背景技术
加氢裂化工艺技术是原油深度加工的重要技术,同时也是唯一可以在原料轻质化时直接生产优质化工原料的手段,最近几年以来加氢裂化工艺已经成为现代炼化企业的桥梁技术。加氢裂化在石油的炼制过程中在较高的压力和温度下,氢气经催化剂作用使重质油发生加氢、裂化和异构化反应,转化为轻质油(汽油、煤油、柴油,或催化裂化、裂解制烯烃的原料)的加工过程。
加氢裂化在进行催化裂化反应同时伴随有烃类加氢反应。加氢裂化实质上是加氢和催化裂化过程的有机结合,能够使重质油品通过催化裂化反应生成汽油、煤油和柴油等轻质油品,又可以防止生成大量的焦炭,还可以将原料中的硫、氮、氧等杂质脱除,并使烯烃饱和。加氢裂化具有轻质油收率高、产品质量好的突出特点。
目前的加氢裂化工艺一般采用固定床反应器,根据原料性质、产品要求和处理量的大小,加氢裂化装置一般按照两种流程操作:一段加氢裂化和两段加氢裂化。除固定床加氢裂化外,还有沸腾床加氢裂化和悬浮床加氢裂化等工艺。
然而,越来越多的固定床加氢反应器在加氢处理过程中,存在一些突出的问题。一是原料在反应器中存在过度加氢裂化的问题,绝大多数固定床加氢反应器原料油和氢气均为并流操作,在提高总体收率的同时,会导致部分轻馏分过度裂化,目的产率过低。二是加氢裂化反应是强放热反应,反应过程中,反应器存在飞温的情况,现阶段大多采用在反应器中设置冷氢箱,利用冷氢带走热量,从而控制反应温度,但是增加了氢气耗量。另外,如果反应器入口温度控制不好依然会出现飞温的现象。三是原料的劣质化以及催化剂装填问题导致反应器床层堵塞,影响工业装置运行周期。
沸腾床较好地解决了劣质重油的转化率较低的问题,但操作非常复杂,气固相停留时间难以控制,存在降低目的产物收率的风险。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的之一在于,提供一种加氢裂化反应器,从而改善反应器床层过热、床层堵塞等问题。
本实用新型的另一目的在于,提供一种加氢裂化反应器,从而提高目的产物收率。
为实现上述目的,本实用新型提供了一种加氢裂化反应器,其包括:多级反应单元,其独立设置,每一个反应单元包括:原料进口和氢气进口,其分别设置在反应单元的顶部和底部,氢气进口与氢气源相连接;反应区,其设有催化剂层,催化剂层的宽高比为2:1~10:1,优选为3:1~6:1;以及重组分产物出口和轻组分产物出口,其分别设置在反应单元的底部和顶部,重组分产物出口连接至下一级反应单元的原料进口。
进一步,上述技术方案中,各级反应单元的催化剂层的厚度相同或不同。
进一步,上述技术方案中,催化剂层的厚度为100mm~800mm。
进一步,上述技术方案中,各级反应单元的催化剂层的催化剂相同或不同。
进一步,上述技术方案中,催化剂层的催化剂的直径为2mm~10mm。
进一步,上述技术方案中,催化剂层的催化剂为多孔催化剂。
进一步,上述技术方案中,各级反应单元的温度和压力独立控制。
进一步,上述技术方案中,反应单元的轻组分产物出口汇合后连接至气液分离单元。
进一步,上述技术方案中,氢气进口处设有氢气分布器。
进一步,上述技术方案中,原料进口处设有原料油分布器。
与现有技术相比,本实用新型具有如下有益效果:
1. 原料或重组分产物与氢气在每一级反应单元内为逆流接触,每级反应单元独立进氢,反应生成的轻组分产物可在逆流气体(氢气)的携带作用下,迅速离开反应体系,促使催化加氢反应向正向进行,大大提高反应效率,同时又避免了轻组分的过度裂化,可增强目的产物的收率,并且可以通过工艺参数条件来控制反应深度。
2. 氢气从各段加氢裂化反应段的底部通入,携带轻组分反应产物的同时,带走大量反应热,可使各级反应区内的温度保持稳定,避免过热结焦。同时,轻组分产物可以从各级反应单元顶部迅速离开反应体系,相同工艺条件下,使得反应单元内的氢气分压明显要高于传统的固定床加氢反应器,提高了氢气利用率。
3. 原料油通过本实用新型的加氢裂化反应器后直接得到轻馏分油和重馏分油,无需设置专门的分馏塔进行分离,节省投资和能耗。
4. 各级反应单元都是独立设置,可根据反应需求,独立填装所需催化剂、独立控制反应温度、压力等参数,提高灵活性并充分发挥催化剂的性能。
上述说明仅为本实用新型技术方案的概述,为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段并可依据说明书的内容予以实施,同时为了使本实用新型的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂,以下列举一个或多个优选实施例,并配合附图详细说明如下。
具体实施方式
下面结合附图,对本实用新型的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中,为了描述的方便,可以使用空间相对术语,诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等,来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是,空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如,如果在图中的物件被翻转,则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此,示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中,术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位,并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之,在一些实施例中,术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
如图1所示,根据本实用新型具体实施方式的加氢裂化反应器,其包括多级反应单元。示例性地,本实用新型的加氢裂化反应器包括相互独立设置、串联连接的反应单元:第一级反应单元1、第二级反应单元2、第三级反应单元3……第N级反应单元n。原料进口11、21、31、n1设置在各级反应单元的顶部,氢气进口12、22、32、n2设置在各级反应单元的底部,原料和氢气在反应区的催化剂层10、20、30、n0中逆流接触发生反应,反应生成的轻组分在氢气的携带下向上流动,通过各级反应单元顶部的轻组分产物出口14、24、34、n4流出反应区,未完全反应的重组分产物向下通过各级反应单元底部的重组分产物出口13、23、33、n3流出,非最后一级反应单元的重组分产物出口与下一级反应单元的原料进口相连接,重组分产物逐级向下进行反应,最终通过第N级反应单元n(最后一级反应单元)的重组分产物出口n3收集,并可以循环至各级反应单元原料进口。氢气进口12、22、32、n2与氢气源100相连接。示例性地,催化剂层采用薄片结构,其宽高比为2:1~10:1,使得轻组分产物能够及时随氢气排出,避免轻组分产物过度裂化。反应单元的级数可以根据原料油的性质或所需产品的性质来设定,也可以根据加氢裂化反应深度来设定,本实用新型并不以此为限。
进一步地,在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中,各级反应单元的催化剂层的厚度相同或不同。进一步地,在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中,各级反应单元的催化剂层的催化剂相同或不同。本实用新型的加氢裂化反应器可以灵活调整生产方案,以充分利用催化剂的性能,提高反应效率,并获得较高的目的产物收率。
进一步地,在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中,催化剂层10、20、30、n0的厚度为100mm~800mm,优选为200mm~500mm。进一步地,在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中,催化剂层10、20、30、n0的催化剂的直径为2mm~10mm。进一步地,在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中,催化剂层10、20、30、n0的催化剂为多孔催化剂。各级催化剂层10、20、30、n0的催化剂可以是具有任何加氢反应功能的催化剂,例如,加氢脱硫催化剂、加氢脱氮催化剂、加氢裂化催化剂等。催化剂可以为各种形状,例如,圆柱形、三叶草形等,催化剂也可以负载于各种形状的载体上,例如,负载于陶瓷材质的蜂窝体、鲍尔环、拉西环、矩鞍环、鞍形、开孔环类型、半环、阶梯环、双弧、海尔环、共轭环、扁环、花环、空心球等填料上。
进一步地,在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中,各级反应单元的温度和压力独立控制。由于本实用新型中各级反应单元为独立设置,因此各级反应单元的反应工艺条件可以独立控制,能够随着相应的催化剂层的变化而变化,从而充分发挥催化剂的性能。通过控制不同反应单元的温度、压力等参数能够及时调整反应深度,灵活度高。
进一步地,在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中,各级反应单元的轻组分产物出口14、24、34、n4汇合至轻组分产物总线200后连接至气液分离单元(图中未示出)。
进一步地,在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中,氢气进口12、22、32、n2处设有氢气分布器(图中未示出);原料进口11、21、31、n1处设有原料油分布器。本实用新型中,氢气分布器和原料油分布器可以为本领域中的常规分布器,例如,莲蓬头式分布器、盘管式分布器、多孔直管式分布器、直管挡板式分布器、折流板式分布器、切向环流式分布器、旋转叶片分布器、双列叶片式分布器等。优选而非限制性地,原料油分布器选用多孔管式分布器或直管挡板式分布器。
下面以具体实施例的方式更详细地说明本实用新型的加氢裂化反应器,应了解的是,实施例仅为示例性的,本实用新型并不以此为限。
反应催化剂为抚顺石油化工研究院研制开发的FC-70加氢裂化催化剂,以催化柴油作为试验原料,原料油的主要性质参见表1。
表1原料油的主要性质
项目 |
数值 |
密度(20℃),kg/m<sup>3</sup> |
927.8 |
馏程,℃ |
|
IBP/10% |
169.2/231.6 |
30%/50% |
243.7/256.1 |
70%/90% |
279.2/323.3 |
95%/ EBP |
343.6/353.6 |
硫含量,ng/ul |
310 |
氮含量,ng/ul |
9.1 |
实施例1
本实施例的加氢裂化反应器,以催化柴油为原料(原料油的主要性质参见表1),设置三级反应单元,加氢裂化第一级、第二级、第三级反应单元的反应温度相同,反应压力相同。
本实施例的工艺过程如下:如图1所示,原料油从原料进口11进入第一级反应单元1顶部,氢气从氢气进口12、22、32进入各级反应单元底部并向上进入各级催化剂层,原料油和氢气在催化剂层10、20、30中逆向接触发生反应后,轻组分向上流出各级反应区,最终生成轻组分产品;重组分产物逐级向下进行反应,最终通过第三级反应单元3的重组分产物出口33流出加氢裂化反应器。
本实施例的原料性质参见表1所示,催化剂层的温升变化参见表2所示,工艺条件及产品分布参见表3所示。
实施例2
本实施例的加氢裂化反应器,以催化柴油为原料(原料油的主要性质参见表1),设置三级反应单元,加氢裂化第一级、第二级、第三级反应单元的反应温度逐级递增,反应压力相同。
本实施例的工艺过程如下:如图1所示,原料油从原料进口11进入第一级反应单元1顶部,氢气从氢气进口12、22、32进入各级反应单元底部并向上进入各级催化剂层,原料油和氢气在催化剂层10、20、30中逆向接触发生反应后,轻组分向上流出各级反应区,最终生成轻组分产品;重组分产物逐级向下进行反应,最终通过第三级反应单元3的重组分产物出口33流出加氢裂化反应器。
本实施例的原料性质参见表1所示,催化剂层的温升变化参见表2所示,工艺条件及产品分布参见表3所示。
实施例3
本实施例的加氢裂化反应器,以催化柴油为原料(原料油的主要性质参见表1),设置三级反应单元,加氢裂化第一级、第二级、第三级反应单元的反应温度相同,反应压力逐级递增。
本实施例的工艺过程如下:如图1所示,原料油从原料进口11进入第一级反应单元1顶部,氢气从氢气进口12、22、32进入各级反应单元底部并向上进入各级催化剂层,原料油和氢气在催化剂层10、20、30中逆向接触发生反应后,轻组分向上流出各级反应区,最终生成轻组分产品;重组分产物逐级向下进行反应,最终通过第三级反应单元3的重组分产物出口33流出加氢裂化反应器。
本实施例的原料性质参见表1所示,催化剂层的温升变化参见表2所示,工艺条件及产品分布参见表3所示。
比较例1
本比较例采用常规的一段串联一次通过的工艺流程,以催化柴油为原料,反应器填装三个催化剂床层。
表2 催化剂床层温升变化
床层温度 |
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
比较例1 |
第一催化剂床层入口 |
376.1 |
376.0 |
376.3 |
370.6 |
第一催化剂床层出口 |
376.7 |
376.3 |
377.0 |
382.7 |
第二催化剂床层入口 |
376.5 |
381.1 |
376.5 |
376.8 |
第二催化剂床层出口 |
377.3 |
381.5 |
376.9 |
388.8 |
第三催化剂床层入口 |
376.8 |
385.6 |
376.7 |
377.6 |
第三催化剂床层出口 |
377.0 |
386.1 |
377.7 |
386.3 |
最大床层温升,℃ |
0.8 |
0.5 |
1.0 |
12.0 |
表3 工艺条件及产品分布
工艺条件 |
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
比较例1 |
反应压力 /MPa |
|
|
|
|
第一催化剂床层 |
8 |
8 |
8 |
8 |
第二催化剂床层 |
8 |
8 |
9 |
8 |
第三催化剂床层 |
8 |
8 |
10 |
8 |
氢油体积比 |
1000:1 |
1000:1 |
1000:1 |
1000:1 |
体积空速/h<sup>-1</sup> |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
反应温度/℃ |
|
|
|
|
第一催化剂床层 |
375 |
375 |
375 |
375 |
第二催化剂床层 |
375 |
380 |
375 |
375 |
第三催化剂床层 |
375 |
385 |
375 |
375 |
产品分布/% |
|
|
|
|
轻石脑油 |
8.3 |
9.1 |
9.3 |
10.2 |
重石脑油 |
51.4 |
56.7 |
57.2 |
42.8 |
柴油及其它 |
36.6 |
33.1 |
32.3 |
42.2 |
由表2可知,采用本实用新型的加氢裂化反应器,催化剂床层的温差明显降低,消除了加氢反应的过热现象。
本实用新型的加氢裂化反应器能够直接生产出石脑油产品,而传统固定床反应器裂化后的馏分油需要进入下一步的分馏塔进行分馏,才能切出石脑油馏分和柴油。
由表3、表4可知,催化柴油通过本实用新型在工艺参数基本相同的条件下,可以有效降低轻组分的过度裂化,提高石脑油的收率。
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。