一種上流式反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種上流式反應(yīng)器，將上流式催化反應(yīng)區(qū)和串聯(lián)操作的反應(yīng)產(chǎn)物氣液 分離區(qū)組合在一起，包含設(shè)置1個(gè)或2個(gè)或多個(gè)催化劑床層的催化反應(yīng)區(qū)即下段和設(shè)置集 液室的氣液分離區(qū)即上段；特別地講，本發(fā)明涉及一種用于烴加氫過程的將上流式催化反 應(yīng)區(qū)和串聯(lián)操作的反應(yīng)產(chǎn)物氣液分離區(qū)組合在一起的上流式反應(yīng)器；更特別地講，本發(fā)明 涉及一種中低溫煤焦油深度加氫改質(zhì)過程特別是預(yù)加氫過程使用的將上流式催化反應(yīng)區(qū) 和串聯(lián)操作的反應(yīng)產(chǎn)物氣液分離區(qū)組合在一起的上流式反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 以下描述現(xiàn)有的工藝物流向上流動的上流式加氫反應(yīng)器或上流式加氫反應(yīng)器系 統(tǒng)。
[0003] 催化劑表面易積固的烴加氫過程比如渣油加氫裂化過程、煤直接液化過程等使用 的上流式反應(yīng)器,有多種已知的形式，比如上流式固定床、上流式微膨脹床、上流式移動床、 上流式在線置換床、沸騰床、懸浮床、鼓泡床及其特定形式的組合，并且大多數(shù)有工業(yè)應(yīng)用 案例，形成了較為固定的技術(shù)特點(diǎn)。
[0004] 石油基渣油所含的膠狀浙青狀組分通常是以超分子結(jié)構(gòu)存在的分散相，分析數(shù)據(jù) 表明其中的膠狀浙青狀組分散相為分子量高達(dá)幾千至幾萬甚至幾十萬的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)集團(tuán)，當(dāng) 然這些集團(tuán)含有大量稠環(huán)芳烴單元并含有金屬、硫、氮等元素，其輕質(zhì)化過程的主要任務(wù)是 將這些大分子解締、加氫飽和、裂化為較其原始物炭數(shù)少十倍、百倍甚至千倍的小分子，很 明顯，過程的熱裂化任務(wù)占主導(dǎo)地位，這不可能僅僅依靠加氫脫金屬、加氫脫硫、加氫脫氮、 加氫芳烴飽和來實(shí)現(xiàn)，石油基渣油的加氫脫金屬、加氫脫硫、加氫脫氮、加氫芳烴飽和等預(yù) 加氫過程實(shí)質(zhì)上是為后續(xù)的加氫裂化反應(yīng)準(zhǔn)備原料油的加氫精制過程，否則常規(guī)的下流式 固定床反應(yīng)器中的加氫裂化催化劑活性中心因金屬沉積和快速結(jié)焦被快速覆蓋導(dǎo)致操作 周期太短，無法維持工業(yè)化過程要求的最低的經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行周期；即使使用了常規(guī)的下流式 固定床反應(yīng)器中的加氫脫金屬、加氫脫硫、加氫脫氮、加氫芳烴飽等過程，也無法達(dá)到較高 的轉(zhuǎn)化率，因?yàn)楹茈y克服高溫?zé)崃鸦^程必然產(chǎn)生的快速大量結(jié)焦問題，這是過程的熱力 學(xué)性質(zhì)所決定的；為了克服上述固定床反應(yīng)器系統(tǒng)的缺陷，反應(yīng)器形式出現(xiàn)了上流式固定 床、上流式微膨脹床、上流式在線置換床、上流式強(qiáng)膨脹床即沸騰床、上流式極限式膨脹床 即懸浮床沸、下流式在線置換床等多種形式。
[0005] 石油基渣油的加氫裂化過程中，常規(guī)沸點(diǎn)大于530°C餾分裂化為常規(guī)沸點(diǎn)小于 530°C餾分的轉(zhuǎn)化率通常為40~80%甚至更高，為了達(dá)到如此高的裂化率和提高反應(yīng)速 度，必然使用程度較強(qiáng)的熱裂化所必需的高溫條件，催化劑活性中心的快速結(jié)焦是不可避 免的，為了將反應(yīng)器床層內(nèi)的因金屬沉積、結(jié)焦使活性快速下降的催化劑移出和更換，技術(shù) 人員開發(fā)了沸騰床、懸浮床這兩種催化劑床層膨脹比較大的上流式膨脹床反應(yīng)器，并將后 續(xù)的熱高壓分離器與反應(yīng)器合并為一個(gè)組合設(shè)備，將高粘度、易發(fā)泡、易凝固的渣油在設(shè)備 之間（反應(yīng)器與熱高分之間）的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)大大簡化，可以提高系統(tǒng)的可靠性、安全性、絕熱 性，提高反應(yīng)器內(nèi)物料溫度的均勻性，節(jié)省了占地面積；從有利方面講，渣油沸騰床加氫裂 化、懸浮床加氫裂化的高轉(zhuǎn)化率是固定床反應(yīng)器無法達(dá)到的，將吸熱的裂化反應(yīng)與放熱的 加氫反應(yīng)混合進(jìn)行利于反應(yīng)熱的利用、利于降低反應(yīng)溫升，循環(huán)使用大量的熱態(tài)反應(yīng)生成 油或中間反應(yīng)生成油直接加熱原料油可以降低原料油預(yù)熱溫度；從不利方面講，催化劑床 層膨脹比較大，與固定床反應(yīng)器相比，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了操作的平穩(wěn)性，大幅度 增加了工程投資；因增加了催化劑的磨損和碰撞，增加了催化劑的結(jié)焦以外原因的損失； 因?yàn)榇矊哟嬖诖呋瘎┖鸵合嗟膭×曳祷?，含有部分新鮮原料低轉(zhuǎn)化度產(chǎn)物的產(chǎn)品質(zhì)量必然 較差；此類技術(shù)的工業(yè)化技術(shù)有H-OIL工藝、LC-FINING工藝，均使用沸騰床反應(yīng)器系統(tǒng)， 為了優(yōu)化和穩(wěn)定控制催化劑的沸騰狀態(tài)，設(shè)置有循環(huán)油循環(huán)泵系統(tǒng)，循環(huán)油的收集器置于 反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層之上，相當(dāng)于把一臺為循環(huán)泵提供循環(huán)油的必須置于高標(biāo)高位置的高 溫高壓分離器與沸騰床反應(yīng)器組合并簡化了高溫高壓分離器的結(jié)構(gòu)，但是為了不影響沸騰 床的流化狀態(tài)，循環(huán)油的收集器的布置位置、大小及形式都必須仔細(xì)設(shè)計(jì)；通常均將循環(huán)油 的收集器布置于反應(yīng)器上部球形封頭的正下方，均將循環(huán)油的收集器導(dǎo)液管安裝在反應(yīng)器 內(nèi)，該導(dǎo)液管對懸浮床或沸騰床床層的氣、液、固多相流動具有一定的整流作用，解決了導(dǎo) 液管的保溫伴熱問題，削弱或消除了導(dǎo)流管內(nèi)流體流動對反應(yīng)器的設(shè)備穩(wěn)定性帶來的不利 影響。與沸騰床反應(yīng)器系統(tǒng)相比，懸浮床反應(yīng)器系統(tǒng)，還必須設(shè)置催化劑與原料的均勻混合 系統(tǒng)，必須設(shè)置催化劑與加氫生成油的分離系統(tǒng)，對設(shè)備、管道、閥門的耐沖刷能力也提出 了一定得要求，故而系統(tǒng)更為復(fù)雜。
[0006] 高膨脹比的沸騰床或懸浮床，因?yàn)槠鋯未矊訙厣ǔＲ呀?jīng)很高且反應(yīng)產(chǎn)物的二次 整流難度較大，采用高膨脹比的沸騰床或懸浮床的反應(yīng)器，在一個(gè)殼體內(nèi)通常僅設(shè)置一個(gè) 床層，這也限制了沸騰床或懸浮床對催化劑的組合利用，這也是沸騰床或懸浮床技術(shù)的一 個(gè)缺點(diǎn)。
[0007] 然而，無論是何種形式的加氫反應(yīng)器及其催化劑，都必須基于工藝目標(biāo)，以優(yōu)化反 應(yīng)效果、增強(qiáng)安全性、增強(qiáng)靈活性、簡化操作、降低投資等諸目標(biāo)中的一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)行適應(yīng) 性優(yōu)化設(shè)計(jì)。對于膠狀浙青狀組分含量高的中低溫煤焦油的深度加氫改質(zhì)過程的預(yù)加氫過 程，特別是對于其煤浙青的淺度預(yù)加氫過程，其工藝目標(biāo)是完成膠狀浙青狀組分的淺度輕 質(zhì)化，固定床加氫精制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在合適的高氫壓、中高溫、適度功能的加氫精制催化 劑和反應(yīng)停留時(shí)間條件下比如在15. OMPa的氫氣分壓、250~350°C的溫度、組合使用"加氫 保護(hù)劑+加氫脫金屬劑+加氫脫殘?zhí)縿?加氫脫硫劑"、0. 3~I. 51Γ1的液時(shí)空速條件下，使 用固定床加氫反應(yīng)器可以完成"浙青質(zhì)組分一膠質(zhì)一稠環(huán)芳烴一多環(huán)芳烴"的以高壓中溫 液相加氫精制反應(yīng)為主的輕質(zhì)化轉(zhuǎn)化。這一點(diǎn)，與石油基渣油的加氫脫硫或加氫裂化有著 較大甚至是某種程度上本質(zhì)的差異，不能簡單移植富含大分子量膠狀浙青狀組分的石油基 渣油的加氫輕質(zhì)化技術(shù)（即通常所述的渣油加氫裂化過程）應(yīng)用于富含膠狀浙青狀組分的 中低溫煤焦油的煤浙青的加氫輕質(zhì)化過程。
[0008] 中低溫煤焦油的煤浙青的深度加氫改質(zhì)過程的預(yù)加氫過程特別是淺度預(yù)加氫過 程，本發(fā)明關(guān)于其反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)功能的理念和設(shè)計(jì)原則是：
[0009] ①不宜優(yōu)先選擇沸騰床或懸浮床反應(yīng)器系統(tǒng)：
[0010] 大體而言，中低溫煤焦油中的膠狀浙青狀組分的"浙青質(zhì)組分一膠質(zhì)一稠環(huán)芳烴 -多環(huán)芳烴"氫解歷程中的熱裂解任務(wù)與石油基渣油的膠狀浙青狀組分的熱裂解任務(wù)相比 小得多；不宜優(yōu)先選擇存在系統(tǒng)復(fù)雜、操作溫度過高而造成的過度熱裂化過程伴生的快速 大量結(jié)焦和大量產(chǎn)氣、催化劑耗量大、因反應(yīng)器內(nèi)存在大量返混而造成的產(chǎn)品質(zhì)量較差、反 應(yīng)器空間效率低等多項(xiàng)缺點(diǎn)的催化劑床層膨脹比高的膨脹床反應(yīng)器系統(tǒng)，即不宜優(yōu)先選擇 沸騰床或懸浮床反應(yīng)器系統(tǒng)；
[0011] ②預(yù)加氫反應(yīng)過程甚至中低溫煤焦油深度加氫改質(zhì)過程的全過程，不宜使用下流 式固定床反應(yīng)器：
[0012] 由于中低溫煤焦油中含有大量粘度大的組分如多環(huán)芳烴、稠環(huán)芳烴、膠狀浙青狀 組分、含無機(jī)元素的強(qiáng)極性組分（比如氧、硫、氮的有機(jī)物），中低溫煤焦油預(yù)加氫過程操作 溫度較低，而預(yù)加氫催化劑和深度改質(zhì)加氫催化劑均為多孔物質(zhì)，故催化劑與高粘度液體 組分之間存在一定程度的吸附力，由于催化劑床層是穩(wěn)定而基本靜止不動的，在下流式固 定床預(yù)加氫反應(yīng)器的催化劑床層中，在催化劑顆粒表面會形成高粘度組分相對富集的流動 層（滯流膜），在催化劑床層內(nèi)催化劑顆粒交錯(cuò)接觸的連接部位存在液體流動不暢區(qū)域，中 低溫煤焦油中粘度大的液體組分會發(fā)生相對富集形成相對穩(wěn)定的低流速區(qū)域及動態(tài)滯流 區(qū)，一方面，將形成局部缺氫環(huán)境而加速縮合結(jié)焦反應(yīng)，另一方面，將降低催化劑床層孔隙 率，增加床層壓力降，并增加催化劑床層內(nèi)液體流動的不穩(wěn)定性，降低加氫反應(yīng)過程的平穩(wěn) 性；
[0013] ③優(yōu)先使用上流式固定床或上流式微膨脹床：
[0014] 由于中低溫煤焦油的膠狀浙青狀組分的深度加氫改質(zhì)過程的預(yù)加氫過程特別是 淺度預(yù)加氫過程，屬于預(yù)加氫催化劑床層或預(yù)加氫催化劑表面易結(jié)焦、易產(chǎn)生金屬化合物 沉積的加氫過程，當(dāng)中低溫煤焦油含有灰分時(shí)固體沉積量會更大，為了保證或延長反應(yīng)器 內(nèi)催化劑床層的操作周期，要求催化劑床層具有一定的使沉積物通過而不停留的能力，即 具備一定的顆粒物通過能力，為此，可以借鑒或移植現(xiàn)有的上流式固定床、上流式微膨脹 床、上流式移動床、上流式在線置換床等反應(yīng)器形式；本發(fā)明所述上流式微膨脹床，其反應(yīng) 器的催化劑床層有反應(yīng)原料通過時(shí)的工作狀態(tài)的最大高度CWH與反應(yīng)器的催化劑床層的 空床靜置狀態(tài)的高度CUH之比值KBED定義為床層膨脹比，KBED通常低于1. 10、一般低于 1.08、最好低于1.05。
[0015] ④優(yōu)先使用多床層的上流式固定床或上流式微膨脹床：
[0016] 由于中低溫煤焦油的膠狀浙青狀組分的深度加氫改質(zhì)過程的預(yù)加氫過程特別是 淺度預(yù)加氫過程，通常需要組合使用兩種或多種功能不同的活性逐步增強(qiáng)的加氫催化劑， 需要使用多床層的上流式固定床或上流式微膨脹床；
[0017] ⑤使用"上流式反應(yīng)段+頂部集液室"的組合功能反應(yīng)器：
[0018] 應(yīng)用于中低溫煤焦油的膠狀浙青狀組分的深度加氫改質(zhì)過程的預(yù)加氫過程特別 是淺度預(yù)加氫過程時(shí)，本發(fā)明將上流式催化反應(yīng)區(qū)和串聯(lián)操作的反應(yīng)產(chǎn)物氣液分離區(qū)組合 在一起，形成"上流式反應(yīng)段+頂部集液室"的組合功能反應(yīng)器或反應(yīng)器系統(tǒng)，類似的技術(shù) 未見報(bào)道。
[0019] 對于金屬含量高或烯烴含量高或酚含量高或膠質(zhì)含量高或浙青質(zhì)含量高或某種 易反應(yīng)物含量高的烴物料Fl的深度加氫改質(zhì)過程特別是其預(yù)加氫反應(yīng)過程R1，本發(fā)明均 可應(yīng)用，這些物流可以選自下列物料中的一種或幾種：
[0020] ①低溫煤焦油或其餾分油或其熱加工過程所得油品；
[0021] ②中溫煤焦油或其餾分油或其熱加工過程所得油品；
[0022] ③高溫煤焦油或其餾分油或其熱加工過程所得油品；
[0023] ④煤液化過程所得煤液化油或其餾分油或其熱加工過程所得油品；
[0024] ⑤頁巖油或其餾分油或其熱加工過程所得油品；
[0025] ⑥石油砂基重油或其熱加工過程所得油品；
[0026] ⑦乙烯裂解焦油；
[0027] ⑧石油基蠟油熱裂化焦油；
[0028] ⑨石油基重油熱加工過程所得油品，熱加工過程是重油焦化過程或重油催化裂化 過程或重油催化裂解過程；
[0029] ⑩其它芳烴含量高的富含膠狀浙青狀組分的烴油。
[0030] 因此，本發(fā)明的第一目的在于提出一種上流式反應(yīng)器，將上流式催化反應(yīng)區(qū)和串 聯(lián)操作的反應(yīng)產(chǎn)物氣液分離區(qū)組合在一起，包含設(shè)置1個(gè)或2個(gè)或多個(gè)催化劑床層的催化 反應(yīng)區(qū)即下段和設(shè)置集液室的氣液分離區(qū)即上段。
[0031] 本發(fā)明的第二目的在于提出一種用于烴加氫過程的將上流式催化反應(yīng)區(qū)和串聯(lián) 操作的反應(yīng)產(chǎn)物氣液分離區(qū)組合在一起的上流式反應(yīng)器。
[0032] 本發(fā)明的第三目的在于提出一種中低溫煤焦油深度加氫改質(zhì)過程的預(yù)加氫過程 使用的將上流式催化反應(yīng)區(qū)和串聯(lián)操作的反應(yīng)產(chǎn)物氣液分離區(qū)組合在一起的上流式反應(yīng) 器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0033] -種上流式反應(yīng)器，其特征在于：在一臺反應(yīng)器RE的殼體RES內(nèi)，將上流式催化反 應(yīng)區(qū)構(gòu)成的下段REDS和串聯(lián)操作的反應(yīng)產(chǎn)物氣液分離區(qū)構(gòu)成的上段REUS組合在一起，下 段REDS設(shè)置1個(gè)或2個(gè)或多個(gè)催化劑床層，上段REUS設(shè)置集液室CLD ;主進(jìn)料REFl自反 應(yīng)器RE下部進(jìn)入反應(yīng)器RE，主產(chǎn)物REPG自反應(yīng)器RE上部排出反應(yīng)器RE，來自集液室CLD 的液相區(qū)的液體產(chǎn)物REPL排