[发明专利]一种沸腾床加氢反应器及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种沸腾床加氢反应器及应用，特别是提高传质效率的沸腾床加氢反应器及应用，属于石油化工领域。

背景技术

渣油加氢处理及裂化是解决重油深加工的最合理、有效的方法。现有的渣油加氢技术分为固定床加氢、移动床加氢、悬浮床加氢和沸腾床加氢四种类型。固定床加氢处理技术相对最为成熟，但其对原料适应性较差的局限性日渐突出；移动床加氢技术也已成熟，由于催化剂可实现在线加排，对原料的适应性有所增强，仍不能适应重质和超重质原油的加工；悬浮床加氢也是国内外各大石油公司和研究机构积极开发的一种重油加工技术，但由于工程技术的难度较大，至今大都处于工业示范装置阶段，未见工业应用的报道；沸腾床加氢技术近年来发展迅速，工艺技术和过程控制都已比较成熟，可以处理更劣质的原料，是劣质重渣油加氢处理的理想技术。

在渣油沸腾床加氢工艺中，原料与氢气混合后从反应器底部进入，在反应器中催化剂颗粒借助于液体提升和气体搅动使其处于沸腾状态。其具有如下工艺特点：(1)原料适应性强；(2)反应器内温度均匀，传质和传热效果好；(3)催化剂可在线加排、能够保证恒定的产品质量；(4)床层压降小、无堵塞、运转周期长；(5)装置操作灵活。

沸腾床加氢反应器内液相为连续相，气固为分散相，形成了气-液-固三相共存的反应体系，反应效率的高低取决于气-液-固三相的相间传质速度。由于气相需要溶解到液相中，才能和固相（催化剂）接触反应，所以气相分布方式对反应器的传质效率和氢气的使用效率有重要影响。目前，沸腾床加氢工艺中，一般的操作流程为：原料油与氢气在管线中混合，进入反应器底部的高压室内，高压室中没有催化剂，气、液混合物流经过分布盘（反应区与高压室隔离设备）进入反应区与催化剂接触反应。反应后液相的一部分和气相引出反应器。另一部分液相作为循环油，经反应器上部的循环杯回流至反应器底部的高压室内，与新鲜进料、氢气简单混合后进入反应区。由于氢气在反应器的上部流出，所以进入循环杯的循环油处于氢气溶解较少的状态，进入高压室与新鲜进料、氢气只是简单混合，所以氢气的溶解不能达到最佳状态，使得加氢反应效率降低。

现有的沸腾床加氢反应器中，一般需要设置液相循环操作，以使得催化剂达到沸腾状态。液相循环的典型方式是在反应器内设置收集液体的循环杯，循环杯上端开口，收集液相物料，通过与循环杯下部相连的循环管路循环至反应器下部。

US4753721描述了采用原料分布盘的渣油加氢处理过程，新鲜渣油原料和氢气混合后进入沸腾床反应器高压室，高压室内设置环状向下开口的倒U形汇集分布器，新鲜渣油原料和氢气的混合物料进入汇集分布器后，气体汇集以溢流方式形成较小气泡与液相混合，主要目的促进气液两相的混合。该方法虽然可以实现气液的初步分布，但是循环油无法实现较好的分布，同时也无法实现循环油和氢气的更好混合。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种沸腾床加氢反应器及应用，可以进一步提高传质效率。本发明可以提高氢气的利用效率，提高沸腾床加氢反应器循环油中的氢气溶解量，进而提高加氢和裂化反应深度。

本发明一种沸腾床加氢反应器，包括反应器筒体和反应器筒体内上部的循环杯，循环杯下部设置连通至反应器筒体内下部的循环管路，循环杯内或循环管路内设置离心叶轮，离心叶轮与循环油泵由同一个动力装置驱动，在离心叶轮上向反应器筒体内上部引出气相吸入管，气相吸入管末端高出液面。

本发明中离心叶轮属于自吸气式气液混合叶轮，为本领域技术人员所熟知的设备。一般由圆形的上下盖板及连接上下盖板的导流叶片组成。工作时离心叶轮高速旋转，液相沿导流叶片甩向四周，叶轮中心处产生负压，气相由叶轮中心处被吸入叶轮，气液物流通过导流叶片的撕扯，使得气相主要以微气泡的形式分散于液相中，强化气液传质。具体如CN200610134149.4、CN200610134150.7等专利所描述的结构。

本发明中离心叶轮转数增加，离心叶轮中心处产生的负压会随之增加，此时离心叶轮可以设置在循环管路中较低的位置。沸腾床反应器正常操作状态下，循环油流量是一定的，所以循环油泵的转数也是固定的。由于离心叶轮与循环油泵由同一个电机驱动，所以离心叶轮的常态转数可以基本确定（如有需要，可以在驱动轴处设置机械变速机构，通过齿轮比的大小，来增加或减少离心叶轮相对于驱动电机的转速）。根据离心叶轮具体的常态转数，就可以确定离心叶轮距离液面的高度，以保证离心叶轮中心处所产生的负压足以克服液面差压，将气相吸入离心叶轮。因此离心叶轮设置的位置距离循环杯液面的高度可以根据具体的沸腾床循环油操作参数确定。