[发明专利]气液逆流反应器和气液逆流加氢工艺方法

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。