增加重油转化能力的系统与方法与流程

描述本发明涉及用于增加重油转化能力的系统和相应的方法。重石油产品的加氢转化可以使用不同的工艺系统实现。该技术的核心是加氢转化反应器，其可以是固定床型、沸腾床型或浆料型。在后一种情况下，催化剂分散在反应介质中并均匀分布在反应器自身内。一个est系统(enislurrytechnology)(it-mi2007a1044；it-mi2007a1045；it-mi2007a1198；it-mi2008a1061；it-mi2010a1989)提供将流出物从反应器头部递送至hp/ht高压/高温液-气分离器。离开hp/ht分离器的气体被传送到气体处理段，富含氢气的流从所述气体处理段中被回收并再循环到反应器中，同时液体在降低的压力和温度下通过一系列的容器(中压分离器、常压塔和真空塔)以分离反应产物并引起催化剂和未转化的装料的再循环。如果反应产物仅在气相(vpo)(气相流出物)中获得，则可以避免在反应器外部的可能导致焦炭形成的低压段，即使这导致设备的产能的降低。当存在催化剂并且不存在氢气时，在低于反应器压力的压力下，通过实验已经发现，可以发生导致产生氢气和焦炭的脱氢反应。在容器中的液体滞留物(liquidholdup)中的高温、低压和长停留时间可以使在反应器外部具有与反应器内相同数量级的固体形成。除此之外，如果真空单元在设计阶段未被制成足够的尺寸，则在真空塔底部的氢气的形成可能对塔的分馏能力有显著的影响。通过采用est系统(根据该系统，仅在气相(vpo)中获得产物，我们将称该系统为est-vpo)，浆料被限制在高h2分压的区域，这消除了与脱氢和在反应器外部形成固体相关的所有问题。相对于这一优势，采用从hp/ht分离器直接再循环的est-vpo设备的产能，对于相同的反应温度，显著低于采用从真空塔再循环的est设备的产能。通过提高反应温度可以补偿产能的损失，即使这导致反应器自身内固体的形成增加。由于气体自身的汽提效应(strippingeffect)，将具有高h2浓度的气体(也称为“二次(secondary)”气体，以便将其与进料至反应器的具有相同组成的“一次”气体区别开来)进料至在反应器与高温/高压分离器之间的连接管线是提高est-vpo设备的转化能力的一种方式。不提供二次气体的使用的est-vpo系统对于相同的操作条件具有较小的产能，因为离开hp/ht分离器并再循环到反应器的液体具有与离开反应器的液体相同的组成。使用二次气体增加离开分离器顶部的反应产物的生产量(throughput)。同时，再循环到反应器中的液相的组成变化并再次经受加氢转化反应，但此时，其较轻组分已经被贫化，所述较轻组分已经进入气相中。由于产物只能从est-vpo系统中的分离器的顶部离开，因此其生产量的增加与设备的产能的增加相一致。可以证明，再循环到反应器中的液体在组成方面与离开反应器的液体越相似，朝向轻质产物的形成的转换(shift)越多。与没有提供其的est-vpo系统相比，通过二次气体的汽提行为的作用，再循环到反应器中的液体将比离开反应器的液体更重，并且因此与气相一起离开的产物的量将增加，尽管具有不同的组成。将具有高氢气含量的气体进料至在反应器的头部和高压/高温hp/ht分离器之间的连接管线使增加est-vpo系统的转化能力成为可能。二次气体进料下游的管线的长度充当理论液/气平衡阶段。连接管线的几何结构和流体动力学被设计成在进入分离器之前实现在反应器流出物/二次气体混合物中的液体和蒸气之间的平衡。在不需要实现液/气平衡的情况下，添加二次气体的效果在最坏的情况下可以被减小到仅仅添加气体。虽然使用汽提气体来帮助释放通常将被限制在液相中的气相中的组分并将汽提气体进料至在反应器的头部和分离器之间的连接管线是已知的(it-mi2007a1044)，但没有提供关于如何将汽提气体进料至该管线的描述。在反应器的头部和分离器之间的连接管线必须被适当地设计，以便在流进入分离器之前实现流中的液/气平衡。我们现在已经发现，在进入液-气分离器之前，在反应器的头部和分离器之间的连接管线的合适的向上倾斜对于实现液/气平衡是必不可少的。在连接管线的合适长度和/或合适的横截面处将选择的倾斜与二次气体进料管线的合适的插入组合也可能是可行的。构成本发明主题的用于重油的加氢转化的系统基本上包括反应器、液-气分离器和用于在反应器外部汽提转化产物的段，该段包括用于进料汽提气体的导管，所述导管以使得所述气体进料发生在反应器的头部和液-气分离器之间的连接导管中的点处的方式被定位，其中所述连接导管至少从进料点向上倾斜，并且坡度在2％和20％之间，优选地在3％和12％之间。在管线适当地向上倾斜的情况下，在离开反应器的气/液生产量的特定范围内，建立了分层的波式流动状态(stratifiedwavyflowregime)，其中相之间的合适的再混合从二次气体被进料的点发生。分层的波式流动状态的确立使与气体接触的液体的表面的持续更新成为可能，从而提高物料交换的效率。建议的是，汽提气体进料导管应当相对于在反应器的头部与液-气分离器之间的连接导管的轴线以在20°和65°之间、更优选地在30°和60°之间、甚至更优选地在40°和50°之间的角度倾斜。还可行的是，汽提气体流应该优选地沿向下的方向发生。还优选的是，具有上文建议的倾斜角的所述进料导管应位于穿过连接导管的轴线的垂直平面中。优选地，提供在反应器的头部和液-气分离器之间的连接的导管的横截面(a)和在对于汽提气体的进入点与至分离器的进入点之间的该导管的部分的长度(l)满足以下关系：(a×l)(qv+qvsec+ql)>10s，更优选地>15s，(qv+ql)/a>0.5m/s，更优选地>1m/s，2>qvsec/qv>0.25，更优选地1>qvsec/qv>0.5其中qv和ql是离开反应器的头部的蒸气和浆料(液体+固体)的体积生产量，并且qvsec是二次气体的体积生产量。在图1中图示了将反应器的头部连接到液-气分离器的导管(t)和用于汽提气体的进入的导管(i)的一个实施方案。离开反应器的气体和浆料的流(1)在导管(t)上的点(b)处进入，并且借助于通过进入导管(i)进入的气体在点(c)和点(f)之间的部分中经历汽提，所述进入导管(i)以相对于导管(t)的轴线在20°和65°之间的角度倾斜。进入导管所插入的导管(t)的段相对于水平面以在2％至20％之间的坡度向上倾斜。已经被汽提的气体和浆料的流最终在点(f)处离开以进入分离器。导管(t)的段的长度(l)从用于汽提气体的进入点延伸直到分离器的进入点(在图1中从点(c)到点(f)，穿过点(d)和(e))。可以将有助于液相和气相的密切再混合并且允许实现液/气平衡的具有合适的几何结构的障碍物插入连接反应器的头部至分离器的入口的导管内。建议的是，所述障碍物沿着所述导管内的顶壁被插入，所述导管提供反应器的头部与液-气分离器之间以下述方式的连接：所述方式使得气体在液体下方穿过，从而带来足够的再混合，并且同时避免在障碍物后面的固体的任何积聚，所述积聚可能由于导管的正坡度而更会发生。该实施方案在图2中图示出，其中障碍物(g)位于：●沿着导管(t)的下壁，可能会出现固体的积聚(as)的问题(图2a)；●沿着导管(t)的上壁，固体保持分散(ds)(图2b)。该系统适用于其中流出物包括两相l/v流、还包括从离开反应器的至少一个液体流和至少一个蒸气流的合并获得的流的所有类型的反应器，所述反应器包括可以包含分散的固体的固定床反应器、浆料反应器优选地浆料泡罩塔(slurrybubblecolumn)和沸腾床反应器。本发明的另一个目的是使用根据本发明的系统进行的用于重油的加氢转化的方法。所述用于重油的加氢转化的方法包括：将重油送入在具有合适的氢化催化剂的反应器中进行的加氢处理阶段，氢气或氢气与轻质烃的混合物被递送至所述反应器中；用合适的汽提气体对离开反应器的液体流和蒸气流、或对从离开反应器的至少一个液体流和至少一个蒸气流的合并获得的流进行汽提阶段；使所述流转到在合适的分离器中的液-气分离，所述液-气分离将被再循环到反应器的液相(较少净化地)与含有转化产物的气相分离，所述汽提阶段是借助于递送汽提气体的导管进行的，所述导管位于连接反应器的头部和液-气分离器的导管上的点，并且其特征在于，所述连接导管至少从进入点以在2％和20％之间，优选地在3％和12％之间的坡度向上倾斜。在具有浆料相氢化催化剂的反应器中进行的加氢处理阶段的情况下特别推荐所要求保护的方法，所述反应器优选地选自泡罩塔或沸腾床反应器。当使用浆料相反应器进行时，还建议其应当在反应器的出口处以大于0.75、优选地大于0.85的体积比操作：其中浆料包括液体加固体。在反应器的头部与液-气分离器之间的连接导管的横截面(a)与从用于汽提气体的进入点到分离器的进入点的所述导管的段的长度(l)(在图1中从点(c)到点(f))优选地满足以下关系：(a×l)(qv+qvsec+ql)>10s，更优选地>15s，(qv+ql)/a>0.5m/s，更优选地>1m/s，2>qvsec/qv>0.25，更优选地1>qvsec/qv>0.5其中qvsec是二次气体的体积生产量。加氢处理阶段优选地在400℃和450℃之间的温度下和在100大气压和200大气压之间的压力下进行。氢化催化剂优选地基于mo或w硫化物。更多细节可以在上述申请it-mi2007a1198中找到。为了更好地定义本发明，描述了在根据本发明的方法实施方案中证明使用二次气体的有效性的一些实施例，其导致在气相(vpo)中获得产物。实施例如前所述，从est系统(其中转化产物在液相中并且存在低压段)到est-vpo系统(其中产物仅留在气相中)的改变导致在设备的潜在产能上的大幅度的减少。为了克服这个，必须增加反应温度并且必须使用二次气体，因为在没有后者的情况下，在其他操作条件相同的情况下，设备的潜在产能与est参考案例相比无论如何都减少约20％。将反应器的头部连接到液-气分离器的导管(t)和进料汽提气体的导管(i)的实施方案是图1中已经图示的，其中：●连接用于二次气体的进入点到点(d)的导管的段以6％的坡度向上倾斜；●用于汽提气体的进入导管相对于将反应器的头部连接到液-气分离器的导管的轴线倾斜45°的角度；●进料至在反应器的头部和分离器之间的连接导管的汽提气体的流在穿过连接导管的轴线的垂直平面中在向下的方向上发生。要牢记的是，二次气体的流量(wsec)在0和100之间变化，其中0对应于不存在二次气体，而100表示二次气体的流量能够在使用est系统下确保设备的相同的潜在产能(wsecest)，虽然在较高的反应温度下运行，但是随着二次气体的变化，设备产能和百分比方面(percentageterm)的增加在表1中示出。表1(wsec/wsecest)×100新鲜装料的增加0-103.4％206.3％308.9％4011.1％5013.1％6014.8％7016.3％8017.7％9018.9％10020.1％因此，例如使用实现est系统设备的潜在产能所需的二次气体的生产量的50％(但是在较高温度下操作)，存在新鲜装料的13.1％的增加。以百分比增加表示的二次气体对新鲜装料的生产量的影响可以通过图表示出在表中列出的内容来显示(图3)。图4还示出了与est的潜在产能(wffest)相比，二次气体对在较高温度下操作的est-vpo设备的产能(wffvpo)的增加的影响。在est的情况下，在使用二次气体的50％的流量下，设备的潜在产能达到根据上文的定义可以获得的最大生产量的94％。二次气体的汽提效果具有以下的结果：与其中未使用二次气体的情况相比“较重”的产物离开设备，但在生产率方面实现的益处是可观的。可以通过分析作为相对于二次气体的百分比表示的(wsec/wsecest)比率的函数的柴油、石脑油和vgo产物的百分比增加来评估获得的产物的不同的品质，如表2所示。表2-随着二次气体的变化的产物增加这里再次地，如果考虑二次气体的生产量的50％，则所获得的效果在柴油、石脑油和vgo中分别是11.2％、10.5％和26.8％的增加。对三种感兴趣的产物的总体增加的效果也在图5中示出，其包括相对于以百分比表示的二次气体的(wsec/wsecest)×100比率的产物的生产量的变化。另外，采用如上文定义的二次气体的50％，实现了对于柴油、石脑油和vgo分别可以实现的最大生产量的94％、96％和89％(图6)。如可以看出的，与柴油和石脑油相比，二次气体对离开设备的vgo具有更大的影响，这表明汽提效应有效地将甚至相当重的化合物朝向气相置换(displace)。已经指出，与不使用二次气体的est-vpo系统相比，再循环到反应器中的液体比由于气体的汽提行为而离开反应器自身的液体更重。事实上，当离开hp分离器、再循环到反应器的液相的分子量与离开反应器的头部的液相的分子量相比较被监测时，随着二次气体的增加，观察到两个流在组成和因此的分子量方面具有越来越明显的差异。在没有二次气体的情况下，两个液相的分子量(mw)是相同的，但是随着二次气体的生产量增加，液相中存在的较轻的化合物传送到产物中，然后该产物在气相中离开设备，而液相变得越来越重。根据上文给出的定义，采用50％的二次气体，两个流的分子量相差11％。图7示出了随着二者均以百分比表示的二次气体(wsec/wsecest)改变，两个液体流的mw的变化。权利要求书(按照条约第19条的修改)1.用于重油加氢转化的系统，基本上包括反应器、液-气分离器和在所述反应器外部的转化产物的汽提段，所述汽提段包括在所述反应器头部和所述液-气分离器之间的连接导管的点处的汽提气体的供应导管，所述连接导管至少从所述汽提气体的供应点以相对于水平面在2％和20％之间的坡度向上倾斜。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述汽提气体的所述供应导管以在20°和65°之间、优选地在30°和60°之间、更优选地在40°和50°之间的角度倾斜于在所述反应器的头部与所述液-气分离器之间的所述连接导管的轴线。3.根据权利要求1所述的系统，其中进入在所述反应器头部和所述分离器之间的所述连接导管的汽提气体流是以向下的方向。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述供应导管位于穿过所述连接导管的轴线的垂直平面中。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述反应器是泡罩塔反应器或沸腾床反应器。6.根据权利要求1所述的系统，其中在所述反应器头部和所述液-气分离器之间的所述连接导管至少从所述汽提气体的所述供应点以在3％和12％之间的坡度向上倾斜。7.根据权利要求1所述的系统，其中具有合适的几何结构的障碍物被插入在所述反应器头部和所述气-液分离器之间的所述连接导管内，优选地沿着在所述导管内的上壁，这有助于液相和气相的密切混合并且使实现液/气平衡成为可能。8.用于重油加氢转化的方法，包括：将重油转到在具有合适的氢化催化剂的反应器中进行的加氢处理阶段，氢气或氢气与轻质烃的混合物被进料至所述反应器中；用合适的汽提气体对离开所述反应器的液相流和气相流、或对合并离开所述反应器的至少一个液体流和至少一个蒸气流而获得的流进行汽提的步骤；使所述流转到在合适的分离器中的液-气分离，所述液-气分离将至反应器的再循环的液相，来自净化的一部分，与含有仅在气相中获得的转化产物的气相分离，所述汽提步骤借助于在所述反应器头部和所述液-气分离器之间的所述连接导管中的点处进料汽提气体来进行，其特征在于，所述连接导管至少从所述汽提气体的供应点以相对于水平面在2％和20％之间的坡度向上倾斜。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述加氢处理步骤在具有在浆料相中的氢化催化剂的反应器中进行，所述反应器优选地选自泡罩塔反应器或沸腾床反应器。10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述反应器的出口处的体积比：大于0.75，优选地大于0.85，其中所述浆料包括液体加固体。11.根据权利要求8所述的方法，其中用于所述汽提气体的所述进料导管相对于在所述反应器头部和所述液-气分离器之间的所述连接导管的轴线以在20°和65°之间、优选地在30°和60°之间、更优选地在40°和50°之间的角度倾斜。12.根据权利要求8所述的方法，其中在所述反应器头部和所述液-气分离器之间的所述连接导管的段(a)与从所述汽提气体的所述进入点到所述分离器的进入点的所述导管的段的长度(l)满足以下关系(a×l)(qv+qvsec+ql)>10s(qv+ql)/a>0.5m/s2>qvsec/qv>0.25其中qv和ql是离开所述反应器的所述头部的蒸气和浆料(液体+固体)的体积流量，并且二次气体的体积流量为qvsec。13.根据权利要求10所述的方法，其中在所述反应器头部和所述液-气分离器之间的所述连接导管的段(a)与从对于所述汽提气体的所述进入点到所述分离器的进入点的所述导管的段的长度(l)满足以下关系(a×l)(qv+qvsec+ql)>15s(qv+ql)/a>1m/s1>qvsec/qv>0.5。14.根据权利要求8所述的方法，其中所述加氢处理步骤在400℃和450℃之间的温度和在100大气压和200大气压之间的压力下进行。15.根据权利要求8所述的方法，其中所述氢化催化剂是基于mo或w硫化物。当前第1页12