CN219580513U - 一种微气泡强化油品加氢反应系统 - Google Patents

Abstract

一种微气泡强化油品加氢反应系统，涉及石油加工领域，包括下行式固定床加氢反应器和设置在下行式固定床加氢反应器侧部的微气泡发生器，下行式固定床加氢反应器的入口位于其顶部，微气泡发生器的出口与下行式固定床加氢反应的入口通过倒U型管道相连，微气泡发生器的气相入口位于其底部，气相入口用于供氢气进入微气泡发生器内，微气泡发生器的液相入口位于其侧部，液相入口用于供原料油通入微气泡发生器内。本实用新型能够有助于微气泡的产生与稳定，更好的发挥微气泡强化油品加氢的效果，解决现有加氢技术中为达到产品质量合格而不断提高反应苛刻度，从而增大装置设备投资和运行能耗的问题。

Description

一种微气泡强化油品加氢反应系统

技术领域

本实用新型涉及石油加工领域，具体的说是一种微气泡强化油品加氢反应系统。

背景技术

随着环保要求的日趋严格，产品质量升级步伐加快，同时市场上对油品需求保持相对较快的增长速度，限制油品中的硫含量是生产清洁燃料和控制排放污染最有效的方法之一，而加氢技术的进步发展是解决该问题的关键技术。此外，加氢过程还可以有效地降低油品中的氮含量、金属含量等，同时还可以将不饱和烃类饱和，从而实现油品精制和重油轻质化等目的。

加氢过程属于典型的气液固三相反应，内外扩散和传质过程对加氢反应具有较大的影响。而反应的传质速率又影响装置的生产效率，进而直接决定着生产过程的能耗及产品市场竞争力等因素。因此，强化反应的传质过程可以达到提高多相反应的反应速率，缓和反应条件等效果。其中，通过微气泡强化将反应物中气相组分破碎成微米级与液相反应物进行反应的方法可以大大优化传质效果，在当今炼油行业中受到广泛推崇。

通过使用微气泡强化方式强化油品加氢，进而实现降低投资和操作费用等目的，目前已公开了多项发明专利。

CN111482141A公开了一种下置式渣油加氢乳化床微界面强化反应装置，通过流体湍流微结构与机械微结构共同作用形成小微米级气泡，并形成微界面或纳微界面气液反应体系。该方法通过微界面强化体系在上行式反应器中强化渣油加氢效果。但上行式反应器与传统下行式反应器相比，具有床层不稳定、压降较大、流体分布不均、径向温差大等缺陷。同时，与下行式相比，上行式反应器对现有装置改造难度较大。

CN111686644A公开了一种下行式固定床油品加氢微界面强化反应系统，解决现有氢气与油品接触面积小而不能充分反应从而耗能大的问题。将微界面发生器设置在固定床反应器的上部，在加氢反应过程中将氢气的压力能和油品的动能转化为氢气气泡的表面能，使氢气气泡破碎为微气泡，并使所述微气泡与所述油品混合形成气液乳化物，气液乳化物通过固定床反应器的上部进入固定床反应器内再进行后续反应。具有能耗低、操作压力低，气液传质相界面积大，表观反应速度快，气体利用率高等优点。但该法将微界面发生器直接设置于反应器顶部，微气泡流动受重力影响较大，在气液混合相中，液体受重力影响向下运动，气泡受浮力影响向上运动，当液体流速小于气体速度，形成的微气泡会发生聚并，聚并为大气泡，因此，不利于气泡的形成与稳定。

综上所述，目前国内专利所述微气泡在油品中的利用情况多设置于上行式反应器底部或直接置于下行式反应器顶部，微气泡强化通过增加气液两相的接触面积来降低传质阻力，进而强化油品加氢效果。但在实现效果上仍存在以下三个问题：1.上行式反应器与下行式反应器相比，具有床层不稳定，催化剂易流失，压降较大，流体分布不均，径向温差较大的缺点，对加氢反应本身可能存在不利影响；2.目前国内的工业加氢反应器多为下行式反应器，若采用上行式微气泡强化，需改造反应器内构件及大量管线，施工改造造价高，难度大；3.微气泡发生器直接置于下行式反应器顶部，由于重力的影响，不利于微气泡的产生与稳定。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种微气泡强化油品加氢反应系统，能够有助于微气泡的产生与稳定，更好的发挥微气泡强化油品加氢的效果，解决现有加氢技术中为达到产品质量合格而不断提高反应苛刻度，从而增大装置设备投资和运行能耗的问题。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的具体方案为：一种微气泡强化油品加氢反应系统，包括下行式固定床加氢反应器和设置在下行式固定床加氢反应器侧部的微气泡发生器，下行式固定床加氢反应器的入口位于其顶部，微气泡发生器的出口与下行式固定床加氢反应的入口通过倒U型管道相连，微气泡发生器的气相入口位于其底部，气相入口用于供氢气进入微气泡发生器内，微气泡发生器的液相入口位于其侧部，液相入口用于供原料油通入微气泡发生器内。

作为上述技术方案的进一步优化，微气泡发生器的液相入口连接有用于输送原料油的原料管线，原料管线上连接有对原料油加热的加热装置。

作为上述技术方案的进一步优化，微气泡发生器的气相入口连接有用于输送氢气的氢气管线，氢气管线上设置有氢气换热器。

作为上述技术方案的进一步优化，氢气管线上设置有能够向原料管线输送氢气的氢气支线。

作为上述技术方案的进一步优化，原料管线上设置有与氢气支线连接的溶氢器。

作为上述技术方案的进一步优化，溶氢器位于加热装置的上游。

作为上述技术方案的进一步优化，加热装置为加热炉，原料管线从加热炉中穿过。

作为上述技术方案的进一步优化，下行式固定床加氢反应器的出口位于其底部，并连接有加氢油品排出管线，加氢油品排出管线上设置有微气泡速灭器。

作为上述技术方案的进一步优化，位于微气泡速灭器下游的加氢油品排出管线上设置有气液分离器。

作为上述技术方案的进一步优化，气液分离器的分离器气相出口与下游气相分离设备相连，分离器液相出口与分馏塔连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：本实用新型将微气泡发生器应用于传统下行式固定床加氢反应器中，采用微气泡强化下行床加氢技术，避免了上行式油品加氢可能导致的床层不稳定，易携带出催化剂，压降较大，流体分布不均，径向温差较大等问题，同时，下行式油品加氢技术工艺成熟，内构件技术成熟，装置运行稳定，对现有装置进行改造难度较低。

本实用新型中微气泡发生器置于下行式固定床加氢反应器侧部，气相从微气泡发生器下部进入，液相从微气泡发生器侧部进入，可充分发挥微气泡发生器的强化作用，易于微气泡的生成与稳定，将微气泡发生器出口与下行式固定床加氢反应器顶部的入口通过倒U型管道相连接，微气泡发生器内气液混合向上流动，同样有利于微气泡的生成与稳定。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

附图标记：1、原料管线，2、溶氢器，3、加热炉，4、氢气管线，5、氢气支线，6、氢气换热器，7、微气泡发生器，8、倒U型管道，9、下行式固定床加氢反应器，10、加氢油品排出管线，11、微气泡速灭器，12、气液分离器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细阐述，本实用新型以下实施例中未详细记载和公开的部分，均应理解为本领域技术人员所知晓或应当知晓的现有技术。

如图1所示，本实用新型为一种微气泡强化油品加氢反应系统，包括下行式固定床加氢反应器9和微气泡发生器7，微气泡发生器7的气相入口连接有用于输送氢气的氢气管线4，氢气管线4上设置有氢气换热器6，氢气换热器6用于将氢气换热至所需温度后通入微气泡发生器7内。

微气泡发生器7的液相入口连接有用于输送原料油的原料管线1，原料管线1上连接有对原料油加热的加热装置，加热装置为加热炉3，原料管线1从加热炉3中穿过。

氢气管线4上还设置有能够向原料管线1输送氢气的氢气支线5，原料管线1上位于加热炉3的上游设置有溶氢器2，溶氢器2入口分别与原料管线1和氢气支线5相连，溶氢后的原料油从溶氢器2出口通过管线与原料加热炉3相连，经加热炉3加热后通入微气泡发生器7内，溶氢器2用于一部分氢气与原料油的炉前混氢，可以防止结焦。

微气泡发生器7用于将部分溶氢后的原料油与换热后的氢气混合并产生微气泡。微气泡发生器7的气相入口位于其底部并与氢气管线4相连，气相入口用于供氢气进入微气泡发生器7内，微气泡发生器7的液相入口位于其侧部并与加热炉3出口相连，液相入口用于供溶氢后的原料油通入微气泡发生器7内。本实用新型中气相从微气泡发生器7下部进入，液相从微气泡发生器7侧部进入，可充分发挥微气泡发生器7的强化作用，易于微气泡的生成与稳定。

微气泡发生器7位于下行式固定床加氢反应器9的一侧，下行式固定床加氢反应器9的入口位于其顶部，微气泡发生器7的出口与下行式固定床加氢反应器9的入口通过倒U型管道8相连，微气泡发生器7内气液混合向上流动，有利于微气泡的生成与稳定。若微气泡发生器直接置于下行式固定床加氢反应器顶部，液体受重力作用会发生以下两个问题，一、在气液混合相中，液体受重力影响向下运动，气泡受浮力影响向上运动，当液体流速小于气体速度，形成的微气泡会发生聚并，聚并为大气泡；二、液体受重力作用向下流动，与上行床相比易产生空腔，在空腔中无法形成微气泡，因此现有技术中微气泡发生器直接置于下行式固定床加氢反应器顶部的设计不利于微气泡的产生与稳定。

需要说明的是，倒U型管道8可以为一根整体结构为倒U型的连接管道，也可以是由多根连接管道组装而成的倒U型结构。

下行式固定床加氢反应器9的出口位于其底部，并连接有加氢油品排出管线10，下行式固定床加氢反应器9为油品加氢反应场所，内部装填专用加氢催化剂，反应原料油及氢气自下行式固定床加氢反应器9顶部进入，反应后加氢油品自下行式固定床加氢反应器9底部流出。

由于加氢反应后油品中仍存在部分微气泡，若不破碎该部分微气泡，则不利于操作安全及后续的产物分离，因此在加氢油品排出管线10上设置有微气泡速灭器11。微气泡速灭器11设置在下行式固定床加氢反应器9的出口，且微气泡速灭器11上部设置微气泡速灭助剂加料口，加氢后的油品通过微气泡速灭器11及加注的微气泡速灭助剂进行微气泡的速灭破碎。

位于微气泡速灭器11下游的加氢油品排出管线10上设置有气液分离器12，气液分离器12将产物中的过量氢气、硫化氢及部分其他气相产物与液相产物进行分离。气液分离器12入口与微气泡速灭器11出口相连，气液分离器12气相出口与下游气相分离设备相连，气液分离器12液相出口产出加氢油品，输送至分馏塔进行分馏。

本实用新型在使用时，可参照以下微气泡强化油品加氢工艺方法，具体实施方案如下：加氢原料油可以为原油及全馏分油品汽油、柴油、蜡油、渣油、油浆等，也可以为催化裂化、延迟焦化等二次加工油品以及乙烯裂解装置等所产生油品。

该加氢工艺所需氢气通过两路进入下行式固定床加氢反应器9。第一路氢气在溶氢器2中与原料油充分混合后进入加热炉3，进料温度在220～390℃之间，优选为220～370℃，此时原料油中的氢气达到当前原料油品在该温度压力下的最大溶氢量。第一路氢气占总氢气量的3％～30％，优选为3％～20％。第二路氢气经氢气换热器6换热后从微气泡发生器7下部进入，与溶氢后的原料油在微气泡发生器7内进行微气泡的发生，经微气泡发生器7作用后以微气泡的形式，由倒U型管道8进入下行式固定床加氢反应器9顶部，并由下行式固定床加氢反应器9顶部进入反应器内。

下行式固定床加氢反应器9内装填催化剂床层，图1中以三层为例。油品以微气泡形式进入下行式固定床加氢反应器9进行加氢反应，反应后的油品由下行式固定床加氢反应器9底部排出，进入微气泡速灭器11。原料油在下行式固定床加氢反应器9中与氢气进行加氢精制等反应。

反应完成后，反应产物经下行式固定床加氢反应器9底部流出进入微气泡速灭器11，微气泡速灭器11内加注微气泡速灭助剂，在微气泡速灭器11与微气泡速灭助剂共同作用下，对反应后剩余的微气泡及未参与反应的微气泡进行破碎，进入气液分离器12。

在气液分离器12中进行气液分离反应时，气相部分为未参与反应的氢气、硫化氢及少量轻烃组分，由气液分离器12上部排出并送至气相单元，液相部分为加氢后油品，液相组分由下部排出并送至分馏塔进行分馏。

该工艺的主要工艺参数为：反应温度为220～370℃，反应压力为3.0～12.0MPa，氢油比为200～1000，体积空速为0.5～5.0h^-1。

本实用新型采用微气泡强化下行床加氢技术，通过微气泡发生器7产生出稳定的微气泡，以微米到毫米级别的氢气气泡与油品混合，进行微气泡强化油品加氢反应。可用于不同油品加氢反应及其他气液固三相反应。本实用新型较已有的传统加氢工艺具有原料适应性广，操作条件缓和，氢油比小，能耗低等优势。

以下就以上工艺调整反应压力及原料油进行多个实施例试验，并对实施例与对照例结果进行脱硫率对比，对照例即为常规下行式固定床加氢流程。

实施例1：

采用本实用新型的微气泡强化油品加氢反应系统进行直馏柴油加氢试验，工艺条件及结果见表1。

实施例2：

采用微气泡发生器置于反应器顶部的微气泡强化油品加氢装置进行直馏柴油加氢试验，工艺条件及结果见表1。

实施例3：

采用上行式微气泡强化油品加氢装置进行直馏柴油加氢试验，工艺条件及结果见表1。

实施例4：

采用本实用新型的微气泡强化油品加氢反应系统进行航空煤油加氢试验，工艺条件及结果见表2。

实施例5：

采用微气泡发生器置于反应器顶部的微气泡强化油品加氢装置进行航空煤油加氢试验，工艺条件及结果见表2。

实施例6：

采用上行式微气泡强化油品加氢装置进行航空煤油加氢试验，工艺条件及结果见表2。

实施例7：

采用本实用新型的微气泡强化油品加氢反应系统进行蜡油加氢试验，工艺条件及结果见表3。

实施例8：

采用微气泡发生器置于反应器顶部的微气泡强化油品加氢装置进行蜡油加氢试验，工艺条件及结果见表3。

实施例9：

采用上行式微气泡强化油品加氢装置进行蜡油加氢试验，工艺条件及结果见表3。

实施例10：

采用本实用新型的微气泡强化油品加氢反应系统进行渣油加氢试验，工艺条件及结果见表4。

实施例11：

采用微气泡发生器置于反应器顶部的微气泡强化油品加氢装置进行渣油加氢试验，工艺条件及结果见表4。

实施例12：

采用上行式微气泡强化油品加氢装置进行渣油加氢试验，工艺条件及结果见表4。

对照例1：

采用传统加氢装置进行直馏柴油加氢试验，工艺条件及结果见表1。

对照例2：

采用传统加氢装置进行航空煤油加氢试验，工艺条件及结果见表2。

对照例3：

采用传统加氢装置进行蜡油加氢试验，工艺条件及结果见表3。

对照例4：

采用传统加氢装置进行渣油加氢试验，工艺条件及结果见表4。

表1柴油加氢脱硫

操作条件	实施例1	实施例2	实施例3	对照例1
					温度，℃	370	370	370	370
压力，MPa	5.0	5.0	5.0	8.0
					空速，h-1	1.0	1.0	1.0	1.0
氢油比	400	400	400	400
					脱硫率，％	99.51	98.89	99.22	97.55

表2航煤加氢脱硫

操作条件	实施例4	实施例5	实施例6	对照例2
					温度，℃	260	260	260	260
压力，MPa	2.0	2.0	2.0	2.5
					空速，h-1	3.0	3.0	3.0	3.0
氢油比	100	100	100	100
					脱硫率，％	63.79	61.93	63.66	59.85

表3蜡油加氢脱硫

操作条件	实施例7	实施例8	实施例9	对照例3
					温度，℃	360	360	360	360
压力，MPa	7.0	7.0	7.0	10.0
					空速，h-1	1.0	1.0	1.0	1.0
氢油比	600	600	600	600
					脱硫率，％	91.05	90.37	90.69	90.46

表4渣油加氢脱硫

操作条件	实施例10	实施例11	实施例12	对照例4
					温度，℃	370	370	370	370
压力，MPa	12.0	12.0	12.0	16.0
					空速，h-1	0.2	0.2	0.2	0.2
氢油比	750	750	750	750
					脱硫率，％	90.58	85.55	88.72	86.95

由实施例和对照例结果可知，本实用新型微气泡强化油品加氢反应系统能够在保证脱硫脱氮效果的同时，降低反应器压力，提高反应器利用效率。预期整个反应系统在投资和能耗上均优于传统加氢工艺，尤其适用于柴油，航空煤油，蜡油，渣油等加氢工艺，并预期可解决目前渣油加氢装置上普遍存在的长周期运行的问题，为企业带来可观的经济效益，并产生良好的社会效益。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，包括下行式固定床加氢反应器(9)和设置在下行式固定床加氢反应器(9)侧部的微气泡发生器(7)，下行式固定床加氢反应器(9)的入口位于其顶部，微气泡发生器(7)的出口与下行式固定床加氢反应器(9)的入口通过倒U型管道(8)相连，微气泡发生器(7)的气相入口位于其底部，气相入口用于供氢气进入微气泡发生器(7)内，微气泡发生器(7)的液相入口位于其侧部，液相入口用于供原料油通入微气泡发生器(7)内。

2.根据权利要求1所述的一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，微气泡发生器(7)的液相入口连接有用于输送原料油的原料管线(1)，原料管线(1)上连接有对原料油加热的加热装置。

3.根据权利要求2所述的一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，微气泡发生器(7)的气相入口连接有用于输送氢气的氢气管线(4)，氢气管线(4)上设置有氢气换热器(6)。

4.根据权利要求3所述的一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，氢气管线(4)上设置有能够向原料管线(1)输送氢气的氢气支线(5)。

5.根据权利要求4所述的一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，原料管线(1)上设置有与氢气支线(5)连接的溶氢器(2)。

6.根据权利要求5所述的一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，溶氢器(2)位于加热装置的上游。

7.根据权利要求2或6所述的一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，加热装置为加热炉(3)，原料管线(1)从加热炉(3)中穿过。

8.根据权利要求1所述的一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，下行式固定床加氢反应器(9)的出口位于其底部，并连接有加氢油品排出管线(10)，加氢油品排出管线(10)上设置有微气泡速灭器(11)。

9.根据权利要求8所述的一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，位于微气泡速灭器(11)下游的加氢油品排出管线(10)上设置有气液分离器(12)。

10.根据权利要求9所述的一种微气泡强化油品加氢反应系统，其特征在于，气液分离器(12)的分离器气相出口与下游气相分离设备相连，分离器液相出口与分馏塔连接。