含上流反应区和产物气液分离区的套筒型碳氢料加氢反应器系统技术方案

含上流反应区和产物气液分离区的套筒型碳氢料加氢反应器系统，特别适合于氢气逆流使用的杂质气体携带量高或快速反应生成大量气体的碳氢料的2级或多级加氢反应过程如褐煤加氢直接液化反应过程的第一加氢反应器，将常规高压分离器必须存在的高气液体积比的含颗粒气液混相料由外部进入分离器内部的转向及降低流速的初始分离过程占据的空间，设置为内置式上流反应区并同时保留相同的转向、降速初始分离功能，作为小体积内置式第一煤加氢直接液化反应器形成组合设备，上流式反应区使褐煤携带的水分和易反应羧基的快速加氢产物COx及时离开加氢反应过程，可大幅度提高后续主加氢反应器的气相氢气分压、降低稀释氢气数量、提高反应空间液含率。

Sleeve Hydrocarbon Hydrogenation Reactor System with Upstream Reaction Zone and Product Gas-liquid Separation Zone

【技术实现步骤摘要】
含上流反应区和产物气液分离区的套筒型碳氢料加氢反应器系统
本专利技术涉及含上流反应区和产物气液分离区的套筒型碳氢料加氢反应器系统，特别适合于氢气逆流使用的杂质气体携带量高或快速反应生成大量气体的碳氢料的2级或多级加氢反应过程如褐煤加氢直接液化反应过程的第一加氢反应器，将常规概念中的高压分离器必须存在的高气液体积比的含颗粒气液混相料由外部进入分离器内部的转向过程和降低流速的初始分离过程占据的空间，设置为内置式上流反应区并同时保留相同的转向、降速初始分离功能，作为小体积内置式第一煤加氢直接液化反应器形成组合设备，减少了1台高压设备，上流式反应区使褐煤携带的水分和易反应羧基的快速加氢产物COx及时离开加氢反应过程，避免它们通过后续主加氢反应器反应空间从而大幅度提高后续主加氢反应器的气相氢气分压、降低稀释氢气数量、提高反应空间液含率；同时，也直接回收气相反应产物携带的反应热，减少或避免急冷油或急冷氢气用量；原料煤浆对气相产物的冷却、吸收使得气相产物中的中质烃部分冷凝成为循环液而提高供氢剂利用率；因提高液体脱气区高度，可提高脱气效率；因缩小液体脱气区流通截面积、增加液体流动速度，可减少沉积物数量；原料煤浆吸收中质烃的消泡效应，利于改善顶部气液分离效果。
技术介绍
本专利技术所述碳氢料，包括碳氢粉料如煤、碳氢液料如劣质重油。本专利技术所述碳氢料加氢反应过程，可以是煤加氢直接液化反应过程、劣质重油加氢反应过程、煤油共加氢反应过程。本专利技术所述膨胀床反应器，为立式上流式反应器，使用催化剂时属于膨胀床反应器；立式指的是安装后工作状态反应器的中心轴线垂直于地面；上流式指的是反应过程物料主体流向由下向上穿行通过反应空间或催化剂床层或与上行的催化剂同向流动；膨胀床指的是工作状态催化剂床层处于膨胀状态，催化剂床层膨胀比定义为催化剂床层有反应原料通过时的工作状态的最大高度CWH与该催化剂床层的空床静置状态的高度CUH之比值KBED，通常，KBED低于1.10时称为微膨胀床，KBED介于1.25～1.55时称为沸腾床，而悬浮床被认为是最极端形式的膨胀床。本专利技术所述返混流膨胀床反应器，指的是使用膨胀床反应器的反应区或主反应区的操作方式存在液流返混或者说存在循环液；返混流或循环液，指的是流程点K处的中间产物XK或最终产物XK中的至少一部分液相XK-L作为循环液流XK-LR返回物流XK上游反应区，循环液流XK-LR的反应产物流过K点并存在于XK之中。形成返混流的方式可以是任意合适的方式，如设置内置式内环流筒、内置式外环流筒、内置式集液杯+导流管+循环泵、外置式循环管等。本专利技术所述液体产物循环上流式膨胀床加氢反应器系统，指的是使用膨胀床反应器的反应区或主反应区的操作方式存在液体产物返回上游反应空间循环加工或者说存在液体产物循环；加氢反应器内的液体产物循环，指的是流程点K处的中间产物XK或最终产物XK中的至少一部分液相XK-L作为循环液流XK-LR返回物流XK上游反应区，循环液流XK-LR的反应产物流过K点并存在于XK之中。形成液体产物循环的方式可以是任意合适的方式，但是必须在反应器内的顶部空间设置气液分离区，得到循环液和其它产物，即设置内置式集液杯+导流管+循环增压器，循环增压器通常是循环泵，可以布置在反应器内部或外部。本专利技术所述反应器内设置的集液杯或集液器，指的是布置于反应器内的用于收集液体的容器，通常上部或上部侧面开口，底部或下部侧面安装导流管用于输送或排出收集液；膨胀床反应器的顶部集液器，通常安装在气液物料的脱液区，得到含有少量气泡的液体和气液混相物流或得到液体和气体，至少部分液相产物经过循环泵加压后返回反应空间循环加工。典型的例子是H-OIL工艺使用的重油沸腾床加氢反应器、煤加氢直接液化反应器。在本专利技术中，液体脱气下流区也能起到集液杯或集液器的作用。本专利技术所述热高分器，指的是用于分离加氢反应中间产物或最终产物的气液分离设备。本专利技术所述二级或多级加氢方法，指的是包含二个反应级或多个反应级的加氢方法。本专利技术所述一个加氢反应级，指的是自烃原料进入一个加氢反应过程开始到其加氢产物气液分离得到至少一个由至少一部分生成油组成的液相产物为止的流程段，包含该加氢反应级的加氢反应过程和该级的加氢反应产物的气液分离过程。因此，一级加氢方法，指的是初始烃原料的加工过程只包含一个加氢反应步骤和该加氢反应步骤产物气液分离过程的流程方式，所述的一个加氢反应步骤，根据需要可以使用1台或2台或多台串联操作的加氢反应器，因此反应器个数和形式不是决定反应级的依据，一个或一些串联反应器组成的反应步骤与其产物分离器共同组合才能组成一个完成意义上的加氢反应级。本专利技术所述二级加氢方法，指的是初始烃原料的加工过程包含液体物料加工流程为串联操作的“由二个不同的加氢反应步骤和对应加氢反应步骤产物的气液分离过程”组成的流程方式，其中至少一部分一级加氢生成油组成的物流进入二级加氢反应过程。本专利技术所述三级加氢方法，指的是初始烃原料的加工过程包含液体物料加工流程为串联操作的“由三个不同的加氢反应步骤和对应加氢反应步骤产物的气液分离过程”组成的流程方式，其中至少一部分一级加氢生成油组成的物流进入二级加氢反应过程，至少一部分二级加氢生成油组成的物流进入三级加氢反应过程。更多级数的加氢方法的流程结构，照上述原则类推。多级加氢方法，指的是初始烃原料的加工过程包含液体物料加工流程为串联操作的“由三个或更多不同的加氢反应过程和加氢产物气液分离过程”组成的流程方式。三级加氢方法，指的是初始烃原料的加工过程包含液体物料加工流程为串联操作的“由由三个不同的加氢反应步骤和对应加氢反应步骤产物的气液分离过程”组成的流程方式，根据该定义，很明显，所述不同级加氢产物的气液分离过程，可以独立进行，也可以部分或全部联合进行。本专利技术所述似二级加氢方法，指的是近似于二级加氢方法的方法，当后级上进料返混流膨胀床反应器的返混液相流量与上进料中液相流量比值趋于无限大时，视为二级加氢方法。本专利技术所述碳氢料加氢反应，指的是在氢气存在和加压条件下，含碳、氢元素的液体和或固体如油和或煤发生的加氢反应，对于烃油加氢过程其原料油发生加氢精制和或加氢热裂化反应生成至少一部分更低分子量的产物，对于煤制油加氢过程其原料煤发生热溶胀、一次热解、中间产物二次热裂化、自由基加氢稳定、热缩合等反应生成至少一部分常规沸点低于450℃的烃产物。本专利技术所述碳氢料加氢反应过程，典型例子是高温煤焦油悬浮床加氢深度精制反应过程、中低温煤焦油悬浮床加氢热裂化反应过程、煤加氢直接液化反应过程、油煤共炼加氢反应过程、石油基重油悬浮床或沸腾床加氢裂化反应过程。本专利技术所述碳氢料加氢反应，其反应产物BASE-ARP，至少为气液两相物流，多数情况属于气、液、固三相物流。本专利技术所述加氢反应流出物ARP-X用于排出加氢反应产物BASE-ARP，以1路或2路或多路物料的形式出现，为气相或液相或气液混相或气液固三相物流。在碳氢料加氢反应过程的工业领域，存在大量的碳氢料如褐煤、长烟煤、生物质焦油，它们的共同特点是，初期原料含有大量的氧元素；比如煤加氢直接液化反应过程的原料褐煤、长烟煤中存在煤干燥过程未分离出的内在水(比如结晶水)，这些水在煤浆的加热及热溶过程已经从煤主体分离出成为游离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.含上流反应区和产物气液分离区的套筒型碳氢料加氢反应器系统，其特征在于包括以下步骤：在碳氢料加氢反应过程RU，在存在氢气、液相烃同时可能存在固体颗粒的混相物料条件下，至少含有碳元素和氢元素的第一原料RUF1进行加氢反应RUR转化为最终加氢反应产物RUP；回收最终加氢反应产物RUP；最终加氢反应产物RUP，为1路或2路或多路物料；碳氢料加氢反应过程RU，加工包含第一原料RUF1的物料1ATF，设置基于第一原料RUF1的液料的串联操作的至少2个反应级；所述一个反应级，指的是包含碳氢料加氢反应步骤和该步骤气液产物的气液分离步骤的工艺过程；在碳氢料加氢反应过程RU，第一加氢反应器1ARE系统为含上流反应区和产物气液分离区的套筒型碳氢料加氢反应器系统；第一加氢反应器1ARE设置内置式套筒1ARE‑URD‑ES，将第一加氢反应器1ARE的内部空间分割为：①套筒1ARE‑URD‑ES的内部空间，称为套筒内区；②套筒1ARE‑URD‑ES与反应器1ARE壳体之间的夹层空间，称为夹层区；③反应器1ARE壳体内的上部气相空间1ARE‑VD，称为气相区，排出气体产物1ARE‑VP；第一加氢反应器1ARE的套筒内区和夹层区，将其中之一用作上流式反应区1ARE‑URD，另一个用作产物液体脱气区1ARE‑DLD；含第一原料RUF1的反应进料进入上流式反应区进行加氢反应转化为反应产物1ARE‑URD‑P，反应产物1ARE‑URD‑P进入分离区，气相区1ARE‑VD排出气体产物1ARE‑VP，产物液体脱气区排出液体产物1ARE‑L；至少一部分第一加氢反应器1ARE排出的液体产物1ARE‑L，作为净产物1ARE‑LP进入后续加氢反应过程中。...

【技术特征摘要】
1.含上流反应区和产物气液分离区的套筒型碳氢料加氢反应器系统，其特征在于包括以下步骤：在碳氢料加氢反应过程RU，在存在氢气、液相烃同时可能存在固体颗粒的混相物料条件下，至少含有碳元素和氢元素的第一原料RUF1进行加氢反应RUR转化为最终加氢反应产物RUP；回收最终加氢反应产物RUP；最终加氢反应产物RUP，为1路或2路或多路物料；碳氢料加氢反应过程RU，加工包含第一原料RUF1的物料1ATF，设置基于第一原料RUF1的液料的串联操作的至少2个反应级；所述一个反应级，指的是包含碳氢料加氢反应步骤和该步骤气液产物的气液分离步骤的工艺过程；在碳氢料加氢反应过程RU，第一加氢反应器1ARE系统为含上流反应区和产物气液分离区的套筒型碳氢料加氢反应器系统；第一加氢反应器1ARE设置内置式套筒1ARE-URD-ES，将第一加氢反应器1ARE的内部空间分割为：①套筒1ARE-URD-ES的内部空间，称为套筒内区；②套筒1ARE-URD-ES与反应器1ARE壳体之间的夹层空间，称为夹层区；③反应器1ARE壳体内的上部气相空间1ARE-VD，称为气相区，排出气体产物1ARE-VP；第一加氢反应器1ARE的套筒内区和夹层区，将其中之一用作上流式反应区1ARE-URD，另一个用作产物液体脱气区1ARE-DLD；含第一原料RUF1的反应进料进入上流式反应区进行加氢反应转化为反应产物1ARE-URD-P，反应产物1ARE-URD-P进入分离区，气相区1ARE-VD排出气体产物1ARE-VP，产物液体脱气区排出液体产物1ARE-L；至少一部分第一加氢反应器1ARE排出的液体产物1ARE-L，作为净产物1ARE-LP进入后续加氢反应过程中。2.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：至少一部分第一加氢反应器1ARE排出的液体产物1ARE-L，作为液料产物循环液1ARE-LR，返回第一加氢反应器1ARE的上流式反应区1ARE-URD循环加工。3.根据权利要求2所述的反应器系统，其特征在于：至少一部分第一加氢反应器1ARE排出的液体产物1ARE-L，作为液料产物循环液1ARE-LR，返回第一加氢反应器1ARE的上流式反应区1ARE-URD循环加工，循环方式为使用循环液体增压器，选自下列的1种或几种的组合：①为文丘里加压器WDP；文丘里加压器WDP，动力介质为氢气原料1AH1或浆液原料RUF1或混合原料；②为屏蔽电机驱动的离心泵。4.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：第一加氢反应器1ARE的套筒内区和夹层区，将其中之一用作上流式反应区1ARE-URD，另一个用作产物液体脱气区1ARE-DLD；液体脱气区1ARE-DLD，划分为2个功能区，上部为使用富氢气气体1BH的逆流反应区，下部为液体脱气区。5.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU，选自下列加氢反应过程的一种或几种：①煤加氢直接液化反应过程，包括不使用供氢溶剂油的煤加氢直接液化反应过程、使用供氢溶剂油的煤加氢直接液化反应过程、煤临氢热溶液化过程、煤油共炼过程；②煤加氢直接液化反应过程所得液化油的加氢过程；③中低温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品的加氢过程；所述热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化过程或重油催化裂解过程或加氢过程；④高温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得油品的加氢过程；所述热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化过程或重油催化裂解过程或加氢过程；⑤页岩油重油或页岩油热加工过程所得油品的加氢过程；所述热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化过程或重油催化裂解过程或加氢过程；⑥石油砂基重油热加工过程所得油品的加氢过程；所述热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化过程或重油催化裂解过程或加氢过程；⑦石油基重油热加工过程所得油品的加氢过程；所述热加工过程是重油焦化过程或重油催化裂化过程或重油催化裂解过程或加氢过程；⑧其它芳烃重量含量高于45％和或胶质重量含量高于15％和或沥青质重量含量高于5.0％的烃油。6.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU的第一加氢反应器1ARE的操作方式，选自下列的1种或几种的组合：①带液体产物循环的上流式沸腾床加氢反应器；②带液体产物循环的上流式悬浮床加氢反应器；③带液体产物循环的上流式悬浮床与沸腾床组合床反应器。7.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：在碳氢料加氢反应过程RU，第一原料RUF1的总反应停留时间为TA；在第一加氢反应器1ARE系统，第一原料RUF1的反应停留时间为TA1；第一加氢反应器1ARE系统的反应停留时间TA1，为总反应停留时间TA的0.05～0.65。8.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU，第一原料RUF1中水的重量比例，选自下列规定中的一种：①大于5％；②大于4％；③大于3％④大于2％。9.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：在碳氢料加氢反应过程RU，反应器1ARE的顶部含液料位的控制方式，选自下列方式中的一种：①控制套筒1ARE-URD-ES的内部空间存液区的液位；②控制反应器壳体内上部气相区与存液区的界面始终高于集液杯顶部边沿的高度。10.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，煤粉的液化率为85～98％。11.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，同时掺炼重油FD；重油FD的加氢热裂化转化率，大于90％。12.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，操作条件为：反应温度为400～485℃，反应器压力为6～30MPa，气相氢气体积浓度50～95％，气液体积比为200～1500NL/kg，液化催化剂添加量为干煤粉重量的0.1～3质量％，含可释放性硫的助催化剂添加量为助催化剂中硫S/催化剂活性金属的摩尔比为1.0～2.0，煤浆固体浓度为10～60质量％，反应停留时间TA为0.5～4小时；第一加氢反应器1ARE系统，操作条件为：反应温度为390～475℃，反应器压力为6～30MPa，气相氢气体积浓度50～95％，气液体积比为200～1500NL/kg，液化催化剂添加量为干煤粉重量的0.1～3质量％，含可释放性硫的助催化剂添加量为助催化剂中硫S/催化剂活性金属的摩尔比为1.0～2.0，煤浆固体浓度为20～60质量％，反应停留时间TA1为总反应停留时间TA的0.05～0.65。13.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，使用的煤加氢直接液化催化剂，是一种复合型加氢催化剂，包含高活性组分与低活性组分；所述高活性组分金属与低活性组分金属的重量比为1∶10至10∶1；所述高活性组分为钼的水溶性盐类化合物或其混合物；所述低活性组分为氧化铁矿石或硫化铁矿石，其中矿石中铁含量不低于40wt％，煤加氢直接液化催化剂水含量低于2wt％；煤加氢直接液化催化剂粒子直径为1～100μm的粉状颗粒。14.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，煤加氢直接液化催化剂是纳米超细颗粒水合氧化铁催化剂和或氧化铁和或黄铁矿和或赤铁矿和或氧化钼和或硫化钼和或钼酸铵和或硫化镍。15.根据权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，进入煤加氢直接液化反应过程RU的烃油至少一部分为供氢溶剂DS，供氢溶剂DS的至少一部分作为配制煤浆的溶剂使用；供氢溶剂DS主要由常规沸点为250～530℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：何巨堂，
申请(专利权)人：何巨堂，
类型：发明
国别省市：河南,41