气液逆流反应器和气液逆流加氢工艺方法

摘要

本发明公开了一种气液逆流反应器和气液逆流加氢工艺方法。反应器包括至少两个催化剂床层，在至少一个相邻催化剂床层之间设置气体补充和气体排放的内构件，该内构件包括气液接触构件和气体收集构件，气液接触构件设置在气体收集构件上部，气体收集构件包括隔离板、降液管道和排气管道，隔离板具有通孔，通孔与设置的降液管道和排气管道相连接，降液管道为短管结构设置在隔离板下面，排气管道设置在隔离板上面，排气管道穿过上一催化剂床层或与反应器外部相通。本发明逆流加氢工艺方法使用上述反应器。本发明反应器及气液逆流加氢工艺可以有效控制不同催化剂床层的氢油比，保证逆流反应稳定操作。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气液逆流反应器及气液逆流加氢工艺方法，具体地说涉及一种气液逆流反应器，特别是烃类原料和氢气逆流加氢的反应器及使用该反应器的加氢工艺方法。

背景技术

目前，在石油炼制和有机化工技术领域，为了增加反应的效率和节约装置的能耗，世界各石化大公司越来越重视研究开发气液逆流操作反应器。原因是气液逆流操作反应器不仅可以增加气液两相的反应效率，降低有效催化剂的使用量，节约生产成本，增加效益，而且还可以使发生吸、放热反应的反应器在准等温反应条件下进行化学反应，降低了装置的操作成本，增加了工厂效益。

随着世界对油品质量规定的日趋严格，烃类加氢工艺也逐渐趋向采用气液逆流操作反应器。因为现有的烃类加氢工艺较多采用氢气与烃类原料并流向下流动，同催化剂床层接触并进行催化反应的固定床加氢工艺，但反应过程中生成的硫化氢、氨气及烃类小分子会对该工艺进一步的反应，如脱硫、脱氮、芳烃饱和及加氢裂化等有较大的抑制作用，使反应速率下降。尤其是脱芳反应，原因是脱芳反应是可逆反应，反应深度与反应温度成反比，而与氢分压成正比，而工业加氢装置是绝热反应器，不可避免的造成反应温度越来越高，使芳烃饱和速率降低，所以分段加氢和/或气液逆流加氢工艺就成为上述问题的较好手段，该工艺不仅可以增大反应的氢分压，及时除掉反应产生的H₂S、NH₃，还可以使反应器的反应温度趋于等温或较小温差。

USP 5,985,135提出一种上流式反应器与下流式反应器的两段加氢方法，其中在一段反应器后面接一个汽提装置。但该工艺仍没有从根本上解决有害气体的脱除问题，且投资较大。

为了从根本上解决有害气体的脱除问题，更多的炼油公司在研究气液逆流加氢工艺。但目前烃类加氢处理反应器都是单一功能催化剂床层采用单一类型的功能催化剂，将其装填在一起形成一催化剂床层。反应在液相状态下进行，为保证催化剂效率因子，只能采用小颗粒催化剂。此外，由于催化剂床层很高，又处在液体浸泡中，只能采用实心结构才能保证催化剂强度。因此，工业应用的催化剂都是粒径3mm以下的球形或条形催化剂，此类催化剂床层空隙率为0.35-0.45，比常规的逆流操作的空隙率(＞0.95)小得多。在这样大小床层空隙率的反应器进行逆流操作，易产生液泛，造成装置运转不稳定。

USP5,985,131、USP 6,007,787中提出有气体旁路的催化剂装填方法来避免液泛。该发明虽然可以降低反应器的持液量，适当增加了反应器气液操作的范围，但它没有与整个反应器的气液分布关联起来，仍然容易产生液泛，另外反应器的利用率也不高，对烃类加氢处理这样的大型反应器，可操作性较低。在化工和环保技术领域，也有些过程存在类似问题。

USP 5,183,556中提出了逆流加氢精制技术，但与其它现有逆流操作装置相同，逆流反应段均采用单一的催化剂，或非贵金属的硫化物催化剂或贵金属催化剂。这种方案一方面存在易发生液泛的问题，另一方面也不适合于原料油的深度脱硫、脱芳的加工处理。原因是：原料油反应深度越大其进一步反应的速率越小，为了达到产品要求势必需要高活性的催化剂，如芳烃饱和最好使用贵金属催化剂，但如果在逆流操作的整个催化剂床层中使用贵金属催化剂等高活性催化剂，在逆流反应段上部的催化剂会因高硫化氢分压易使催化剂失活。反之若整个逆流催化剂床层使用常规的非贵金属硫化物催化剂，在逆流反应段的下部会因低硫化氢分压易使催化剂失硫活性降低，直至没有活性。

CN02133121.9公开了一种柴油加氢处理方法，采用沿液体流动方向催化剂活性逐渐提高、催化剂床层空隙率逐渐增加的两个或两个以上催化剂床层，反应器顶部催化剂床层的空隙率为0.25～0.55，反应器底部催化剂床层的空隙率为0.35～0.90。该方法针对柴油逆流加氢过程中反应器不同位置的液气比不同，使用了不同空隙率的催化剂，在一定程度上解决了液泛问题。但空隙率高的催化剂的装填量比普通催化剂大大减少，在达到相同反应深度时，需要的反应器容积明显加大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种气液逆流反应器及气液逆流加氢工艺方法，反应器采用适宜的结构形式，有效地控制不同反应段的气液比例，提高了逆流加氢工艺的操作稳定性。

本发明气液逆流反应器包括至少两个催化剂床层，在至少一个相邻催化剂床层之间设置气体补充和气体排放的内构件，该内构件包括气液接触构件和气体收集构件，气液接触构件设置在气体收集构件上部，气体收集构件包括隔离板、降液管道和排气管道，隔离板具有通孔，通孔与设置的降液管道和排气管道相连接，降液管道为短管结构设置在隔离板下面，排气管道设置在隔离板上面，排气管道穿过上一催化剂床层或与反应器外部相通。

本发明逆流反应器为烃类原料气液逆流加氢反应器，催化剂床层使用烃类加氢催化剂，不同的催化剂床层可以使用相同的加氢催化剂，也可以根据反应的需要使用不同的加氢催化剂，一般可以使用市售的加氢精制催化剂、加氢处理催化剂、加氢改质催化剂等。可以使用普通形状和颗粒度的催化剂，也可以使用空隙率较高的催化剂。

本发明逆流反应器中，气液接触设备可以是各种具有气液接触、混合效果的设备，如本领域中的气液混合器、气液分配器等，具体如盘管式气体分布器、塔盘式气液混合器等，气液接触设备与补充气管道相通。

本发明逆流反应器中，气体收集构件中，降液管道和排气管道可设置一个或若干个，最好是多个降液管道均匀设置在隔离板上，促使液体分布均匀，排气管道为一个设置在隔离板的中心位置，排气管道也可以设置几个均匀分布在隔离板上。降液管道的下端口可以设置具有液封效果的泡罩。

本发明逆流反应器中，按常规设计还可以设置液体进料口、气体进料口、液体排放口、气体排放口等，反应器底部设置气体气布器。

本发明逆流反应器的关键在于采用结构适宜的气体收集构件(反应器其它结构可以采用本领域常规结构)，灵活调整不同催化剂床层的气液体积比，保证逆流反应器的稳定操作。

本发明气液逆流加氢工艺方法使用本发明反应器，过程包括：液相烃类原料从反应器顶部进入反应器，氢气从每个催化剂床层下部进入反应器，首先在反应器上部的加氢催化剂床层进行加氢反应，反应后液相流出物通过降液管道进入下一个加氢催化剂床层，下一加氢催化剂床层向上流动的气相通过气体收集构件的排气管道排出。

本发明工艺方法适用于各类轻重馏分油及渣油的气液逆流加氢转化，尤其适用于反应温度位于原料油馏程之内的轻重馏分油加氢处理，如柴油(180～390℃)加氢脱硫、脱芳、精制润滑油或加氢生产润滑油基础油、VGO等馏分的加氢裂化、乙烯蒸汽裂解尾油(200～465℃)加氢(脱色)或生产化工原料、生产纺丝沥青、针状焦的原料等加氢处理过程。

逆流反应工艺条件可以根据原料性质、产品质量要求以及使用的催化剂性能具体确定，一般为：反应温度240～427℃，反应压力为1.0～20.0MPa，氢油体积比为50以上，一般为100～800，优选为150～500，液时体积空速为0.1～7.5h^-1。不同催化剂床层的氢油体积比可以相同，也可以不同。加氢催化剂可以根据需要使用本领域常规的加氢催化剂，不同催化剂床层可以使用相同或不同的加氢催化剂。一般可以使用2～8个催化剂床层，优选为2～4个。

本发明逆流反应器中，通过设置适宜结构的内构件，在相邻两个催化剂床层之间，将下一催化剂床层向上流动的气相收集不经过相邻上一催化剂床层直接排放，可以实现不同催化剂床层在不同的气液比条件下操作，排出的气相中，包括反应过程中生成的小分子物质以及在反应条件下气化的原料，有效地减少了反应器中上部催化剂床层正常操作时液气比大大增加，而引起的液泛的问题。同时也解决了因反应器内轴向温度差较大造成的部分物料“气化-液化”形成内循环影响正常操作的问题。

附图说明

图1是本发明逆流反应器一种具体结构示意图。

图2是图1中气体收集构件结构示意图。

图3是本发明逆流反应器另一种具体结构示意图。

图中：1-第一催化剂床层，2-第二催化剂床层，3-气体收集构件，4-气液接触构件，5-隔离板，6-排气管道，7-降液管道，8-反应器排气管线。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明反应器的结构及加氢工艺的操作方法。

按照图1和图2所示，本发明一种具体反应器结构采用两个催化剂床层：第一催化剂床层1和第二催化剂床层2。在两个催化剂床层之间设置气体补充和排放含杂质过量气体的内构件，该内构件包括气液接触构件4和气体收集构件3，气液接触构件4设置在气体收集构件3的上部。气体收集构件3包括隔离板5，隔离板5具有通孔，通孔与设置的降液管道7和排气管道6相连接，降液管道7为短管结构设置在隔离板3下面，排气管道6设置在隔离板3的上面，排气管道6穿过第一催化剂床层1(或与反应器外部相通，如图3所示)。

下面结合实例进一步阐述本发明的技术方案。

实施例

采用本发明，所用原料性质见表1-1，催化剂选用抚顺石油化工研究院研制生产的FH-UDS加氢精制催化剂。FH-UDS催化剂的组成和质量指标见表1-2，工艺条件见表1-3，精制柴油性质见表1-4。反应器设置两个催化剂床层，两个催化剂床层使用相同的加氢精制催化剂，用量相同。在所述工艺条件下可以长周期稳定操作。

表1-1原料油性质

表1-2催化剂的组成和质量指标

表1-3工艺条件

表1-4精制油性质

比较例

与实施例相比，反应器两个催化剂床层之间无内构件，氢油体比在300时发生液泛，加氢反应过程无法稳定操作。