[发明专利]一种溶氢设备和溶氢方法

说明书

本发明公开了一种溶氢设备和溶氢方法，该设备包含初级溶氢段、加速溶氢段、氢气释放段三部分。首先原料油与低压氢在初级溶氢段混合为饱和氢物流，然后将该物流与切向引入的富氢气液混合物料混合，形成一种携带了大量微气泡氢气的稳定“油包气”型流体，经过一定停留时间后的逃逸气体则经由氢气释放段释放后循环利用，“油包气”型流体作为加氢反应器进料发生液相加氢反应。本发明溶氢效率高，氢气携带量大，形成的“油包气”型气液混合流体状态稳定，应用于液相加氢反应中，可省去循环油系统，进一步简化工艺流程、减小加氢反应器体积、降低能耗、提高安全可靠性。

技术领域

本发明属于石油化工领域，具体为一种液相加氢工艺中的溶氢设备和溶氢方法。

背景技术

油品加氢技术是改善油品质量的重要技术手段，随着全球原油劣质化趋势的加强，通过加氢来将硫、氮、氧和金属等杂质进行脱除，使油品满足各种产品要求。在加氢过程中，参与反应的氢气实际上只有勇于化学耗氢的氢气，而传统滴流床反应器加氢技术中为了控制催化剂床层的反应温度和避免催化剂积碳失活，一般都采用较大的氢油比，因而反应过程中有大量的剩余氢气，这些富余的氢气通常经循环氢压缩机增压后与新氢混合继续作为反应的氢气进料，该工艺过程中的循环氢压缩机的投资占整个加氢装置成本的比例较高，氢气换热系统能耗较大，如果能将加氢处理过程中的氢气流量减少并省去氢气压缩机循环系统和循环氢压缩机，可以大幅度节省投资和降低生产成本，因而出现了馏分油液相加氢技术。

馏分油液相加氢技术是一种新型的加氢技术。常规滴流床加氢反应过程中主要是以氢气进行传质，即氢气是从气相扩散并溶解到油中的速度是整个加氢反应的速率控制步骤。而液相加氢工艺则消除了氢气扩散传质的影响，使加氢反应在动力学控制区进行，即氢气溶解于原料油中来满足加氢反应所需氢气，在反应器中为纯液相反应，可消除氢气从气相到液相的传质影响，通过液体循环来溶解反应所需的氢气量，满足加氢反应的需要。在液相加氢技术中，不需设置氢气循环系统，改为增加液相循环油系统和氢气与油的静态混合器，保证反应过程为氢气始终与油为单一相。

CN200810141293.X提出了一种液相加氢方法，取消了循环氢和循环氢压缩机，将氢气在溶剂或稀释剂存在下与新鲜反应进料和部分循环油混合形成混合物流，混合物流在分离罐中将气体分离后，液相进入反应器发生加氢反应，反应流出物一部分左右循环油，另一部分进入后续分馏系统。该方法由于化学耗氢大于溶解氢，因此为了使反应器进料的油中溶解较多的氢气，设置了循环油和稀释剂，以达到反应过程所需的反应氢，一方面设置了循环油系统不但使装置能耗大幅度增加，且反应器体积也增加很多，另一方面也增加了后续过程中稀释剂的脱除问题。

CN 105602619A提出了一种液相加氢异构系统及其工艺和应用方法，是将油品和氢气混合成为液态的氢油混合物，将所述氢油混合物引入加氢异构反应器进行加氢异构反应，加氢异构反应的产物分馏后引出目的产品，其中的加氢异构为液相加氢，至少在一组相邻的两催化剂床层之间设置了补充溶氢内构件用于向反应物中补充氢气。该发明方法中，虽然为液相加氢，但由于原料油对氢气的溶解能力有限，而化学耗氢则大于化学耗氢，因此需要在反应过程中来补充氢气维持反应氢，一方面加入氢气的位置不一定与化学耗氢一一对应，影响反应效果；另一方面补充溶氢构件的增设使高压加氢反应器变得十分复杂；此外，补充氢加入过程会改变反应器内物料流态，或对物料造成冲击，对加氢反应过程带来的一定的影响。

综上所述，对于航煤液相加氢过程来讲，采用常规的氢油混合构件，一般为了保证反应转化率，维持补充氢油比一般为7～12，即加氢反应过程中氢气过量，使反应过程中的氢气及生成的气体会逐渐逸出，在反应顶部气相空间累积，待顶部压力增大到一定程度后从排气口排出，浪费了大量氢气资源；而对于柴油液相加氢过程来讲，现有技术除采用常规的氢油混合构件的同时，主要靠大量的循环油携带氢气来实现液相加氢，使现有技术存在工艺流程复杂、装置操作成本高、能耗高、安全性差等诸多问题，这主要是与氢油混合器或溶氢系统/溶氢设备的效果不理想造成的，因此开发一种能够稳定溶解及携带大量分散氢的溶氢设施用于液相加氢过程，具有重要意义。

发明内容