[发明专利]一种通用型的重质原料加氢轻质化装置

说明书

技术领域

本发明提供了一种通用型的重质原料加氢轻质化装置。该装置适用于油基重质原料加工过程中的重质油加氢轻质化工艺，煤基与生物基重质原料的加氢直接液化工艺，以及混合基重质原料加氢共炼轻质化加工工艺，以及其它流体物料的高温高压化学反应工程。

现有技术

长期以来，化石能源被划分为二个相对独立的煤炭与石油天然气工业体系。但对于化石能源中重质原料的轻质化、洁净化工程，无论是煤直接液化，还是重油加氢改质、煤油共炼，反应过程均需在高温高压、氢气环境中进行，使得上述工艺条件都十分苛刻。

重质原料的加氢轻质化的苛刻反应条件，造成它们的工业装置系统十分繁杂，装置制造本身就成为了一个巨大的工程。百万吨级煤直接液化工程中，单台沸腾床反应器的质量重达数千吨，不但给钢材冶炼、锻造、热处理和组装焊接、制造提出了高强度的技术工艺要求，并对交通运输与制造成本带来了巨大挑战，限制了重质原料的加氢轻质化、洁净化工程的发展。

煤的直接液化早于重油轻质化加工，已有近百年的历史，二战时期的德国产能达到近500万吨/年产能。工艺过程为煤在溶剂与含铁、镍、钼、钨、锡、铅、钴等的氧化物或卤化物催化剂下，与氢气反应生成液体产物，其中的工艺条件为温度400℃-500℃，压力30MPa-70MPa。

现代煤直接液化工艺主要有美国H-coal工艺、日本NEDOL工艺、德国IGOR工艺和我国的神华工艺等，工艺条件虽有所缓和，但工作温度在420℃-470℃，压力为20MPa-25MPa，对于工艺装置的要求仍显得十分苛刻，除神华实现了工业示范工程外，其它工艺仍停留在工业试验阶段。

目前石油工业采用的渣油或重油加氢技术工艺主要有固定床、移动床、沸腾床(浆态床)以及悬浮床渣油加氢技术，其中重油固定床加氢技术的缺点是无法加工高金属、高沥青质含量的劣质油品。移动床、沸腾床重油加氢技术可以处理相对劣质的原料，但遭遇到了与煤直接液化相同的困难，即反应转化装置制造困难以及投资、操作费用高等。

煤油共炼工艺技术源于早期的重油加工改质与煤的直接液化工艺，国际上已研发了多套工艺加工线路，如：H-Oil、改进的SCR-II、CANMET等工艺，但进入示范工程阶段的工艺仅为CANMET油砂油煤改质工艺；辽河油田和山西煤化所在上世纪八、九十年代中期分别于加拿大和美国HRT公司合作进行了工业试验与煤油共炼的技术引进；同样遭遇了与煤直接液化和重油悬浮床加氢技术相同的问题，即反应转化装置制造困难等，因此它们均未能实现工业装置的运行。

CN101336282A公开了使用具有新型反应器分离系统的反应器对重油进行改质的方法，该方法采用内部具有分离器的上流式反应器，所述的分离器用来进行相分离。其中采用一个或多个这样的串联反应器，使加热后的重油原料、活性浆料催化剂组合物和含氢的气体混合，然后从反应器底部进入，在升高的温度和压力条件下进行加氢处理。加氢反应产物、氢气、未转化的油和浆料催化剂在反应器内分成两股物流，由此将未反应的物料与转化后的物料分开，然后送到下一个串联反应器中。尽管采用串联反应器的方法，减少了浆态床加氢反应器内的返混及反应物料短路的问题，但并未彻底解决该问题。

CN1488727A提供了一种适用于重油、渣油的加氢裂化反应，特别是劣质的重油、渣油的加氢裂化方法，其中采用管中管式反应器，并在内管顶部设置气液分离器。原料与氢气首先以上流式进入内管反应段，然后在上部的气液分离器处分离，将气相排出反应器，而液相与加入的含有较多重芳烃的烃油一起进入环管反应段，同时在环管反应段底部补入氢气，以期实现反应器温度均匀、焦炭沉积量少、减少干气产量的目标。

CN1935943A公开了一种煤加氢反应装置及其工业应用，所述煤加氢反应装置由气流床和鼓泡床以及煤浆循环泵和换热器组成。气流床及鼓泡床共含于同一圆筒形内衬耐火材料的壳体中，气流床在上，鼓泡床在下。由气流床和鼓泡床组成的复合床反应器使H2传质表面积增加，加快了氢气的反应速率，提高煤浆转化率。煤浆可多次进入反应器，以此能够防止沉淀发生，并且通过喷嘴自身的交叉射流和对置敷设喷嘴而形成的撞击流能很好的实现浆体雾化和雾滴与H2的混合。然而，对于年产500万吨油品上述反应装置，反应器的体量非常庞大，其内直径为6500mm，气流床高48m，鼓泡床高40m，共计总高98m。