CN212476637U - 一种u型双驱动弥散强化反应装置 - Google Patents

Abstract

一种U型双驱动弥散强化反应装置，包括与气相原料、液相原料相连的伺服驱动器，伺服驱动器顶与一级弥散强化反应器相连，一级弥散强化反应器上分别开设有原料入口、与产物分流器相连通的气相物料出口、原料出口、与循环原料相连的一级循环气入口和驱动导管，且在其内部驱动导管入口处设置有主驱动器；一级弥散强化反应器的原料出口通过U形过渡段与二级弥散强化反应器底部入口相连接，二级弥散强化反应器通过出料管道与后处理系统相连通。本实用新型与现有的重油固定床加氢、沸腾床加氢、悬浮床加氢等加氢处理工艺有本质区别，在实现反应过程强化的同时，大幅提高化工过程原料利用率、目标产物综合收率、目标产物品质、单套装置产能强度。

Description

一种U型双驱动弥散强化反应装置

技术领域

本实用新型属于反应过程强化技术领域，具体涉及一种U型双驱动弥散强化反应装置。

背景技术

重油轻质化技术可分为加氢路线和脱碳路线两大类。近年来，随着全球原油重质化趋势不断加剧及终端消费市场对轻质液体产品的需求不断攀升，加氢路线所获得的产品在轻质产品收率、后工序加工难易程度、原料利用率、杂原子含量等方面的优势日益明显，显示出常规脱碳工艺所无可比拟的竞争优势。因此，重劣质原料加氢技术及其与相关组合工艺技术路线成为近年来炼化行业未来的重点发展方向。

根据反应器类型进行分类，加氢型重油加工技术可分为固定床加氢、沸腾床加氢、悬浮床加氢三大类。

US4753721描述了采用原料分布盘的渣油加氢处理过程，新鲜渣油原料和氢气混合后进入沸腾床反应器高压室，高压室内设置环状向下开口的倒U形汇集分布器，新鲜渣油原料和氢气的混合物料进入汇集分布器后，气体汇集以溢流方式形成较小气泡与液相混合，主要目的促进气液两相的混合。该方法虽然可以实现气液的初步分布，但是循环油无法实现较好的分布，同时也无法实现循环油和氢气的更好混合。CN1459490A公开了一种重油悬浮床加氢裂化工艺，该工艺所用的加氢裂化反应器为全反混式环流反应器，并附有与之相配合的固定床加氢精制反应器，而且该工艺在产物分离系统中设置了多个旋流分离器，大大降低了循环尾油和减压尾油的固体含量，该工艺虽然能够提高渣油的转化率但是设置了旋流分离器，增大了设备投资，操作工序繁琐。CN107177372A公开了一种重油原料的悬浮床加氢方法，所述方法为：将包括重油原料、氢气以及吸附剂的反应进料送入反应单元进行悬浮床加氢反应，以得到加氢产物；其中，所述反应单元为多个串联连接的悬浮床加氢反应器；所述吸附剂为多孔碳质材料；本实用新型还提供了利用上述方法进行重油原料加氢处理的加氢系统。该方法提高了原料重质组分与沥青烯的转化率，但该方法添加了吸附剂，增加了产品中的固含量，不利于后续工序的加工处理。

因此，本实用新型主要解决的技术问题在于现有重油固定床加氢、沸腾床加氢、悬浮床加氢技术中存在的气-液-固三相传质传热效率低下、氢油比过高、反应器内温度场分布不均匀、原料转化效率低、原料轻质化程度低、产物组成较差、轻质液体收率偏低、系统易结焦堵塞而无法长周期运行等，从而开发出与现有固定床加氢、沸腾床加氢、悬浮床加氢技术有本质上不同的全新高效重劣质油加氢反应装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种在实现反应过程强化的同时，大幅提高化工过程原料利用率、目标产物综合收率、目标产物品质、装置产能强度、工艺技术经济性指标的 U型双驱动弥散强化反应装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括与气相原料、液相原料相连的伺服驱动器，伺服驱动器顶通过管道与一级弥散强化反应器相连，所述的一级弥散强化反应器的顶部开设有与管道相连通的原料入口、与产物分流器相连通的气相物料出口，底部开设有原料出口，中部及下端侧壁上分别开设有与循环原料相连的一级循环气入口和驱动导管，且在一级弥散强化反应器内部驱动导管入口处设置有主驱动器，所述U形过渡段管道上还开设有与循环原料相连通的过渡段循环气入口；所述的二级弥散强化反应器顶部开设有通过出料管道与后处理系统相连通的反应物料出口，侧壁开设有与循环原料相连的二级循环气入口。

所述的伺服驱动器的中下部开设有分别与气相原料、液相原料相连的气相入口和液相入口。

所述的一级弥散强化反应器由一级弥散强化反应器内侧防腐层、一级弥散强化反应器中间过渡层和一级弥散强化反应器外侧承压层构成，其内径ID₁为0.5～5米，高径比H₁/ID₁为2～20。

所述的一级弥散强化反应器顶部还设有温度监测器T1接口，中上部设有分别与液位监测器LPT相连的LPT传感器接口，气相物料出口通过管道及安装在管道上的控制阀与产物分流器相连通。

所述的二级弥散强化反应器由二级弥散强化反应器内侧防腐层、二级弥散强化反应器中间过渡层和二级弥散强化反应器外侧承压层构成，内径ID2为0.5～5米，高径比 H₂/ID₂为5～50。

所述的二级弥散强化反应器顶部设有温度监测器T2接口。

所述的U形过渡段由内侧防腐层、中间过渡层和外侧承压层组成。

所述的循环原料分为四个支路物流B1、B2、B3、B4；

所述的支路物流B1通过第一调节阀和连接管道分别与沿轴向均匀开设在一级弥散强化反应器中部的I阶循环气入口、II阶循环气入口和III阶循环气入口相连通；

所述的支路物流B2通过第二调节阀和连接管道与驱动导管相连通进入主驱动器；

所述的U形过渡段管道分为U1段、U0段、U2段，支路物流B3通过第三调节阀和连接管道分别与U形过渡段的U1段、U0段、U2段上开设的循环气入口相连通；

所述的支路物流B4通过第四调节阀和连接管道分别与沿轴向均匀开设在二级弥散强化反应器中部的I阶循环气入口、II阶循环气入口、II阶循环气入口和IV阶循环气入口相连通。

所述的液相原料为待转化的渣油、超重油、重稠油、页岩油、油砂沥青、FCC油浆或煤焦油。

与现有技术相比，本实用新型所提供的一种U型双驱动弥散强化反应装置具有如下的竞争优势：

1)重油加氢反应效率显著提高。本实用新型所提供的一种U型双驱动弥散强化反应装置可在重油加氢多相反应体系内产生数量及尺度可调控的微纳尺度反应强化微元，与现有的涉及气-液、气-液-固等多相反应的多相流反应体系中的比相界面积提高2～3个数量级，总传质速率提高1～2个数量级，从本质上显著优化反应体系内的场分布，大幅提高原料转化率、提高反应体积空速、降低反应过程的化学氢耗，最终显著提升重劣质油轻质化过程的宏观反应速率，克服了常规重劣质油轻质化因相间传递效率低下导致的原料过度热裂化所导致的原料转化产物中富碳重组分占比过高、产物后续加工难度偏高、深度加工氢耗高、焦炭产率高、干气产率高等技术缺陷。

2)工艺流程集约化程度高、能效水平更高。本实用新型所提供的一种U型双驱动弥散强化反应装置可替代现有炼厂中的焦化装置、RDS装置、HDS装置、RFCC装置等重劣质油加工装置，使现有炼厂重油加工装置流程更加紧凑、运行能耗、装置数量大幅缩减、投资成本明显下降、运行成本更显著降低。

3)装置运行稳定性更高。本实用新型所提供的一种U型双驱动弥散强化反应装置核心反应器结构简单、无特殊内构件，反应器内流场、温度场分布更均匀，反应效率显著提高，可从根本上显著降低常规重劣质油加工技术因氢传递效率低下而导致的重组分加氢裂化程度低、热裂化程度剧烈导致的系统结焦堵塞、重组分沉积结焦堵塞、原料炭化严重导致的运行不稳定及停车风险。

4)原料适应性更强。本实用新型所提供的一种U型双驱动弥散强化反应装置可加工常规工艺难以处理的高金属(Ni+Fe+V＞900μg/g)、高硫(＞2.5％)、高残炭(＞20％)、高沥青质(＞10％)的重劣质油及煤焦油、油-煤浆等劣质原料，反应系统内相间传递过程效率明显强化，反应器氢油比、氢耗显著下降，单套装置产能规模可达500万吨/年以上，投资强度比常规重油加氢工艺降低1/2以上，运行成本大幅降低，技术经济性更强。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图中，1、伺服驱动器，100、气相原料，11、气相入口，200、液相原料，21、液相入口，2、管道、3、一级弥散强化反应器，31、温度监测器T1接口，32、气相物料出口，33、34、LPT传感器接口，35、一级弥散强化反应器I阶循环气入口，36、一级弥散强化反应器II阶循环气入口，37、一级弥散强化反应器III阶循环气入口，38、驱动导管，39、主驱动器，301、一级弥散强化反应器内侧防腐层，302、一级弥散强化反应器中间过渡层，303、一级弥散强化反应器外侧承压层，300、循环原料，3001、第一调节阀，3002、第二调节阀，3003、第三调节阀，3004、第四调节阀，4、U形过渡段，41、 U1段循环气入口，42、U0段循环气入口，43、U2段循环气入口，400、产物分流器，5、二级弥散强化反应器，51、二级弥散强化反应器I阶循环气入口，52、二级弥散强化反应器II阶循环气入口，53、二级弥散强化反应器III阶循环气入口，54、二级弥散强化反应器IV阶循环气入口，55、反应物料出口，56、温度监测器T2接口，500、后处理系统，501、二级弥散强化反应器内侧防腐层、502、二级弥散强化反应器中间过渡层， 503、二级弥散强化反应器外侧承压层，6、出料管道，7、控制阀，80、一级弥散强化反应器底部出口，81、二级弥散强化反应器底部入口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1，本实用新型的反应压力为6.5～16.5MPa(G)，反应温度为400～550℃，包括中下部开设有分别与气相原料100、液相原料200相连的气相入口11和液相入口21的伺服驱动器1，液相原料200为待转化的渣油、超重油、重稠油、页岩油、油砂沥青、FCC油浆、煤焦油、固含量30-50％的油-煤浆中的一种或一种以上的混合进料，伺服驱动器1顶通过管道2与一级弥散强化反应器3相连，所述的一级弥散强化反应器3由一级弥散强化反应器内侧防腐层301、一级弥散强化反应器中间过渡层302和一级弥散强化反应器外侧承压层303构成，其内径ID₁为0.5～5米，高径比H₁/ID₁为2～20，在一级弥散强化反应器3的顶部开设有与管道2相连通的原料入口、通过管道及安装在管道上的控制阀7与产物分流器 400相连通的气相物料出口32和温度监测器T1接口31，底部开设有底部出口80，中上部设有分别与液位监测器LPT相连的LPT传感器接口33、34，中部及下端侧壁上分别开设有与循环原料300相连的一级循环气入口和驱动导管38，且在一级弥散强化反应器3底部出口80通过U形过渡段4与二级弥散强化反应器5底部入口81相连接，所述的U形过渡段4 由内侧防腐层、中间过渡层和外侧承压层组成，U形过渡段4管道上还开设有与循环原料 300相连通的过渡段循环气入口；所述的二级弥散强化反应器5由二级弥散强化反应器内侧防腐层501、二级弥散强化反应器中间过渡层502和二级弥散强化反应器外侧承压层503 构成，内径ID2为0.5～5米，高径比H₂/ID₂为5～50，在二级弥散强化反应器5顶部开设有温度监测器T2接口56、通过出料管道6与后处理系统500相连通的反应物料出口55，侧壁开设有与循环原料300相连的二级循环气入口。

本实用新型的循环原料300分为四个支路物流B1、B2、B3、B4；

所述的支路物流B1通过第一调节阀3001和连接管道分别与沿轴向均匀开设在一级弥散强化反应器3中部的I阶循环气入口35、II阶循环气入口36和III阶循环气入口37相连通；

所述的支路物流B2通过第二调节阀3002和连接管道与驱动导管38相连通进入主驱动器39；

所述的U形过渡段4管道分为U1段、U0段、U2段，支路物流B3通过第三调节阀3003和连接管道分别与U形过渡段4的U1段、U0段、U2段上开设的循环气入口 41、42、43相连通；

所述的支路物流B4通过第四调节阀3004和连接管道分别与沿轴向均匀开设在二级弥散强化反应器5中部的I阶循环气入口51、II阶循环气入口52、II阶循环气入口53 和IV阶循环气入口54相连通。

气相原料100和液相原料200经过伺服驱动器1后产生的微纳尺度弥散流下行进入一级弥散强化反应器3，循环原料300经第二调节阀3002、驱动导管38在主驱动器39 作用下产生的微纳尺度弥散流上行进入一级弥散强化反应器3，循环原料300经第一调节阀3001及相应的管道进入一级弥散强化反应器3的中部与伺服驱动器1后产生的微纳尺度弥散流、主驱动器39产生的微纳尺度弥散流反应后，反应产物通过气相物料出口 32经控制阀7及相应管道将气相产物送入产物分流器400，一级弥散强化反应器3反应后的液相原料经底部出口和U形过渡段4与经第三调节阀3003与U形过渡段4的第一过渡段循环气入口41、第二过渡段循环气入口42和第三过渡段循环气入口43相连的循环原料300混合后进入二级弥散强化反应器5底部，循环原料300经第四调节阀3004 及相应的管道进入二级弥散强化反应器5的中部与由底部进入的液相原料混合反应后，通过出料管道6送入后处理系统500。

其中，液位监测器LPT用于直接或间接显示一级弥散强化反应器3内部物料的液位，可采用压差式、磁性浮子式、射线式液位计，温度监测器T1、T2用于监测一、二级弥散强化反应器3、5轴向的多点温度。

与现有的重油固定床加氢、沸腾床加氢、悬浮床加氢等加氢处理工艺有本质区别的重劣质油高效轻质化转化装置系统，在实现反应过程强化的同时，大幅提高化工过程原料利用率、目标产物综合收率、目标产物品质、装置产能强度、工艺技术经济性指标。

Claims (9)

1.一种U型双驱动弥散强化反应装置，其特征在于：包括与气相原料(100)、液相原料(200)相连的伺服驱动器(1)，伺服驱动器(1)顶通过管道(2)与一级弥散强化反应器(3)相连，所述的一级弥散强化反应器(3)的顶部开设有与管道(2)相连通的原料入口、与产物分流器(400)相连通的气相物料出口(32)，底部开设有原料出口，中部及下端侧壁上分别开设有与循环原料(300)相连的一级循环气入口和驱动导管(38)，且在一级弥散强化反应器(3)内部驱动导管(38)入口处设置有主驱动器(39)；所述的一级弥散强化反应器(3)底部出口(80)通过U形过渡段(4)与二级弥散强化反应器(5)底部入口(81)相连接，所述U形过渡段(4)管道上还开设有与循环原料(300)相连通的过渡段循环气入口；所述的二级弥散强化反应器(5)顶部开设有通过出料管道(6)与后处理系统(500)相连通的反应物料出口(55)，侧壁开设有与循环原料(300)相连的二级循环气入口。

2.根据权利要求1所述的U型双驱动弥散强化反应装置，其特征在于，所述的伺服驱动器(1)的中下部开设有分别与气相原料(100)、液相原料(200)相连的气相入口(11)和液相入口(21)。

3.根据权利要求1所述的U型双驱动弥散强化反应装置，其特征在于：所述的一级弥散强化反应器(3)由一级弥散强化反应器内侧防腐层(301)、一级弥散强化反应器中间过渡层(302)和一级弥散强化反应器外侧承压层(303)构成，其内径ID₁为0.5～5米，高径比H₁/ID₁为2～20。

4.根据权利要求1所述的U型双驱动弥散强化反应装置，其特征在于：所述的一级弥散强化反应器(3)顶部还设有温度监测器T1接口(31)，中上部设有分别与液位监测器LPT相连的LPT传感器接口(33、34)，气相物料出口(32)通过管道及安装在管道上的控制阀(7)与产物分流器(400)相连通。

5.根据权利要求1所述的U型双驱动弥散强化反应装置，其特征在于，所述的二级弥散强化反应器(5)由二级弥散强化反应器内侧防腐层(501)、二级弥散强化反应器中间过渡层(502)和二级弥散强化反应器外侧承压层(503)构成，内径ID2为0.5～5 米，高径比H₂/ID₂为5～50。

6.根据权利要求1所述的U型双驱动弥散强化反应装置，其特征在于：所述的二级弥散强化反应器(5)顶部设有温度监测器T2接口(56)。

7.根据权利要求1所述的U型双驱动弥散强化反应装置，其特征在于：所述的U形过渡段(4)由内侧防腐层、中间过渡层和外侧承压层组成。

8.根据权利要求1所述的U型双驱动弥散强化反应装置，其特征在于：所述的循环原料(300)分为四个支路物流B1、B2、B3、B4；

所述的支路物流B1通过第一调节阀(3001)和连接管道分别与沿轴向均匀开设在一级弥散强化反应器(3)中部的I阶循环气入口(35)、II阶循环气入口(36)和III阶循环气入口(37)相连通；

所述的支路物流B2通过第二调节阀(3002)和连接管道与驱动导管(38)相连通进入主驱动器(39)；

所述的U形过渡段(4)管道分为U1段、U0段、U2段，支路物流B3通过第三调节阀(3003)和连接管道分别与U形过渡段(4)的U1段、U0段、U2段上开设的循环气入口(41)、(42)、(43)相连通；

所述的支路物流B4通过第四调节阀(3004)和连接管道分别与沿轴向均匀开设在二级弥散强化反应器(5)中部的I阶循环气入口(51)、II阶循环气入口(52)、II阶循环气入口(53)和IV阶循环气入口(54)相连通。

9.根据权利要求1所述的U型双驱动弥散强化反应装置，其特征在于：所述的液相原料(200)为待转化的渣油、超重油、重稠油、页岩油、油砂沥青、FCC油浆或煤焦油。

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