[发明专利]一种强化传质的液相加氢反应器及反应工艺

说明书

本发明公开了一种强化传质的液相加氢反应器，包括反应器筒体，所述反应器筒体的底部设有排液口，靠近筒体底部的侧面设有液体进口和气体进口，所述气体进口的位于筒体内部的一端连设有气体预分布盘，所述气体预分布盘的上方设有分层隔板，所述分层隔板的底部穿设固定有若干个强分散气泡发生器。本发明还公开了使用所述强化传质的液相加氢反应器的反应工艺。本发明的液相加氢反应器及反应工艺能够强化微细气泡与催化剂和液体的充分混合，提高液相加氢反应器中氢气的气含率，微气泡的停留时间长，并且能够增加气液接触面积。

技术领域

本发明属于化工装备技术领域，具体地说，是关于一种强化传质的液相加氢反应器及反应工艺。

背景技术

石油是目前世界上应用最广泛的能源，其液相加氢技术是指石油馏分与氢气在催化剂的作用下的反应过程，液相加氢是石油产品精制、改质和重油加工的重要手段。油品改质的目的是除去油品中的氮、氧、硫等杂原子及金属杂质，或是对一些芳烃以及烯烃加氢饱和，改善油品的使用性能。

连续液相加氢技术是我国柴油质量升级过程中应用的主要加氢技术之一。与常规滴流床加氢技术相比，连续液相加氢技术取消了高压循环氢系统，代之以循环油系统，不但可使装置的工艺流程更简单、操作更简便、本质安全性更强，而且还可以大幅度地降低装置能耗和投资。与传统的流化床技术相比，装置能耗降低25％以上，投资也降低10％-20％。连续液相加氢随着反应的进行氢气被不断消耗，为了保证氢气的补充速率，需要采用高效传质方法加快氢气在上行式反应器中的传质速率。理想状态下液相加氢反应器呈现溶氢饱和特征，但由于实际上上行式液相加氢反应器内的氢气采用鼓泡形式进入床层，氢气气泡直径偏大，平均直径10mm以上，气液两相接触面积小，局部贫氢导致结焦率高、二次油加工困难，导致装置运行苛刻度要求高，原料适应性差及运转周期短等问题，装置的加工能力和水平受到限制；此外，现有反应器操作温度高，也影响了催化剂的使用寿命。随着柴油的质量升级，国内柴油液相加氢装置的规模不断扩大，需对现有反应器传质技术进行优化提升。

加氢反应器是一种气液固三相反应器。目前的加氢反应器存在氢气传质不足的问题，其主要原因是气泡尺寸无法达到足够小；气泡越小，气泡的比表面积越大，单位体积的液体气液接触面就越大，越利于气液固传质。同时，气泡越小使气泡上升速度降低，在相同高度的反应器中，微气泡的停留时间越长，越有利于气液固传质。从气泡聚并的角度分析，气泡越小，在气泡上升过程中气泡的聚并概率会降低，从而可以进一步保持较小的气泡尺寸，利于传质。并且少量大气泡的存在有利于提高气含率，提高气泡总体的湍动能，从而进一步提高传质效率。

CN201644076U提出了一种液相加氢反应器，其反应器包括反应器筒体、催化剂床层、反应器出口和反应器入口，其催化剂床层之间设置混合器，混合器有进料和氢气入口，混合器还设有溶氢混合物出口和气体出口，混合器溶氢混合物出口浸在下一催化剂床层液体中。该混合器可有效地增加气液相间接触面，结构简单，使氢气溶解在混合油中，促进反应，大大提高加氢的效率。但是其没有从气泡尺度上来提高气液的反应效率，且该方法湍动能低，反应效率也无法得到质的提升；并且氢气容易向上扩散而逸出，降低了氢气的利用率。

CN103965959A提出一种多级溶氢的液相加氢方法，其循环液体物料与原料油混合，进入加热炉加热；氢气分成n路进入加热炉加热；一路氢气和液相物料在混合器中混合，进行第一级溶氢，其余(n-1)路氢气通过反应器床层的入口进入器内氢油混合构件与上一床层反应后的混合物进行混合，进行第二级溶氢，汽提出反应副产物硫化氢和氨，在反应器顶部设置反应压力控制系统，在每段反应器设置排气系统；反应产物进入汽提塔，汽提塔内设置氢油混合器，汽提出副产物硫化氢和氨，增加溶氢能力，汽提塔出来的油品一部分进入产品罐，一部分再循环；其在催化加氢反应的同时将硫化氢和氨排出反应系统，固相催化剂接触的为液相反应物，提高了反应效率。但是其将反应系统、循环系统以及加热炉系统组合起来，反应过程十分复杂，设备成本高且不易操作。设备体积大，增大了占地面积。并且多次溶氢提高了传质反应的时间，经济效益低。

发明内容