一種兩相加氫反應器中的溶氫方法
2023-05-30 01:13:21 4
一種兩相加氫反應器中的溶氫方法
【專利摘要】本發明提供一種兩相加氫反應器的溶氫方法，可以在催化劑床層間實現氫氣溶解，促進加氫反應。在至少一個催化劑床層上部設置溶氫設備，溶氫設備包括液相收集盤、氣相循環通道和氣相隔離盤，液相收集盤設置在氣相隔離盤的上部，液相收集盤上設置至少一個文丘裡型噴嘴。本發明液相物料均勻分布到各文丘裡型噴嘴中，噴射出高速液流，高速液流流出擴大段時產生負壓，將氣相室中氣相吸入。在液流所形成的強烈的湍流場中，氣相被分割成大量而穩定的微氣泡，從而實現氣液傳質，氫氣溶解在油中。
【專利說明】一種兩相加氫反應器中的溶氫方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種兩相加氫反應器的溶氫方法，具體地說涉及一種柴油原料兩相加氫生產優質柴油產品的兩相加氫反應器溶氫的方法，屬於石油化工領域。
【背景技術】
[0002]隨著人們環保意識的不斷增強，環保法律法規對發動機尾氣排放要求更加嚴格，各種燃油標準要求S、N的含量也更加苛刻。同時由於原油開採量的不斷增加和常規原油儲量的不斷減少，原油劣質化趨勢越來越嚴重，原油直接蒸餾得到的中間餾分油及焦化、催化裂化等二次加工得到的中間餾分的S、N含量也相應增加，如何將硫、氮等雜質含量較高的中間餾分加工成滿足環保要求的產品是各煉廠所面臨的重要問題。
[0003]加氫過程是脫除中間餾分雜質的最經濟有效的方案。現有的大部分加氫裝置都採用較高的氫油比和氫分壓，以保證催化劑運轉壽命，促進加氫脫硫、脫氮、芳烴飽和及裂化等反應。然而壓力較高的氫氣循環系統需要高的投資費用和操作成本，間接地增加了油品的生產成本。
[0004]隨著技術人員對加氫技術的不斷深入理解，一種兩相加氫技術被開發出來。在原料和稀釋油中溶解過飽和氫氣，直接進入反應器進行加氫反應，取消循環氫系統，降低成本。由於取消了循環氫系統，所以該工藝對原料的適應性具有一定的局限性。該技術在反應過程中主要為兩 相，即液相(原料油及稀釋油)和固相(催化劑)，本專利中稱該工藝為兩相加氫技術。
[0005]兩相加氫技術的關鍵在於油中氫氣的溶解量，氫氣的溶解量越多，加氫效果越好，如果溶解的氫氣量不足，在反應器的後半部分會因為沒有氫氣而發生熱聚反應，催化劑上大量積炭，甚至導致反應器床層壓降升高，所以兩相加氫技術都採用大量的循環油攜帶反應用氫氣。通常為減少循環油用量，降低能耗，兩相加氫技術的反應器一般較小，並在反應器之間設置溶氫設備，以促進加氫反應深度。
[0006]US6881326介紹了一種兩相加氫預處理技術。其工藝過程為新鮮原料油、循環油和氫氣經過一個混氫裝置將氫氣溶解在油中，溶解氫氣的油進入較小的反應器與催化劑接觸進行加氫反應，脫出油中的雜質。反應後物流一部分循環至混氫裝置，一部分作為產品從裝置排出。此方法採用原料和循環油進入反應器前將所需氫氣預先溶解在油中，可以省略循環氫系統。該方法反應器一般較小，反應器之間需要設置溶氫設備，且需要大量的循環油攜帶氫氣。
【發明內容】
[0007]針對現有技術的不足，本發明提供一種兩相加氫反應器的溶氫方法，可以在催化劑床層間實現氫氣溶解，促進加氫反應。
[0008]本發明兩相加氫反應器的溶氫方法，在兩相加氫反應器內設置至少兩個催化劑床層，採用上進料下出料的操作方式；在至少一個催化劑床層上部設置溶氫設備；溶氫設備包括液相收集盤、氣相循環通道和氣相隔離盤，液相收集盤設置在氣相隔離盤的上部；液相收集盤上設置至少一個文丘裡型噴嘴，氣相隔離盤上方與液相收集盤下方所圍成的空間為氣相室，氣相室設置補充氫氣入口 ；文丘裡型噴嘴的下端穿過氣相隔離盤；氣相隔離盤下部與文丘裡型噴嘴對應下部設置氫氣導流筒，氫氣導流筒與文丘裡型噴嘴下部之間形成環隙；氣相隔離盤與下部的催化劑床層之間設置氣液分離空間，並設置反應後氣相的排出通道，氣液分離空間與氣相室之間設置連接通道。
[0009]本發明中，氫氣導流筒與文丘裡型噴嘴下部之間形成環隙的量小處間隙為5~50mm。文丘裡型噴嘴下端開口截面積之和為反應器進料口截面積的0.5~2倍。文丘裡型噴嘴的數量根據反應器的規模具體確定。
[0010]本發明中，液相物料均勻分布到各文丘裡型噴嘴中，噴射出高速液流，高速液流流出擴大段時產生負壓，將氣相室中氣相吸入。在液流所形成的強烈的湍流場中，氣相被分割成大量而穩定的微氣泡，從而實現氣液傳質，氫氣溶解在油中。
[0011]本發明中，氣液分離空間與氣相室之間設置連接通道，氣相室中的氣相被高速液流帶走後，壓力降低，氣相會從氣液分離空間自動得到補充，形成氣相的自動循環；氣相室設置補充氫氣入口，在氣液分離空間頂部設置反應後氣相的排出通道，可以根據反應氣相內反應廢氣含量的高低，定期排出廢氣，補充新鮮氫氣。
[0012]本發明一種兩相加氫方法，採用本發明的兩相加氫反應器的溶氫方法，以沸程大於120°C的任意餾分油為原料，在加氫條件下，進行兩相加氫反應，反應液相流出物部分循環回反應器。
[0013]本發明兩相加氫工藝操作條件為:反應溫度100~400°C，優選260~380°C ;反應壓力1.5~8.0MPa,優選2.0~6.0MPa ;體積空速0.6~5.0h-1，優選1.0~2.5h-1 ;循環油與新鮮原料體積混合體積比為0.5:1^6.0:1,優選1:1^3:1 ;催化劑床層間溶氫設備補充的氫氣量一般按氣液體積比1: 1~100:1，優選5: 1~50:1。
[0014]本發明兩相加氫工藝中使用的加氫催化劑為本領域常規的加氫處理催化劑，其中催化劑的活性金屬組分可以為鎳、鈷、鑰或鎢等一種或幾種，催化劑在使用前進行硫化處理，將活性金屬組分轉化為硫化態。催化劑組成以重量百分比計可以包括:鎳或鈷為
0.59TlO% (按其氧化物來計算)，鑰或鎢為1%~35% (按其氧化物來計算)，載體可以為氧化鋁，氧化矽，氧化鋁一氧化矽，氧化鈦等一種或幾種。催化劑為擠出物或球形。催化劑的堆密度為0.5^1.lg/cm3，催化劑顆粒直徑(球形直徑或條形直徑)為0.0r1.0mm,比表面積為8(T350m2/g。催化劑床層採用固定床形式。
[0015]具體地說，本發明具有如下優點:
1、溶氫設備體積小巧，安裝在催化劑床層之間和反應器入口，佔用反應器體積小，溶氫效率高；補充氫氣的引入和廢氣的排出，保證了反應體系在液相中進行，對兩相加氫反應不產生影響。
[0016]2、可以解決現有兩相加氫技術需要器外溶氫的問題，也能夠實現兩相加氫反應器的大型化。
[0017]3、本發明可以在現有的固定床加氫反應器實現，改造費用很低。 [0018]4、本發明反應器通過採用適宜的溶氫設備，在溶解氫氣提供加氫反應的同時，可以將液相物料中的硫化氫等雜質部分帶出反應器，減少了硫化氫對加氫反應的抑制作用，在相同的條件下提高了加氫反應效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明反應器結構示意圖。
[0020]圖中:1_氣相室，2-氣相隔離盤，3-氣液分離空間與氣相室之間的連接通道，4-反應器，5-文丘裡噴射器,6-氣液分離空間,7-催化劑床層,8-液相收集盤,9-氫氣導流筒，10-補充氫管線，11-外排廢氣管線。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明一種兩相加氫反應器溶氫的方法予以進一步說明。
[0022]如圖1所示，液相收集盤8上設置多個各文丘裡型噴噴射器5 ;氣相隔離盤2上方與液相收集盤下方所圍成的空間為氣相室I，氣相室I設置補充氫氣入口 ；氣相隔尚盤2與下部的催化劑床層之間設置氣液分離空間6，並設置反應後氣相的排出通道，氣液分離空間與氣相室之間設置連接通道3。液相物料均勻分布到各文丘裡型噴射器5中，噴射出高速液流，高速液流流出擴大段時產生負壓，將氣相室I氣相吸入。在液流所形成的強烈的湍流場中，氣相被分割成大量而穩定的微氣泡，從而實現氣液傳質，氫氣溶解在油中。氣液分離空間6與氣相室I之間設置連接通道，氣相室I中的氣相被高速液流帶走後，壓力降低，氣相會從氣液分離空間6自動得到補充，形成氣相的自動循環。循環氣體中硫化氫等雜質含量較高時，可以適量外排。所需的補充氫通過補充管線補入。
[0023]為進一步 說明本發明的方案，列舉以下實施例:
實施例1
反應器採用如圖1所示結構。兩相加氫反應器採用兩個催化劑床層，催化劑床層間設置溶氫設備。溶氫後的液相物料進入反應器，經過第一個催化劑床層7後，液相物料均勻分布到各文丘裡型噴射器5中，噴射出高速液流，高速液流流出擴大段時產生負壓，將氣相室I氣相吸入。在液流所形成的強烈的湍流場中，氣相被分割成大量而穩定的微氣泡，從而實現氣液傳質，氫氣溶解在油中。氣液分離空間6與氣相室I之間設置連接通道，氣相室I中的氣相被高速液流帶走後，壓力降低，氣相會從氣液分離空間6自動得到補充，形成氣相的自動循環。氣相室I設置補充氫氣入口，氣液分離空間6設置反應後氣相的排出通道，定期進行氣相的補充和排出，保證氫氣的含量。
[0024]試驗使用原料性質見表1。兩相加氫反應器採用相同的催化劑，催化劑性質見表
2。兩相加氫裝置反應條件及生成油性質見表3。
[0025]比較例
兩相加氫裝置的原料同實施例，採用循環油和原料在反應器外混合溶氫的操作方式。
[0026]表1原料油性質
【權利要求】
1.一種兩相加氫反應器的溶氫方法，在兩相加氫反應器內設置至少兩個催化劑床層，採用上進料下出料的操作方式；其特徵在於:在至少一個催化劑床層上部設置溶氫設備；溶氫設備包括液相收集盤、氣相循環通道和氣相隔離盤，液相收集盤設置在氣相隔離盤的上部；液相收集盤上設置至少一個文丘裡型噴嘴，氣相隔離盤上方與液相收集盤下方所圍成的空間為氣相室，氣相室設置補充氫氣入口 ；文丘裡型噴嘴的下端穿過氣相隔離盤；氣相隔離盤下部與文丘裡型噴嘴對應下部設置氫氣導流筒，氫氣導流筒與文丘裡型噴嘴下部之間形成環隙；氣相隔離盤與下部的催化劑床層之間設置氣液分離空間，並設置反應後氣相的排出通道，氣液分離空間與氣相室之間設置連接通道。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:氫氣導流筒與文丘裡型噴嘴下部之間形成環隙的量小處間隙為5~50mm。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:文丘裡型噴嘴下端開口截面積之和為反應器進料口截面積的0.5~2倍。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:液相物料均勻分布到各文丘裡型噴嘴中，噴射出高速液流，高速液流流出擴大段時產生負壓，將氣相室中氣相吸入；在液流所形成的強烈的湍流場中，氣相被分割成大量而穩定的微氣泡，從而實現氣液傳質，氫氣溶解在油中。
5.—種兩相加氫方法,其特徵在於:米用權利要求1至4任一權利要求所述的兩相加氫反應器的溶氫方法。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於:以沸程大於120°C的任意餾分油為原料，在加氫條件下，進行兩相加氫反應，反應液相流出物部分循環回反應器。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於兩相加氫工藝操作條件為:反應溫度100~4001:，優選 26(T380°C;反應壓力 1.5~8.0MPa，優選 2.0~6.0MPa ;體積空速0.6~5.0h-1,優選1.0~2.511 ;循環油與新鮮原料體積混合體積比為0.5: 6.0:1，優選1: f 3:1。
8.根據權利要求6所述的方法,其特徵在於:催化劑床層間溶氫設備補充的氫氣量按氣液體積比1:1~100:1，優選5:1~50:1確定。
9.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於:兩相加氫工藝中使用的加氫催化劑為常規的加氫處理催化劑，其中催化劑的活性金屬組分為鎳、鈷、鑰或鎢一種或幾種，催化劑在使用前進行硫化處理，將活性金屬組分轉化為硫化態。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於:加氫處理催化劑組成以重量百分比計可以包括:鎳或鈷按其氧化物計為0.5%~?Ο%，鑰或鎢按其氧化物計為1%~35%。
【文檔編號】C10G45/02GK103789005SQ201210432668
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月3日 優先權日:2012年11月3日
【發明者】王喜彬, 郭蓉, 曾榕輝, 蔣立敬 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院