一种上流式反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种上流式反应器，将上流式催化反应区和串联操作的反应产物气液 分离区组合在一起，包含设置1个或2个或多个催化剂床层的催化反应区即下段和设置集 液室的气液分离区即上段；特别地讲，本发明涉及一种用于烃加氢过程的将上流式催化反 应区和串联操作的反应产物气液分离区组合在一起的上流式反应器；更特别地讲，本发明 涉及一种中低温煤焦油深度加氢改质过程特别是预加氢过程使用的将上流式催化反应区 和串联操作的反应产物气液分离区组合在一起的上流式反应器。
【背景技术】
[0002] 以下描述现有的工艺物流向上流动的上流式加氢反应器或上流式加氢反应器系 统。
[0003] 催化剂表面易积固的烃加氢过程比如渣油加氢裂化过程、煤直接液化过程等使用 的上流式反应器,有多种已知的形式，比如上流式固定床、上流式微膨胀床、上流式移动床、 上流式在线置换床、沸腾床、悬浮床、鼓泡床及其特定形式的组合，并且大多数有工业应用 案例，形成了较为固定的技术特点。
[0004] 石油基渣油所含的胶状浙青状组分通常是以超分子结构存在的分散相，分析数据 表明其中的胶状浙青状组分散相为分子量高达几千至几万甚至几十万的稳定结构集团，当 然这些集团含有大量稠环芳烃单元并含有金属、硫、氮等元素，其轻质化过程的主要任务是 将这些大分子解缔、加氢饱和、裂化为较其原始物炭数少十倍、百倍甚至千倍的小分子，很 明显，过程的热裂化任务占主导地位，这不可能仅仅依靠加氢脱金属、加氢脱硫、加氢脱氮、 加氢芳烃饱和来实现，石油基渣油的加氢脱金属、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢芳烃饱和等预 加氢过程实质上是为后续的加氢裂化反应准备原料油的加氢精制过程，否则常规的下流式 固定床反应器中的加氢裂化催化剂活性中心因金属沉积和快速结焦被快速覆盖导致操作 周期太短，无法维持工业化过程要求的最低的经济的运行周期；即使使用了常规的下流式 固定床反应器中的加氢脱金属、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢芳烃饱等过程，也无法达到较高 的转化率，因为很难克服高温热裂化过程必然产生的快速大量结焦问题，这是过程的热力 学性质所决定的；为了克服上述固定床反应器系统的缺陷，反应器形式出现了上流式固定 床、上流式微膨胀床、上流式在线置换床、上流式强膨胀床即沸腾床、上流式极限式膨胀床 即悬浮床沸、下流式在线置换床等多种形式。
[0005] 石油基渣油的加氢裂化过程中，常规沸点大于530°C馏分裂化为常规沸点小于 530°C馏分的转化率通常为40~80%甚至更高，为了达到如此高的裂化率和提高反应速 度，必然使用程度较强的热裂化所必需的高温条件，催化剂活性中心的快速结焦是不可避 免的，为了将反应器床层内的因金属沉积、结焦使活性快速下降的催化剂移出和更换，技术 人员开发了沸腾床、悬浮床这两种催化剂床层膨胀比较大的上流式膨胀床反应器，并将后 续的热高压分离器与反应器合并为一个组合设备，将高粘度、易发泡、易凝固的渣油在设备 之间（反应器与热高分之间）的转运系统大大简化，可以提高系统的可靠性、安全性、绝热 性，提高反应器内物料温度的均匀性，节省了占地面积；从有利方面讲，渣油沸腾床加氢裂 化、悬浮床加氢裂化的高转化率是固定床反应器无法达到的，将吸热的裂化反应与放热的 加氢反应混合进行利于反应热的利用、利于降低反应温升，循环使用大量的热态反应生成 油或中间反应生成油直接加热原料油可以降低原料油预热温度；从不利方面讲，催化剂床 层膨胀比较大，与固定床反应器相比，增加了系统的复杂性，降低了操作的平稳性，大幅度 增加了工程投资；因增加了催化剂的磨损和碰撞，增加了催化剂的结焦以外原因的损失； 因为床层存在催化剂和液相的剧烈返混，含有部分新鲜原料低转化度产物的产品质量必然 较差；此类技术的工业化技术有H-OIL工艺、LC-FINING工艺，均使用沸腾床反应器系统， 为了优化和稳定控制催化剂的沸腾状态，设置有循环油循环泵系统，循环油的收集器置于 反应器内催化剂床层之上，相当于把一台为循环泵提供循环油的必须置于高标高位置的高 温高压分离器与沸腾床反应器组合并简化了高温高压分离器的结构，但是为了不影响沸腾 床的流化状态，循环油的收集器的布置位置、大小及形式都必须仔细设计；通常均将循环油 的收集器布置于反应器上部球形封头的正下方，均将循环油的收集器导液管安装在反应器 内，该导液管对悬浮床或沸腾床床层的气、液、固多相流动具有一定的整流作用，解决了导 液管的保温伴热问题，削弱或消除了导流管内流体流动对反应器的设备稳定性带来的不利 影响。与沸腾床反应器系统相比，悬浮床反应器系统，还必须设置催化剂与原料的均匀混合 系统，必须设置催化剂与加氢生成油的分离系统，对设备、管道、阀门的耐冲刷能力也提出 了一定得要求，故而系统更为复杂。
[0006] 高膨胀比的沸腾床或悬浮床，因为其单床层温升通常已经很高且反应产物的二次 整流难度较大，采用高膨胀比的沸腾床或悬浮床的反应器，在一个壳体内通常仅设置一个 床层，这也限制了沸腾床或悬浮床对催化剂的组合利用，这也是沸腾床或悬浮床技术的一 个缺点。
[0007] 然而，无论是何种形式的加氢反应器及其催化剂，都必须基于工艺目标，以优化反 应效果、增强安全性、增强灵活性、简化操作、降低投资等诸目标中的一个或几个进行适应 性优化设计。对于胶状浙青状组分含量高的中低温煤焦油的深度加氢改质过程的预加氢过 程，特别是对于其煤浙青的浅度预加氢过程，其工艺目标是完成胶状浙青状组分的浅度轻 质化，固定床加氢精制实验数据表明，在合适的高氢压、中高温、适度功能的加氢精制催化 剂和反应停留时间条件下比如在15. OMPa的氢气分压、250~350°C的温度、组合使用"加氢 保护剂+加氢脱金属剂+加氢脱残炭剂+加氢脱硫剂"、0. 3~I. 51Γ1的液时空速条件下，使 用固定床加氢反应器可以完成"浙青质组分一胶质一稠环芳烃一多环芳烃"的以高压中温 液相加氢精制反应为主的轻质化转化。这一点，与石油基渣油的加氢脱硫或加氢裂化有着 较大甚至是某种程度上本质的差异，不能简单移植富含大分子量胶状浙青状组分的石油基 渣油的加氢轻质化技术（即通常所述的渣油加氢裂化过程）应用于富含胶状浙青状组分的 中低温煤焦油的煤浙青的加氢轻质化过程。
[0008] 中低温煤焦油的煤浙青的深度加氢改质过程的预加氢过程特别是浅度预加氢过 程，本发明关于其反应器系统设备结构功能的理念和设计原则是：
[0009] ①不宜优先选择沸腾床或悬浮床反应器系统：
[0010] 大体而言，中低温煤焦油中的胶状浙青状组分的"浙青质组分一胶质一稠环芳烃 -多环芳烃"氢解历程中的热裂解任务与石油基渣油的胶状浙青状组分的热裂解任务相比 小得多；不宜优先选择存在系统复杂、操作温度过高而造成的过度热裂化过程伴生的快速 大量结焦和大量产气、催化剂耗量大、因反应器内存在大量返混而造成的产品质量较差、反 应器空间效率低等多项缺点的催化剂床层膨胀比高的膨胀床反应器系统，即不宜优先选择 沸腾床或悬浮床反应器系统；
[0011] ②预加氢反应过程甚至中低温煤焦油深度加氢改质过程的全过程，不宜使用下流 式固定床反应器：
[0012] 由于中低温煤焦油中含有大量粘度大的组分如多环芳烃、稠环芳烃、胶状浙青状 组分、含无机元素的强极性组分（比如氧、硫、氮的有机物），中低温煤焦油预加氢过程操作 温度较低，而预加氢催化剂和深度改质加氢催化剂均为多孔物质，故催化剂与高粘度液体 组分之间存在一定程度的吸附力，由于催化剂床层是稳定而基本静止不动的，在下流式固 定床预加氢反应器的催化剂床层中，在催化剂颗粒表面会形成高粘度组分相对富集的流动 层（滞流膜），在催化剂床层内催化剂颗粒交错接触的连接部位存在液体流动不畅区域，中 低温煤焦油中粘度大的液体组分会发生相对富集形成相对稳定的低流速区域及动态滞流 区，一方面，将形成局部缺氢环境而加速缩合结焦反应，另一方面，将降低催化剂床层孔隙 率，增加床层压力降，并增加催化剂床层内液体流动的不稳定性，降低加氢反应过程的平稳 性；
[0013] ③优先使用上流式固定床或上流式微膨胀床：
[0014] 由于中低温煤焦油的胶状浙青状组分的深度加氢改质过程的预加氢过程特别是 浅度预加氢过程，属于预加氢催化剂床层或预加氢催化剂表面易结焦、易产生金属化合物 沉积的加氢过程，当中低温煤焦油含有灰分时固体沉积量会更大，为了保证或延长反应器 内催化剂床层的操作周期，要求催化剂床层具有一定的使沉积物通过而不停留的能力，即 具备一定的颗粒物通过能力，为此，可以借鉴或移植现有的上流式固定床、上流式微膨胀 床、上流式移动床、上流式在线置换床等反应器形式；本发明所述上流式微膨胀床，其反应 器的催化剂床层有反应原料通过时的工作状态的最大高度CWH与反应器的催化剂床层的 空床静置状态的高度CUH之比值KBED定义为床层膨胀比，KBED通常低于1. 10、一般低于 1.08、最好低于1.05。
[0015] ④优先使用多床层的上流式固定床或上流式微膨胀床：
[0016] 由于中低温煤焦油的胶状浙青状组分的深度加氢改质过程的预加氢过程特别是 浅度预加氢过程，通常需要组合使用两种或多种功能不同的活性逐步增强的加氢催化剂， 需要使用多床层的上流式固定床或上流式微膨胀床；
[0017] ⑤使用"上流式反应段+顶部集液室"的组合功能反应器：
[0018] 应用于中低温煤焦油的胶状浙青状组分的深度加氢改质过程的预加氢过程特别 是浅度预加氢过程时，本发明将上流式催化反应区和串联操作的反应产物气液分离区组合 在一起，形成"上流式反应段+顶部集液室"的组合功能反应器或反应器系统，类似的技术 未见报道。
[0019] 对于金属含量高或烯烃含量高或酚含量高或胶质含量高或浙青质含量高或某种 易反应物含量高的烃物料Fl的深度加氢改质过程特别是其预加氢反应过程R1，本发明均 可应用，这些物流可以选自下列物料中的一种或几种：
[0020] ①低温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0021] ②中温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0022] ③高温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0023] ④煤液化过程所得煤液化油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0024] ⑤页岩油或其馏分油或其热加工过程所得油品；
[0025] ⑥石油砂基重油或其热加工过程所得油品；
[0026] ⑦乙烯裂解焦油；
[0027] ⑧石油基蜡油热裂化焦油；
[0028] ⑨石油基重油热加工过程所得油品，热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化 过程或重油催化裂解过程；
[0029] ⑩其它芳烃含量高的富含胶状浙青状组分的烃油。
[0030] 因此，本发明的第一目的在于提出一种上流式反应器，将上流式催化反应区和串 联操作的反应产物气液分离区组合在一起，包含设置1个或2个或多个催化剂床层的催化 反应区即下段和设置集液室的气液分离区即上段。
[0031] 本发明的第二目的在于提出一种用于烃加氢过程的将上流式催化反应区和串联 操作的反应产物气液分离区组合在一起的上流式反应器。
[0032] 本发明的第三目的在于提出一种中低温煤焦油深度加氢改质过程的预加氢过程 使用的将上流式催化反应区和串联操作的反应产物气液分离区组合在一起的上流式反应 器。
【发明内容】
[0033] -种上流式反应器，其特征在于：在一台反应器RE的壳体RES内，将上流式催化反 应区构成的下段REDS和串联操作的反应产物气液分离区构成的上段REUS组合在一起，下 段REDS设置1个或2个或多个催化剂床层，上段REUS设置集液室CLD ;主进料REFl自反 应器RE下部进入反应器RE，主产物REPG自反应器RE上部排出反应器RE，来自集液室CLD 的液相区的液体产物REPL排