[发明专利]一种低氢油比的加氢处理方法和反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种低氢油比固定床加氢处理方法和反应器，特别是在固定床加氢工艺中提高氢气利用效率进而降低氢油比的工艺方法和反应器。

背景技术

常规的固定床加氢工艺是脱除原料油中硫、氮等杂质最经济有效的方法。在固定床加氢装置的操作中，往往采用较高的氢油比和氢分压，以保证催化剂活性，促进加氢脱硫、脱氮、芳烃饱和及裂化等反应的进行。然而，压力较高的氢气循环系统需要高的投资费用和操作成本，间接地增加了油品的生产成本。如果能够将加氢处理过程中的氢气流量减小，则可以为企业节省设备投资和操作费用，进而降低清洁燃料的生产成本。

固定床反应器传质的状态一般为：原料油均匀分布在催化剂颗粒表面，氢气在催化剂床层空隙中穿过。所以氢气需要溶解在原料油中，才能与催化剂接触，参与加氢反应。也就是说，当固定床加氢工艺采用较高的氢分压和氢油比操作时，实际提供的氢气量远远超过化学反应所需的氢气量，这种操作模式仅仅是为了增强氢气的传质动力，保证原料油中的氢气溶解度。因此，可以通过优化和改进反应器的气液分配器等设备提高氢气的使用效率，降低加氢装置的操作费用。

在现有的固定床加氢工艺中，氢气在管线中简单地注入原料油中，并没有经过充分的混合。根据工艺条件测算，在反应条件下，管线中氢气体积约为原料油体积的10倍以上，所以其流动状态属于以气相为主的气液两相流动。在这种状况下气液两相流动一般呈现为分层流、环状流或柱塞流形式。分层流表现为气液两相分开流动，两相之间存在一平滑的分界面；环状流表现为液相沿管壁呈膜状流动，气相在管道中间流动；柱塞流表现为液相和气相形成不同长度的圆柱状在管道中相间流动。由此可见，气液两相的流动状态导致其接触面积较小，进入反应器前不可能使氢气充分溶解于原料油中。

在固定床反应器顶部一般设置气液分布器，但气液分布器是为了使气液在径向上均匀分布在整个催化剂床层上，对增加液相中氢的溶解量无明显作用。现有的固定床加氢反应器气液分配器主要为溢流型分配器和抽吸式泡帽型分配器，溢流型分配器基本不具有溶氢功能。抽吸式泡帽型分配器工作原理为：在气液两相由上而下并流过程中，液相落入收集盘，收集盘上分布许多中心管和泡帽组成的机构，当收集盘中液位高度接近泡帽下边缘时，气相的流通截而突然缩小，使得气相流速突然增大，在泡帽内与泡帽内中心管之间的环隙间产生负压，导致气相将液相带入中心管，流入下一床层。此种方式须有大量的循环氢带动，液相也是被吸入下一床层的，无法被雾化成为微小液珠，促进溶氢的功能较差。因此，溶解氢气较少的原料油在接触反应器上部催化剂床层时，表现为参与加氢反应的氢气不足，导致反应器上部催化剂活性较低，利用率不高，同时还存在溶解氢不足造成的结焦等问题。

CN200420115970.8公开了一种抽吸式泡帽型分配器，由于液相破碎效果不好，所以在中心管上部增加了一个简单的固定旋流器。虽然可以将液相进一步破碎，但是无法实现液相的雾化，溶氢效果需进一步进提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种低氢油比固定床加氢处理方法和反应器，本发明方法在保证气液分配均匀的前提下，进一步提高了氢气溶解效果，进而提高了催化剂的利用率，同时降低了设备投资和操作费用。

本发明低氢油比的加氢处理方法中，氢气直接输送至反应器顶部空间，在反应器内顶部设置液相分配器，液相分配器由上部空心盘结构和与空心盘连通的至少一个文丘里喷射器构成，原料油通过管道直接输送至液相分配器的空心盘中，经空心盘进入文丘里喷射器，在文丘里喷射器出口喷射为雾状流体分散在气相中，然后向下流动经过催化剂床层进行加氢处理反应。

本发明方法中，原料油与氢气分别进入反应器，原料油经过液相分配器形成雾状物料分散在氢气中。液相分配器的空心盘直径为反应器内径的50％～90％，根据反应器的规模在空心盘下侧均匀设置适宜数量的文丘里喷射器。

本发明方法中，也可以在文丘里喷射器出口位置设置套筒结构，氢气从文丘里喷射器与套筒之间的环状缝隙进入下面催化剂床层，套筒结构减小了气体流通截面积，提高了气体流速，进一步增加了分散效果。

本发明方法中，加氢处理反应条件根据原料性质及产品质量要求具体确定，一般为：反应温度100～450℃，反应压力0.5～18.0MPa，最好为2.5～15.0MPa；氢油比(体积)为50∶1～600∶1，最好为200∶1～400∶1；液时体积空速0.6～5.0h^-1，最好为2.0～4.0h^-1。其中氢油比在达到相同加氢处理反应效果时，可以比现有方法大大降低。