一种用于重油加氢裂化的双固相悬浮床反应器及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤化工领域，具体涉及一种用于煤焦油、渣油和重油加氢裂化的双固 相悬浮床反应器及其应用。
【背景技术】
[0002] 重油指沸点大于350°C的烃类组分，在煤焦油、渣油、重质原油中占有很大比例，重 油深加工多采用加氢裂化工艺，其核心装置是加氢反应器。现有的加氢反应器包括固定床、 沸腾床和悬浮床。传统固定床加氢反应器存在压降大、反应器内温度分布不均、催化剂易失 活等缺点，只能适用于轻质重油或馏分油的加氢。而沸腾床和悬浮床反应器能够处理劣质 渣油和重质原油，成为了近年来的研究热点。
[0003] 常见的沸腾床加氢反应器是一种气液固三相流化床，使用数百微米级的粗颗粒催 化剂，在操作时气液同时进料使催化剂床层膨胀，催化剂持留在反应器内，不随液体出料而 带出。沸腾床反应器具有反应器内温度分布均匀，重油转化率高，原料适应性强等优点，但 也存在设备复杂，催化剂易生焦积碳、易吸附重金属而失活的问题。悬浮床加氢反应器使用 微米级一次性细颗粒催化剂，催化剂和液相形成浆态相同时进料，催化剂利用效率高，反应 器具有转化率高，温度分布均匀等优点，但是细颗粒催化剂无法持留在反应器内，容易随物 料一起排出，催化剂回收困难。
[0004] 现有技术中，中国专利CN103265971A公开了一种非均相煤焦油悬浮床加氢工艺， 使用含钼、镍、钴、钨或铁的单金属活性组分或复合多金属组分的粒径为1-100M1的粉状催 化剂制备催化剂油浆并与煤焦油及氢气等一同通入一个或多个串联的悬浮床加氢反应器 制备轻质油，该工艺中使用的催化剂成本较高且容易跑损；中国专利CN1362477A公开了一 种采用沸腾床加工劣质油的工艺技术，该技术中使用流体分布盘或筛板将沸腾床反应器分 成不同的反应区，并控制各个反应区的催化剂膨胀比和催化剂置换速度以达到催化剂充分 发挥活性的目的，但该反应器结构与操作都比较复杂；中国专利CN104560137A公开了一种 内环流式沸腾床反应器，在反应器中设置三相分离区、沸腾区、环流区，取消循环栗和料面 监控仪，操作简单，但是进料物流需经气液分布器后方进入反应器内，入口物流动能较小， 而一般的加氢裂化反应器都是在低气速和低液速下操作，采用气液分布器难以诱导内部的 流体循环。
【发明内容】
[0005] 结合现有沸腾床和悬浮床加氢反应器的优缺点，本发明拟同时采用粗颗粒和细颗 粒两种催化剂，粗颗粒为高活性催化剂，长期持留在反应器内，以提高加氢活性;细颗粒为 一次性低活性催化剂，起催化和吸附作用，吸收焦炭和重金属杂质，随物料一起排出反应 器;使本发明的反应器就同时具备沸腾床和悬浮床的特点。
[0006] 工业加氢反应器要求满足固体悬浮、液相混合、气液传质三方面要求，加氢裂化是 个慢速放热反应，催化剂分布不均匀会导致反应不均匀，混合不好易导致产生局部热点，催 化剂生焦而失活;除了靠液相强制内部循环措施之外，还可以靠内部安装导流筒进行气升 式内部自动循环，从而达到固体悬浮与均匀混合的要求；而后者结构更为简单，属于静设 备，且不需要外部提供动力。
[0007]本发明提供的双固相悬浮床反应器，包括壳体、锥形底、导流筒和喷嘴，所述壳体 顶部设有物料出口，锥形底设在壳体底部，导流筒同轴设置在壳体内且两端开口，喷嘴设置 在锥形底底部;所述的喷嘴具有松动气出口孔、驱动气出口和液体出口，且松动气出口孔贴 近锥形底底部，驱动气出口和液体出口高出所述的松动气出口孔。
[0008] 本发明中，所述的喷嘴为三套管结构，中心为所述的液体出口，外环为所述的松动 气出口孔，内环为所述的驱动气出口。
[0009] 作为优选的效果，喷嘴可以为一个或多个，各喷嘴呈阶梯形三套管结构，中心管为 喷嘴液体出口，内环隙管为驱动气出口，外环隙管为松动气出口，三管同心放置，松动气出 口贴近所述锥形底底部；由于喷嘴的液体出口和驱动气出口位于锥形底底部正上方一定高 度处，松动气通过松动气出口射流进入反应器，可以有效促进锥形底底部固相的悬浮，防止 出现死区；同时驱动气和夹带了细颗粒催化剂的液相分别通过驱动气出口和液体出口高速 射流进入反应器，进一步的，绝大部分驱动气直接进入导流筒内，驱动气和液相通过射流强 烈混合并产生大量气泡在导流筒和降液管（即由导流筒和壳体之间的环形区域)之间形成 较大的密度差，该密度差会推动液相在导流筒和降液管之间的内循环流动，促进反应器内 物料的混合，使反应充分进行并且保证反应器内的温度均匀。
[0010] 优选的，所述松动气出口孔的外法线方向与锥形底母线夹角为0-30° ;驱动气出口 和液体出口位于同一水平面上，距离锥形底底部高度为所述锥形底高度的30 % -50 %。 [0011]优选的，所述驱动气出口射流方向与锥形底中轴线夹角为10-35°，驱动气出口和 液体出口的面积之比为〇. 3-3，驱动气出口和松动气出口孔的面积之比为0.5-2。
[0012] 优选的，所述的物料出口包括气体出口和液体出口，所述导流筒的正上方设有开 口朝上的分液漏斗，分液漏斗的底部与壳体侧面的液体出口相连。分液漏斗位于导流筒正 上方，液相通过分液漏斗出料，可以避免催化剂短路和跑损，起催化剂增浓的作用。
[0013]本发明中，气液剧烈混合并产生大量气泡上升通过导流筒后，在导流筒上方分流， 细颗粒催化剂随液相物料一起上行并进入分液漏斗从液体出口排出，粗颗粒催化剂随液相 物料下行回到降液管参与循环。优选的，所述分液漏斗位于导流筒上方0.2-0.5倍壳体高度 处，用于收集液体产物。
[0014] 优选的，所述锥形底锥角为50°-70°，锥形底高度为壳体高度的8%-10%。
[0015] 优选的，所述导流筒的高度与壳体高度之比为0.5-0.8，导流筒直径与壳体直径之 比为 0.5-0.8。
[0016]本发明中，在三套管喷嘴、锥形底和导流筒的共同作用下，反应器可以达到如下目 标:沸腾床加氢催化剂颗粒充分悬浮，悬浮床加氢催化剂颗粒被带出，底部无沉积，流动无 死区。
[0017]另外，本发明还提供双固相悬浮床反应器在重油加氢裂化工艺中的应用，采用上 述的双固相悬浮床反应器进行重油加氢裂化，并在所述壳体内装填粗颗粒催化剂，所述粗 颗粒催化剂的粒径为200~2000WH;所述喷嘴将细颗粒催化剂与物料一同加入反应器内，所 述细颗粒催化剂的粒径为〇. 1~1 Own。
[0018]本发明的双固相悬浮床反应器同时采用粗颗粒和细颗粒两种催化剂，粗颗粒为高 活性催化剂，长期持留在反应器内，起主要的催化作用；细颗粒为一次性低活性催化剂，起 催化和吸附作用，吸收焦炭和重金属杂质，随物料一起排出反应器。反应器内初始装填高活 性的粗颗粒催化剂，而低活性的细颗粒催化剂随液相物料一起进入反应器;细颗粒催化剂 粒径0.1-10M1，具有吸焦、吸重金属的作用，该催化剂属于一次性催化剂，容易随物料一起 被排出；粗颗粒催化剂粒径200-2000M1，可以加速液化油大分子的进一步裂化，该类催化剂 不会被物料带出，持留在反应器内，可以长期保持高活性，失活的大颗粒催化剂再定期排出 反应器。
[0019]进一步的，所述粗颗粒催化剂为钼基催化剂，且钼含量不小于5.Owt%;所述细颗 粒催化剂为铁基催化剂，其中铁含量不小于5.Owt%。
[0020] 进一步的，所述双固相悬浮床反应器采用的操作条件为：液相体积空速0.3~ 1.01T1，氢油比500~1500，细颗粒催化剂重量含量0.5~5%，粗颗粒催化剂重量含量0.1~ 30%〇
[0021] 在本发明所提供的方法中，可以根据处理规模的大小，设置一个或者多个的双固 相悬浮床反应器，可以根据具体要求将多个的反应器串联使用，也可将双固相悬浮床反应 器与固定床反应器串联使用。
[0022] 本发明的双固相悬浮床反应器优点是：
[0023] (1)采用的双固相悬浮床反应器，同时使用两种不同粒径的催化剂，低活性的微米 级细颗粒催化剂起到吸焦、吸金属的作用，并在操作中随液相物料一起排出；高活性的百微 米级粗颗粒催化剂，在反应中始终保持高活性，并长期滞留在反应器中参与反应，提高了催 化剂的使用效率。
[0024] (2)采用的双固相悬浮床反应器设置三套管喷嘴、锥形底、导流筒，环流区内的物 料在喷射推力以及导流筒和降液管间的密度差共同作用下，形成稳定的内循环，取消了操 作复杂、价格昂贵的循环栗，结构简单，能耗降低，提高了反应器的有效使用空间。
[0025] (3)采用的双固相悬浮床反应器，其底部设置的三套管喷嘴可以在保证较高喷射 气速的情况下，有效抑制气体的附壁作用同时减少反应器底部的固体沉积和死区。
[0026] (4)采用的双固相悬浮床反应器，在优选的操作条件和结构下，能够达到反应器内 部固体的悬浮和充分混合，底部无沉积，流动无死区以及反应器内部温度的均匀分布。[0027] (5)采用的双固相悬浮床反应器，可根据处理对象的不同，用于悬浮床工艺和沸腾 床工艺，操作弹性大。
【附图说明】
[0028]图1为双固相悬浮床反应器的结构示意图；
[0029]图2为图1中A-A向的喷嘴剖视图；
[0030] 附图标记说明
[0031]图1:1.气体出口，2.分液漏斗，3.液体出口，4.壳体，5.喷嘴，6.松动气入口，7.液 体入口，8.驱动气入口，9.锥形底，10.导流筒。
[0032] 图2:11.松动气出口孔，12.驱动气出口，13.喷嘴液体出口。
【具体实施方式】
[0033]参见附图，对本发明的【具体实施方式】作详细说明，应该指出的是，此处所描述的具 体实施方式仅用于说明和解释本发明，不用于限制本发明。
[0034]在本喷射环流反应器中，壳体的尺寸没有特别的规定，可以根据实际生产需要而 定。
[0035] 本双固相悬浮床反应器同时使用两种不同粒径的催化剂:一种是粒度为0.1~10y m的细颗粒一次性铁基催化剂，可选自于天然或人工合成的含铁类矿物，包括铁盐、铁的氧 化物、铁的硫化物及铁单质，铁含量不小于5. Owt% ;-种是粒度为200~2000mi的高活性钼 基粗颗粒催化剂，钼含量不小于5. Owt %，载体为氧化铝，钼基催化剂中还含有钴、镍活性组 分，其中钴含量〇. 〇 1~10. 〇wt %、镍含量0.01~1