[發(fā)明專利]用于渣油加氫反應(yīng)的下置式微界面強化反應(yīng)裝置及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910087881.8
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN111482144A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張志炳;李大鵬;周政;門存貴;孟為民;黃傳峰;羅華勛;高亞男;王寶榮;高偉;張鋒;李磊
• 申請（專利權(quán)）人: 南京延長反應(yīng)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: B01J8/22
• 分類號: B01J8/22;B01J8/18;C10G45/04;C10G45/16;C10G45/22;C10G47/12;C10G47/26;C10G47/36
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發(fā)明公開了用于渣油加氫反應(yīng)的下置式微界面強化反應(yīng)裝置及方法，包括懸浮床反應(yīng)器、進(jìn)氣裝置、進(jìn)液裝置、至少一個氣泡破碎器和三相分離器。氫氣和帶催化劑的渣油原料經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入氣泡破碎器，形成微米級氣泡體系，之后進(jìn)入懸浮床反應(yīng)器內(nèi)，自下向上流動，在催化劑的作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)；反應(yīng)完的產(chǎn)物進(jìn)入三相分離器中分離，氣體自氣相出口排出，液體自液相出口采出，固渣自固相出口排出，各自收集，進(jìn)行后續(xù)處理。本發(fā)明的反應(yīng)裝置和方法具有加氫反應(yīng)壓力超低、氣液比小、氣液傳質(zhì)面積大，反應(yīng)速率快，能耗低，工藝靈活和生產(chǎn)安全性高等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于渣油加氫反應(yīng)的下置式微界面強化反應(yīng)裝置及方法。

背景技術(shù)

自上世紀(jì)七十年代以來，從石油中采出的原油質(zhì)量開始變差，原油中的重質(zhì)油含量尤其是渣油收率出現(xiàn)增加的趨勢。渣油因原油產(chǎn)地、煉油工藝等的不同可分為很多種類，不同種類的理化性質(zhì)各不相同。一般可分為常壓渣油和減壓渣油兩大類。渣油的主要成分包括飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，在高溫高壓和催化劑的作用下，渣油可以深度加氫，通過開環(huán)裂化等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化而獲得輕質(zhì)燃料油產(chǎn)品。

隨著世界各國對輕質(zhì)油品的需求日益增加，對環(huán)保的要求不斷趨嚴(yán)，人們對渣油的加氫反應(yīng)技術(shù)投入了更大的關(guān)注。傳統(tǒng)的渣油加氫反應(yīng)一般采用懸浮床加氫反應(yīng)器，該反應(yīng)器雖然對原料的適應(yīng)性強、操作簡單，但由于其受傳質(zhì)控制，因而加氫反應(yīng)效率較低。其根本原因是反應(yīng)器內(nèi)的氣泡尺度較大(一般為3-10mm)，故氣液相界傳質(zhì)面積小(一般在100-200m²/m³)，因而限制了傳質(zhì)效率。因此，工程上不得不采用高溫(470℃以上)和高壓(20MPa以上)操作，通過增加氫的溶解度以提高傳質(zhì)速率，從而強化反應(yīng)過程。但高溫高壓產(chǎn)生一系列副作用：能耗和生產(chǎn)成本高、投資強度大、設(shè)備操作周期短、故障多、本質(zhì)安全性差等，從而給工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)帶來挑戰(zhàn)。氣泡直徑(Sauter直徑)d₃₂是決定相界面積大小的關(guān)鍵參數(shù)，是決定氣液反應(yīng)速率的核心因素。d₃₂逐漸減小時，體積傳質(zhì)系數(shù)逐漸增大；特別是當(dāng)d₃₂小于1mm 時，體積傳質(zhì)系數(shù)隨d₃₂的減小以類似于指數(shù)形式快速增大。因此，將d₃₂減小到微米級能夠大幅度強化氣液反應(yīng)。直徑在1μm～1mm之間的氣泡可稱為微氣泡，由微氣泡形成的相界面稱為微界面，微氣泡群形成的相界面體系，稱為微界面體系。根據(jù)Yang-Laplace方程，氣泡的內(nèi)壓與其半徑成反比，故微氣泡也有利于提高氣泡內(nèi)壓，提高氣體的溶解度。因此氣液反應(yīng)過程中，微界面體系能夠強化氣液傳質(zhì)，進(jìn)而加快氣液反應(yīng)。微氣泡具有剛性特征，獨立性好，不易聚并，因此微氣泡體系的氣液充分混合，可獲得含有大量微氣泡體系，并在反應(yīng)器內(nèi)形成較高的相界面積(≥1000m^-1)，進(jìn)而加快反應(yīng)速率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為渣油加氫反應(yīng)提供一種下置式微界面強化反應(yīng)裝置及方法。它包含反應(yīng)器主體、氣泡破碎器、三相分離器等組件。氣泡破碎器可將氣液體系的氣泡尺度由傳統(tǒng)的 3-10mm，破碎縮小至1μm-1mm，從而大幅度地提高體系氣含率和氣液傳質(zhì)面積，加速多相反應(yīng)進(jìn)程，提高氣體利用率，改善過量排放造成的環(huán)境問題，并提高傳質(zhì)速率和加氫反應(yīng)效率，以解決渣油加氫過程高溫、高壓、高物耗、高投資、高安全風(fēng)險等問題，由此降低設(shè)備的投資成本和運行費用。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于渣油加氫反應(yīng)的上置式微界面強化反應(yīng)裝置，包括：

懸浮床反應(yīng)器，頂部設(shè)有第二出料口；

進(jìn)氣裝置，包括依次連接的氫氣緩沖罐、壓縮機和氫氣預(yù)熱器，用于原料氣體輸送；

進(jìn)液裝置，包括依次連接的渣油原料罐、進(jìn)料泵和渣油預(yù)熱器，用于原料液體輸送；