一种下流式烃加氢反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种下流式烃加氢反应器，加工的烃原料HDS含有至少一部分多环芳 烃，烃原料HDS含有至少一种金属和或至少一部分残炭，烃原料HDS通过下流式烃加氢反应 区脱除至少一部分金属和或脱除至少一部分残炭，将下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2个或多个层状催化剂床层的催化反应区即上段和 设置集液室的气液分离区即下段，并可设置底部液相循环系统；特别地讲，本发明涉及一种 煤焦油深度加氢改质过程的浅度加氢过程使用的下流式反应器系统；更特别地讲，本发明 涉及一种中低温煤焦油减压深拔馏出油的深度加氢改质过程的浅度加氢过程使用的下流 式反应器系统。
【背景技术】
[0002] 本发明所述多环芳烃，指的是三环及其更多环数的芳烃。
[0003] 本发明涉及一种下流式烃加氢反应器，加工的烃原料HDS含有至少一部分多环芳 烃。
[0004] 本发明所述煤焦油，指的是来自煤热解或煤干馏或煤造气过程的热解步骤等过程 的煤焦油或其馏分，可以是煤造气的副产物低温煤焦油或其馏分，也可以是煤炼焦煤热解 过程（包括低温炼焦、中温炼焦、高温炼焦过程）副产物煤焦油或其馏分，本发明所述煤焦 油还可以是上述煤焦油的混合油，本发明所述煤焦油还可以是上述煤焦油经轻质烃溶剂抽 提所获得的抽提油比如脱沥青煤焦油或其馏分油。
[0005] 高温炼焦属于煤高温热解过程，热解过程的最终温度一般大于900°C，通常在 1000~1400°C之间。所述高温煤焦油指的是煤高温热解制取焦炭和/或城市煤气过程生 产的副产物粗焦油。高温煤焦油在初级蒸馏过程，通常生产以下产品：轻油（拔顶焦油）、 酚油、萘油、轻质洗油、重质洗油、轻质蒽油、重质蒽油、沥青等产品，酚油可进一步分离为粗 酚和脱酚油，萘油可进一步分离为粗萘和脱萘油。本发明所述高温煤焦油轻馏分指的是：蒽 油、洗油、萘油、脱萘油、酚油、脱酚油、轻油及其混合油。
[0006] 由于原煤性质和炼焦或造气工艺条件均在一定范围内变化，煤焦油的性质也在一 定范围内变化。煤焦油初级蒸馏过程的工艺条件和产品要求也在一定范围内变化，故煤焦 油轻馏分的性质也在一定范围内变化。煤焦油轻馏分的性质，比重通常为〇. 92~1. 25,常 规沸点一般为60~500 °C通常为120~460 °C，通常金属含量为5~80PPm、硫含量为0. 4~ 〇. 8%、氮含量为0. 6~1. 4%、氧含量为0. 4~9. 0%，通常水含量为0. 2~5. 0%，残炭含 量通常为0. 5~13%。
[0007] 中低温煤焦油的深度减压蒸馏过程，可以获得高收率的馏出油用作加氢过程用烃 原料HDS，此时煤沥青收率大为降低，烃原料HDS中的稠环芳烃、胶质数量大为增加。烃原 料HDS通常为宽馏分油品，包含分子尺寸较小的常规沸点低于330°C的轻馏分（所含芳烃为 单环、双环）和分子尺寸中等的常规沸点为330~450°C的中馏分（含有3~4环芳烃）， 通常还包含分子尺寸大的常规沸点为450~540°C的重馏分（含有5环及其以上芳烃、胶 质），根据煤种和产生中低温煤焦油的热加工过程操作条件的不同，不同中低温煤焦油所含 轻馏分、中馏分、重馏分的比例和馏分性质差异较大。
[0008] 大量分析数据表明，来自中低温煤焦油的含有三环芳烃的馏分油，通常即含有一 定量的金属离子和一定量的残炭值。随着馏分沸点的增加，所含芳烃组分的环数逐步增加， 金属离子浓度和残炭值，也逐步增加。
[0009] 烃原料HDS，通常同时包含常规沸点大于450°C的煤焦油组分和常规沸点小于 450°C的煤焦油组分，烃原料HDS还含有至少一种金属和或至少一部分残炭，其加氢转化过 程比如生产柴油组分的加氢转化过程，大体可以划分为前置的浅度加氢改质过程Rl和后 置的深度加氢改质过程R2,存在如下特点：
[0010] ①在前置的浅度加氢改质过程Rl，为深度加氢改质过程R2准备烃原料，使用类似 加工石油渣油的加氢催化剂系统比如加氢保护剂、加氢脱金属剂、加氢脱氧剂、加氢脱残炭 剂、加氢脱硫剂，这些催化剂的载体通常为氧化铝或以氧化铝为主要成分，这些催化剂的共 性是具有较大的内孔道、活性较弱，能够适应残炭含量高的胶质的浅度加氢改质，如此获得 烃原料HDS的浅度加氢改质产物LQHO ;
[0011] 当烃原料HDS进行深度加氢改质时，在其浅度加氢改质过程，不同馏分（轻馏分、 中馏分、重馏分）与加氢催化剂之间存在的相互关系是不同的。轻馏分浅度加氢的主要任 务是烯烃加氢饱和、酚类脱氧；中馏分浅度加氢的主要任务是烯烃加氢饱和、脱金属、酚类 脱氧、多环芳烃的第一个芳环的加氢饱和；重馏分浅度加氢的主要任务是脱金属、胶质加氢 解聚、多环芳烃的第一个芳环的加氢饱和；胶质加氢解聚、多环芳烃的第一个芳环的加氢饱 和实质上就是加氢脱残炭；很明显，烃原料HDS的浅度加氢改质过程的反应任务是多样的， 随着反应温度的逐步提高，加氢反应按照难易程度逐步激活启动，因此要求组合使用功能 不同的多种催化剂，通常使用至少2种加氢催化剂，下游加氢催化剂的加氢活性高于上游 加氢催化剂的加氢活性；
[0012] 浅度加氢改质过程Rl，可以使用上流式悬浮床反应器、上流式沸腾床反应器、上流 式膨胀床反应器、上流式固定反应器，但是通常使用下流式固定床反应器，下流式固定床反 应器具有操作稳定和简单、原料加氢转化深度均匀、加氢转化率高等优点；
[0013] 而在此浅度加氢改质过程中，使用浅度加氢改质液相产物为度加氢改质过程Rl 烃原料HDS的稀释油，可以增强稠环芳烃、胶质的分散度、降低催化剂内外表面液体粘度， 改善稠环芳烃、胶质的浅度加氢改过程催化剂孔道内的分子扩散，增加热载体数量、利于控 制催化剂床层温升，一句话利于提高浅度加氢改质过程脱金属、脱残炭的反应转化率、延缓 催化剂的失活速度即延长工期；另一方面讲，可以提高加工原料的苛刻度、拓宽原料油范 围，即可以加工金属含量更高和残炭含量跟高的新鲜原料油；
[0014] 浅度加氢改质过程Rl的操作条件通常为：温度为180~360°C、压力为6.0~ 30.0 MPa、浅度加氢改质催化剂体积空速为0. 05~15hr \氢气/原料油体积比为200 : 1~ 4000 ： 1 ；
[0015] 浅度加氢改质过程Rl的操作条件一般为：温度为220~320°C、压力为12.0~ 25. OMPa、浅度加氢改质催化剂体积空速为0. 15~2. Ohr \氢气/原料油体积比为 500 : 1 ~3000 : 1 ;
[0016] ②在后置的深度加氢改质过程R2,浅度加氢改质过程Rl的浅度加氢改质产物 LQHO转化为柴油组分的深度加氢改质反应过程，使用类似加工石油蜡油的加氢催化剂比如 加氢脱硫、加氢脱氮、加氢芳烃饱和催化剂，使用的催化剂的共性是内孔道适中、活性较强， 从而完成深度加氢改质，得到的深度加氢改质柴油的质量较好，通常希望其十六烷值高于 30 ~36 ;
[0017] 深度加氢改质过程R2的操作条件通常为：温度为280~460°C、压力为6. 0~ 30.0 MPa、深度加氢改质催化剂体积空速为0. 05~15hr \氢气/原料油体积比为400 : 1~ 4000 ： 1 ；
[0018] 深度加氢改质过程R2的操作条件一般为：温度为320~440°C、压力为12. 0~ 25. OMPa、深度加氢改质催化剂体积空速为0. 15~2. Ohr \氢气/原料油体积比为 500 : 1 ~3000 : 1。
[0019] 关于烃原料HDS的浅度加氢改质过程R1，本发明关于其反应器系统的设备结构功 能的理念和设计原则是使用"下流式反应段+底部集液室"的组合功能反应器，结构特点如 下：将下流式催化反应器和串联操作的反应产物气液分离器组合在一起，形成"下流式反应 段+底部集液室"的组合功能反应器或反应器系统，为实现浅度加氢液相产物单反应器循环 系统创造条件；如此系统结构更为简单、空间效率更高、安全性更强。
[0020] 上述下流式烃加氢反应器，具有如下工艺功能：
[0021] ①使用"反应器液相产物循环技术"，以灵活控制催化剂床层液体分布的均匀度
[0022] 将温度合适的浅度加氢反应液相产物循环油注入浅度加氢改质过程Rl的催化剂 床层入口可以增加液相流量，可以提高催化剂床层液体分布的均匀度；利于实现催化剂表 面沉积物的均匀分布，可高催化剂利用率；而在开停工阶段或事故状态，这也是一个重要的 稳定操作手段；
[0023] ②使用"反应器液相产物循环技术"，以灵活控制催化剂床层入口温度和床层温升 值：
[0024] 将温度合适的浅度加氢反应液相产物循环油作为冷却剂注入浅度加氢改质过程 Rl催化剂床层入口，用于控制催化剂床层入口温度和床层温升值；在优化或调整操作阶 段，这是一个重要的灵活操作手段；
[0025] ③使用"反应器液相产物循环技术"，可以提高浅度加氢反应器壳体直径，可降低 浅度加氢反应器催化剂床层总高度，可降低床层总压力降，也可减少床层个数或减少反应 器个数；
[0026] ④使用"反应器液相产物循环技术"，直接利用反应热加热新鲜原料油，可降低烃 原料HDS预热温度，减少缩合物产量，利于延长催化剂运转周期"；
[0027] ⑤使用"反应器液相产物循环技术"，通过设置循环油过滤器，分离出浅度加氢反 应液相产物中的固体颗粒物（如铁肩、硫化亚铁颗粒、干泥、催化剂粉末），利于延长下游加 氢催化剂运转周期；
[0028] ⑥使用"反应器液相产物循环技术"，利用其对烃原料HDS中的稠环芳烃和胶状组 分的溶解能力强的特点，可有效提高稠环芳烃和胶状组分的液相加氢反应转化率，有效抑 制稠环芳烃和胶状组分的热缩合转化率，减少缩合物产量，利于延长下游加氢催化剂运转 周期、提高液体收率；
[0029] ⑦利于安全停工，在加氢反应系统循环氢停止运转的条件下。浅度加氢反应器失 去了移出反应热的循环气条件，但是，循环油系统的循环可以移出浅度加氢反应器的部分 反应热，同时继续推动新鲜煤焦油的加氢反应，并将其转化为不易结焦的浅度加氢产物，从 而防止煤焦油加氢装置通常存在的"一旦循环氢停运、氢气压力降低，浅度加氢反应器床层 吸附存留大量新鲜焦油，从而诱发催化剂床层结焦"的结症。
[0030] 类似的煤焦油浅度加氢反应器系统技术方案未见报道。
[0031] 以下描述现有的含有下部气液分离功能的下流式烃加氢反应器或下流式烃加氢 反应器。催化剂表面易发生集中反应的烃加氢过程比如鲁姆斯公司的乙烯裂解汽油（常规 沸程为140~220°C的烃类）加氢过程的双烯烃加氢工艺，使用含有下部气液分离功能的 下流式烃加氢反应器，通常设置一个催化剂床层、使用一种加氢催化剂，催化剂操作温度为 70~150°C、操作压力为2. 5~3. 5MPa，其主要目的是完成反应器产物气液分离并实现低 双烯烃液相产物的循环使用，循环的液相产物与高浓度双烯烃新鲜原料混合后可降低总体 反应原料中的双烯烃浓度，控制催化剂反应速度和床层温升，使反应温度处于优化值的范 围内，避免或抑制缩合结焦，延长催化剂寿命，该过程工艺目的单一。然而该技术不能应用 于