为立式膜芯式反应器，还包括中空催化剂膜芯元件；其中所述的中空催化剂膜芯元件竖直设置于反应器本体内部。本实用新型的反应器系统包括多个如上所述反应器，该些反应器采用串联方式连接。本实用新型的反应器和反应系统可用于劣质重油加氢处理工艺，具有较长的运转周期。

Description

一种劣质重油加氢处理反应器及反应器系统

技术领域

本实用新型涉及一种劣质重油加氢处理反应器及反应器系统，尤其是一种针对金属杂质含量高、残炭含量高的劣质重油的氢处理反应器及反应器系统。

背景技术

随着石油的日益变重、质量变差，给石油加工带来越来越大的困难。重油中含有大量金属杂质如Ni、V等，大部分金属杂质存在于沥青质中，是很难脱除的成分。

通常根据重油中金属杂质的含量来选择加工工艺。当金属杂质V+Ni含量200μg/g以下，残炭值15％以下时，可以采用固定床工艺。固定床的工艺过程简单，投资小，容易维护，是重油加氢工艺过程的首选。当金属杂质V+Ni含量200μg/g以上，残炭值15％以上时，一般采用沸腾床或悬浮床工艺。但是，沸腾床工艺极其复杂，装置投资大，很难维护，这是造成该工艺不易推广的重要原因。而悬浮床工艺也是比较复杂的，工艺也存在很多问题，不易推广。

溶剂脱沥青是用萃取的方法将重质油中的胶质和沥青质取出，以生产脱沥青油和脱油沥青。目前，溶剂脱沥青在加工重质油方面，主要目的是获得脱沥青油，以作为催化裂化、固定床加氢处理等工艺的原料。但对于脱油沥青来说，由于其主要成分是沥青质，沥青质的基本结构单元是多个芳香环组成的稠合芳香环系，其周围连接有若干个环烷环、芳香环，环上带有若干个长度不一的烷基侧链，芳核结构中还有S、N、O杂原子基团，同时含有络合V，Ni等多种金属。沥青质由若干个这类结构单元以烷基或杂原子形成的桥键连接而成，以缔合状态存在，是加氢反应中主要的结焦前驱物，因此，受现有加氢工艺的限制，很难将沥青质组分有效地转化为轻质燃料油。因此，能够经济有效地将高沥青质原料转化为轻质燃料油是本领域中的一个难题。

CN200910162163.9公开了一种组合工艺加工劣质原油的方法。该方法是将劣质原油原料先经溶剂脱沥青得到脱沥青油；脱沥青油经预热后进入催化转化反应器的第一反应区，反应生成的油气和用过的催化剂任选与轻质原料油混合后进入第二反应区进行裂化反应、氢转移反应和异构化反应，经液固分离后，反应产物进一步分离为干气、液化气、汽油、柴油和催化蜡油，其中第一反应区和第二反应区反应条件足以使反应得到占原料油12％～60％的催化蜡油，催化蜡油加氢后引入催化转化装置进一步反应得到轻质燃料油产品，尤其是高辛烷值汽油。该方法主要是将脱沥青油转化为轻质燃料油，而并未涉及到脱油沥青的后续加工。

CN 201110352418.5公开了一种劣质重油加工方法。该方法包括：(1)劣质重油原料进入溶剂脱沥青装置，得到脱沥青油和脱油沥青；(2)将步骤(1)得到的脱油沥青进入沸腾床加氢处理装置，在氢气和沸腾床加氢处理催化剂存在下，进行沸腾床加氢处理；(3)将步骤(2)得到的沸腾床加氢处理反应流出物与脱沥青油混合进入固定床加氢处理装置，在氢气与固定床加氢处理催化剂存在下，进行固定床加氢处理，固定床加氢处理反应流出物得到的生成油作为催化裂化装置的原料。沸腾床工艺复杂，设备昂贵，固定资产投资大。

CN200410050788.3公开了一种劣质重油或渣油的处理方法。该方法包括：重油或渣油原料先进入溶剂抽提装置；所得的脱沥青油进入固定床加氢处理装置进行加氢处理；所得的加氢尾油进入催化裂化装置，其中所得的油浆与脱油沥青一起进入悬浮床加氢装置，产物经分离得到轻质馏分和未转化尾油，其中未转化尾油循环至溶剂抽提装置。该方法还可将悬浮床加氢产生的轻石脑油作为溶剂抽提装置的溶剂。悬浮床加氢催化剂是均相催化剂，易使结焦物吸附在催化剂的活性中心，使其快速失活。

综上，对于金属杂质含量高、残炭含量高的劣质重油的加氢处理，现有技术中的固定床工艺、沸腾床工艺和悬浮床工艺都各有弊端，一种更加适用于劣质重油加氢处理的反应器装置一直是本领域的研究热点。

实用新型内容

针对现有技术中的不足之处，本实用新型提供了一种劣质重油加氢处理反应器及反应器系统。本实用新型的反应器及反应器系统可用于劣质重油加氢处理工艺，具有较长的运转周期，反应器系统可以实现反应器的切出和切入，且操作简便。

本实用新型提供一种劣质重油加氢处理反应器，包括反应器本体、进料分布盘，所述反应器本体设置有进料口和出料口，该反应器为立式膜芯式反应器，包括中空催化剂膜芯元件；所述的中空催化剂膜芯元件竖直设置于反应器本体内部，所述的中空催化剂膜芯为设置有中空通道的膜层催化剂，所述反应器本体与中空催化剂膜芯周侧之间形成物料空间。

所述的中空催化剂膜芯的外形可以为柱状，比如圆柱状、棱柱状等。所述的中空催化剂膜芯中的中空通道的横截面可以为圆形、椭圆形、三角形、多边形或异形。所述膜芯式反应器中，中空催化剂膜芯优选为同心环状圆柱体，中空催化剂膜芯的高与外径比为1～20：1，优选为1.5～15：1，外径与内径之比为1.2～50：1，优选为2～30：1。优选地，所用的中空催化剂膜芯的高一般在2000mm以下。

所述进料口设置在所述反应器本体下部，出料口设置在所述反应器本体上部，或所述进料口设置在所述反应器本体上部，出料口设置在所述反应器本体下部。

所述进料口设置在所述反应器本体下部，出料口设置在所述反应器本体上部时，选择下述方案之一：

(1)所述进料分布盘设置在中空催化剂膜芯元件之下，所述进料分布盘均布开口，所述开口与所述的物料空间相通，所述的出料口与所述中空催化剂膜芯的中空通道相通；

(2)所述进料分布盘设置在中空催化剂膜芯元件之下，所述进料分布盘均布开口，所述开口与物料空间所述中空催化剂膜芯的中空通道相通，所述的出料口与所述的物料空间相通。

所述进料口设置在所述反应器本体上部，出料口设置在所述反应器本体下部时，选择下述方案之一：

(1)所述进料分布盘设置在中空催化剂膜芯元件之上，所述进料分布盘均布开口，所述开口与所述的物料空间相通，所述的出料口与所述中空催化剂膜芯的中空通道相通；

(2)所述进料分布盘设置在中空催化剂膜芯元件之上，所述进料分布盘均布开口，所述开口与所述中空催化剂膜芯的中空通道相通，所述的出料口与所述的物料空间相通。

所述中空催化剂膜芯的外层根据需要可设置可装卸的保护结构构件。

所述保护结构构件可以是网状结构，包括冲孔网、焊接网、铸造筛网、金属丝网、金属菱形网、石笼网、开纹斜纹不锈钢轧花网、席型网、筛板或筛片中的至少一种，但不限于上述例举的网状结构。

所述膜芯式反应器中，采用一个中空催化剂膜芯元件或采用多个并联的中空催化剂膜芯元件，该中空催化剂膜芯元件采用一个中空催化剂膜芯或者采用多个并联的中空催化剂膜芯。所述膜芯式反应器反应器中，所述中空催化剂膜芯的总个数为1～24。

所述中空催化剂膜芯中，载体采用氧化铝基载体，其中也可以含有助剂组分，比如硅、镁、钛、锆中的至少一种，所述助剂含量以元素计占载体组分重量的15％以下。所述的加氢活性金属组分采用第VIB族和/或第VIII族金属组分，第VIB族金属优选为W、Mo中的至少一种，第VIII族金属优选为Ni、Co中的至少一种，进一步优选为第VIB族金属以氧化物计与第VIII族金属以氧化物计的重量含量之比为1～8:1，优选为1～6:1。

所述中空催化剂膜芯的性质可以为：体积密度为0.36～0.65g/cm³，侧压强度大于12N/mm，一般为12～30N/mm，孔容为0.5～1.2mL/g，比表面积为40～150m²/g，平均孔直径为20～65nm。

所述中空催化剂膜芯的孔分布可以为：孔道直径在10nm以上所占的孔容占总孔容的80％以上，优选为90％以上；进一步地，孔道直径在10nm以下所占的孔容占总孔容的20％以下，优选为10％以下，孔道直径10～30nm所占的孔容占总孔容的35％以下，优选为12％～35％，孔道直径为30～100nm所占的孔容占总孔容40％以上，优选为45％～80％，孔道直径在100nm以上的所占的孔容占总孔容的50％以下，优选为8％～30％。

本实用新型中，中空催化剂膜芯的比表面积和孔性质(比如孔容、平均孔直径、孔分布)采用压汞分析方法测得。

所述中空催化剂膜芯的制备方法可以采用发泡法、溶胶凝胶造孔法和胶束模板剂法中的至少一种方法制备含氢氧化铝的混合料，然后利用模具压制成具有中空通道的中空催化剂膜芯中间体，再经干燥和焙烧，得到中空催化剂膜芯。

所述的发泡法可以采用拟薄水铝石、水、粘结剂和树脂混合，利用模具压制成具有中空通道的中空催化剂膜芯，经100～120℃烘干，经800～1100℃焙烧，得到中空催化剂膜芯。

所述的溶胶凝胶造孔法是溶胶凝胶法制备拟薄水铝石，再加入造孔剂、胶溶酸、水捏合，利用模具压制成具有中空通道的中空催化剂膜芯，经100～120℃烘干，经550～1100℃焙烧，得到中空催化剂膜芯。

所述的胶束模板剂法是采用正向胶束法或反向胶束法制备成拟薄水铝石，加入胶溶酸、水捏合，利用模具压制成具有中空通道的中空催化剂膜芯，经100～120℃烘干，550～1100℃焙烧，得到中空催化剂膜芯。

本实用新型另一方面提供了一种劣质重油加氢处理反应器系统，包括多个如上述的反应器，该些反应器采用串联方式连接。

所述反应器系统中的反应器数量优选为2～10个。

所述反应器系统还包括：

进料管路，其与所述串联的第一个反应器的进料口连通；

出料管路，其与所述串联的最后一个反应器的出料口连通；

物料传送管路，其设置在相邻的两个所述反应器之间，用于传输经前一反应器得到的反应产物至后一反应器；该物料传送管路上选择性设有气液分离器；

切分管路，其设于所述进料管路和与之相邻的物料传送管路之间、所述出料管路和与之相邻的物料传送管路之间以及相邻的所述物料传送管路之间，用于反应器的切出和切入。

所述的膜芯式反应器系统，因催化剂活性不能满足应用要求时，需从反应器系统切出膜芯式反应器，采用膜芯式反应器轮换再生方法，再生后再切入到反应器系统继续进行反应。

所述的劣质重油为含有沥青质的重油，可以来源于石油烃和/或其它矿物油，其中石油烃可以源于渣油和/或原油，其中渣油可以选自减压渣油、常压渣油的一种或多种，原油可以选自稠油。其它矿物油为煤液化油、油砂油和页岩油中的一种或多种。

所述劣质重油中，金属杂质V和Ni的含量可以为150μg/g以上，还可以为200μg/g以上，一般可以为150～900μg/g，还可以为200μg/g～900μg/g，残炭的重量含量可以为10％以上，还可以为15％以上，一般可以为10％～28％，还可以为15％～28％。所述劣质重油中，硫的重量含量可以为3％以上，可以为4％以上，还可以为5％以上。

所述的加氢进料还可以包括其他来源的沥青组分，比如煤焦沥青、直馏沥青、天然沥青中的一种或多种。

本实用新型劣质重油的加氢处理反应器及反应器系统具有如下优点：

1、本实用新型反应器，为立式膜芯式反应器，采用竖直设立的中空催化剂膜芯元件，并不会出现膜芯压降过高的问题，可以处理劣质重油，且有利于提高反应器的运转周期。

2、本实用新型劣质重油的加氢处理反应器系统，设置有切分管路，可以实现反应器的切出和切入，并且各个反应器中催化剂膜芯元件可以进行再生处理，操作起来更加方便，可进一步提高反应器系统的运转周期。

附图说明

图1为本实用新型的膜芯式反应器示意图；

图2为本实用新型的中空催化剂膜芯示意图；

图3为反应器系统示意图；

图4为五个中空催化剂膜芯并联的膜芯元件。

具体实施方式

下面实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或物流。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合图1-4对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

本实用新型的劣质重油的加氢处理反应器，为立式膜芯式反应器，如图1和图2，包括反应器本体4、中空催化剂膜芯元件5、进料分布盘3、进料口1、出料口2、物料空间6。其中所述的中空催化剂膜芯元件5竖直设置于本体4内部。图2为图1中中空催化剂膜芯元件5的示意图，中空催化剂膜芯元件5采用一个中空催化剂膜芯，该中空催化剂膜芯设置有中空通道7和膜层8的催化剂。

中空催化剂膜芯5为同心环状圆柱体，其高与外径比为1～20：1，外径与内径之比为1.2～50：1。

其中，进料口1位于反应器本体4的下部，进料分布盘3设置在中空催化剂膜芯元件5之下，所述进料分布盘均布开口，所述开口与物料空间6相通，所述反应器本体4的上部设置有出料口2，所述的出料口2与中空催化剂膜芯的中空通道7相通。

本实用新型的劣质重油的加氢处理反应器系统，可以采用多个膜芯式反应器串联。本实用新型以采用四个膜芯式反应器串联为例，如图3。其中图3中的每个膜芯式反应器的具体结构同图1和图2，每个反应器中有一个膜芯元件，只是每个膜芯元件采用5个并联的膜芯，如图4。

该反应器系统还包括：

进料管路111，其与所述串联的第一个反应器101的进料口连通；

出料管路143，其与所述串联的最后一个反应器104的出料口连通；

物料传送管路113、123、133，其分别设置在反应器101和102、反应器102和103、反应器103和104之间，用于传输经前一反应器得到的反应产物至后一反应器；该物料传送管路上设有气液分离器，用去除去产物中的硫化氢、氨气等杂质气体；

切分管路112、122、132、142，其中切分管路112设于所述进料管路111和与之相邻的物料传送管路113之间、切分管路142设于所述出料管路143和与之相邻的物料传送管路133之间、切分管路122、132分别设于所述物料传送管路113和123之间以及所述物料传送管路123和133之间，各个管路上都设有阀门，通过各管路上阀门的控制，可以实现各个反应器的切出和切入。例如，当反应器101中催化剂活性不能满足应用要求时，需从反应器系统切出膜芯式反应器101，这时通过关闭进料管路111和物料传送管路113上的相应阀门，同时开启切分管路112上的阀门，使进料通过切分管路112直接进入到反应器102中进行反应，当反应器101轮换再生后，通过关闭切分管路112上的阀门，同时开启进料管路111和物料传送管路113上的相应阀门，从而使反应器101切入到反应器系统继续进行反应。

实施例

采用如图3和图4的反应器系统进行劣质重油加氢处理的具体工艺：

原料(20℃下密度为0.998g/cm³，其它性质见表2)与氢气混合，进入反应器系统进行加氢处理反应，所得的产物经分离得到的加氢重馏分油(沸点在350℃以上)的性质见表2。由表2可见，加氢重馏分油特别适宜作为船用燃料。

所用反应器系统如图3所示，即4个膜芯式反应器串联，相邻反应器间设置气液分离器，气液分离器出来的气体进入氢氧化钠碱液中吸收硫化氢，进入硫酸溶液中吸收氨气，提纯后的气体作为循环氢继续使用。每个膜芯式反应器内设置由5个中空催化剂膜芯并联组成一个膜芯元件如图4。每个中空催化剂膜芯为同心环状圆柱体，膜芯的外直径为430mm，高为1000mm，中空通道内直径为30mm。

所用的每个中空催化剂膜芯的组成如下：加氢活性金属为Mo和Ni，以氧化物计，Mo+Ni为48wt％，Mo：Ni以氧化物计的重量之比为4：1，载体采用氧化铝，催化剂性质见表1。加氢处理的操作条件如下：液时体积空速为0.22h^-1，氢油体积比为800：1，反应温度为385℃，反应压力为15.5MPa。

本实用新型实施例中，对每个膜芯反应器产物的残炭含量进行监测，以反应初始的脱残炭率为基础，切出脱残炭率降低5个百分点的膜芯式反应器，对其中的中空催化剂膜芯进行再生，再生后再切入继续进行反应。其中反应初始的脱残炭率为反应器每次重新进原料后反应稳定时(即反应器切入原料运转大约在200h时)测得的脱残炭率。

表1本实用新型实施例所用中空催化剂膜芯的性质

催化剂样品	实施例
		孔容，cm<sup>3</sup>/g	0.72
比表面积，m<sup>2</sup>/g	102
		平均孔直径，nm	60
孔分布，％
		10nm以下	7
10-30nm	23
		30-100nm	61
100nm以上	9
		体积密度，g/cm<sup>3</sup>	0.57
侧压强度，N/mm	27

该反应器系统正常运转255天后，沉积金属含量为63wt％，其中沉积金属含量是废加氢处理催化剂中沉积的V和Ni占废加氢处理催化剂的重量百分比，其中V和Ni的量采用等离子发射光谱法测定(ICP)的。

表2加氢重馏分油的性质和收率

	收率，wt％	硫，wt％	V+Ni，μg/g	残炭，wt％
					原料	-	5.24	760	24.6
实施例	68	0.45	42	5.5

综上，采用本实用新型的反应器系统，能够将劣质重油全馏分转化为轻质燃料油和重质燃料油，且重质燃料油性质良好，运转周期长，这是其它工艺所不能实现的。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种劣质重油加氢处理反应器，包括反应器本体、进料分布盘，所述反应器本体设置有进料口和出料口，其特征在于：该反应器为立式膜芯式反应器，包括中空催化剂膜芯元件；所述的中空催化剂膜芯元件竖直设置于反应器本体内部，所述的中空催化剂膜芯为设置有中空通道的膜层催化剂，所述反应器本体与中空催化剂膜芯周侧之间形成物料空间。

2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述膜芯式反应器中，中空催化剂膜芯为同心环状圆柱体，其高与外径比为1～20：1，外径与内径之比为1.2～50：1。

3.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述膜芯式反应器中，中空催化剂膜芯为同心环状圆柱体，其高与外径比为1.5～15：1，外径与内径之比为2～30：1；所用的中空催化剂膜芯的高在2000mm以下。

4.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述进料口设置在所述反应器本体下部，出料口设置在所述反应器本体上部，选择下述方案之一：

(1)所述进料分布盘设置在中空催化剂膜芯元件之下，所述进料分布盘均布开口，所述开口与所述的物料空间相通，所述的出料口与所述中空催化剂膜芯的中空通道相通；

(2)所述进料分布盘设置在中空催化剂膜芯元件之下，所述进料分布盘均布开口，所述开口与物料空间所述中空催化剂膜芯的中空通道相通，所述的出料口与所述的物料空间相通。

5.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述进料口设置在所述反应器本体上部，出料口设置在所述反应器本体下部，选择下述方案之一：

(1)所述进料分布盘设置在中空催化剂膜芯元件之上，所述进料分布盘均布开口，所述开口与所述的物料空间相通，所述的出料口与所述中空催化剂膜芯的中空通道相通；

(2)所述进料分布盘设置在中空催化剂膜芯元件之上，所述进料分布盘均布开口，所述开口与所述中空催化剂膜芯的中空通道相通，所述的出料口与所述的物料空间相通。

6.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述中空催化剂膜芯的外层设置可装卸的保护结构构件。

7.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：在所述膜芯式反应器中，采用一个中空催化剂膜芯元件或采用多个并联的中空催化剂膜芯元件，该中空催化剂膜芯元件采用一个中空催化剂膜芯或者采用多个并联的中空催化剂膜芯，所述膜芯式反应器中，所述中空催化剂膜芯的总个数为1～24。

8.一种劣质重油加氢处理反应器系统，其特征在于：包括多个如权利要求1-7任一所述的反应器，该些反应器采用串联方式连接。

9.按照权利要求8所述的劣质重油加氢处理反应器系统，其特征在于：所述反应器系统中的反应器数量为2～10个。

10.按照权利要求8或9所述的劣质重油加氢处理反应器系统，其特征在于，所述反应器系统还包括：

进料管路，其与所述串联的第一个反应器的进料口连通；

出料管路，其与所述串联的最后一个反应器的出料口连通；

物料传送管路，其设置在相邻的两个所述反应器之间，用于传输经前一反应器得到的反应产物至后一反应器；该物料传送管路上选择性设有气液分离器；

切分管路，其设于所述进料管路和与之相邻的物料传送管路之间、所述出料管路和与之相邻的物料传送管路之间以及相邻的所述物料传送管路之间，用于反应器的切出和切入。