[发明专利]一种多种催化剂内循环的沸腾床反应器及其加氢方法

说明书

本发明公开一种多种催化剂内循环的沸腾床反应器及加氢方法。该反应器包括由上向下依次设置的两段以上催化剂循环区；至少一段催化剂循环区内设置有导流件和一个以上旋流分离器，每段的旋流分离器的下部催化剂出口通向各自催化剂循环区的下部且连接至各自催化剂排出口，每段的旋流分离器上部的进口水平朝向反应器中心或内侧，每段的导流件用于改变流体的流向以使流体具有水平分向速度，从而部分流体流向各自旋流分离器的进口。该反应器可实现多种催化剂的完全流化、多级内部循环，调节内部液体的流速，并可调整催化剂内循环的停留时间和液体通过反应器的停留时间。

技术领域

本发明涉及一种多种催化剂内循环的沸腾床反应器及其加氢方法。

背景技术

重质油的加氢提质过程是提高油品附加值的关键步骤，其中反应器是整个工艺的核心装置。由于重油的粘性大、金属杂质多、高碳沥青质含量大，使常规固定床反应器在重油加氢过程中易发生催化剂床层堵塞、压降大幅增高、催化剂失活等问题。这些问题使固定床反应器必须频繁的进行催化剂切换操作，以保持床层反应活性；然而由于固定床反应器必须停工进行催化剂装卸，使固定床重油加氢过程难以经济有效的连续对重油进行加氢提质。

沸腾床反应器内催化剂处于流化状态，床层内的返混作用使沸腾床反应器内催化剂与反应物充分接触，压力、温度得到了均匀的分布，即使发生催化剂结焦的问题，也不影响床层流化和传质。当沸腾床反应器催化剂活性不足时，利用床层流化的特点可以在线对催化剂进行加排处理，使重油提质的工艺可以连续长周期运转。因此，沸腾床反应器是更适用于重油加氢过程的反应器类型。

然而固定床反应器在重油的产品油处理方面具有优势。固定床反应器可以通过填装不同的催化剂、控制床层分段和厚度来实现阶段性的处理原料，使原料可以一次通过并完成除杂、精制、裂化的过程。沸腾床反应器由于内部返混剧烈、催化剂随内部流体流动，因此很难做到多级配催化剂分段填装，因此需要多个串联的反应器来实现多个反应目标。

目前，沸腾床反应器可通过内置三相分离器实现了多级配催化剂分段填装。如CN1458234A公开一种渣油沸腾床加氢反应方法，渣油与氢气在沸腾床加氢反应条件下进行反应，所述的沸腾床加氢反应为串级式沸腾床加氢反应，在一个反应器内分成两个以上的沸腾床反应段，渣油原料及氢气从下至上连续通过各段沸腾床反应段，各沸腾床反应段使用的催化剂功能从下至上按加氢脱金属、 加氢脱硫、加氢脱氮及转化顺序排列，每个反应段使用其中一至两种催化剂。

CN102311763A公开了一种催化剂级配的沸腾床加氢工艺。该方法包括：烃原料与氢气混合从沸腾床反应器底部进入反应器，在加氢处理条件下进行反应，其中所述的沸腾床反应器包括两个或两个以上的内循环区，按照烃原料与催化剂接触的顺序，不同内循环区中使用的催化剂颗粒尺寸逐渐减小，递减范围为0.01～1mm。该工艺在沸腾床反应器中设置多个内循环区，形成多个沸腾的操作区间，使得整个沸腾床反应器操作更灵活；同时不同内循环区使用不同颗粒尺寸和不同活性的催化剂，可以实现反应物流性质与催化剂性能的合理匹配，充分发挥催化剂的活性，增加轻油收率并提高产品质量。

但是上述设置有三相分离器的沸腾床却下存在问题：

（1）沸腾床反应器内部液速不可控，必须依赖沸腾床反应器底部的进料口的速度进行缓慢的调整。以工业级20m高的沸腾床反应器为例，若表观液速为1.5mm/s，若想改变该反应器三相分离器处的液速以控制催化剂流化的话，需要等待3.33小时才能使反应器稳定在新的液速操作条件下。因此，此类反应器仅能通过入口空速的调节反应器停留时间，不但操作手段少，其响应时间也较慢。

（2）由于沸腾床的流体速度和三相器催化剂下料口大小的影响，环流很难形成，流体速度的调整范围非常窄。如当沸腾床的流体速度较大和/或三相器催化剂下料口大时，沸腾床内的流体直接通过催化剂下料口向上流动，不能形成环流；当沸腾床的流体速度较小，不能实现轻重多级配催化剂全部处于悬浮状态；当三相器催化剂下料口小时，容易造成下料口堵塞。