加氢反应器空间利用率提升技术研究

加氢反应器空间利用率提升技术研究

随着原油质量和质量恶化，对低硫清洁燃料的需求日益增加，越来越多的情况要求经济特区技术发展成为更高水平和装置。加氢技术的进步可以通过采用效果更好的催化剂及级配方案、改进反应器内构件性能等措施实现，目标都是尽量缩减反应器内无效空间，增加反应器内的有效利用空间，提高反应器空间利用率。为此，加氢装置进一步大型化对加氢反应整体效能及加氢反应器空间利用率提出了更高的要求。中国石油化工股份有限公司大连(抚顺)石油化工研究院(FRIPP)开发出提高加氢反应器空间利用率技术(FRUIT),在保证加氢反应整体效能的同时，满足加氢装置长周期运行的需求，最大化提高反应器空间利用率。11.1反应器内的空间利用率常规加氢反应器内一般包括催化剂床层(含惰性瓷球)及反应器内构件，采用传统的内构件结构和催化剂填装方案时，反应器内的空间利用率较低(一般小于67%)。一般来说，同一直径、相同催化剂填装量的反应器，随着催化剂床层数量的增多，惰性瓷球和内构件所占空间增加，反应器无效空间增加，有效空间利用率逐渐降低；反应器直径越大，无效空间体积绝对值越大。1.2无效空间的确定经分析，加氢反应器空间利用率的影响因素主要与反应器内催化剂使用效率、惰性瓷球填装空间大小、反应器闲置空间大小、内构件占用空间大小有关。其中惰性瓷球填装空间、反应器闲置空间、内构件占用空间统称为无效空间。因此研究如何充分发挥催化剂使用效率，再最大化缩减反应器无效空间，可提高反应器空间利用率。1.2.1床层内气、液混合固定床加氢反应器内催化剂的使用效率主要与催化剂床层内物料与催化剂是否能够均匀接触传质有关。催化剂床层内气、液混合及物料分布越均匀，与催化剂接触效果越理想，催化剂使用效率就越高。而催化剂床层内气、液混合及分布效果主要与反应器内物料分配与再分配效果、催化剂床层入口辅助分配效果、冷氢箱(盘)混合效果等因素有关。1.2.2减少喷射器的无效空间轨迹分析(1)气体/液体催化剂催化剂填装时，上方和下方填装惰性瓷球，用于支撑及覆盖催化剂。覆盖催化剂的瓷球一方面可以避免气体或液体直接吹向催化剂，另一方面对来自分配器的物料进行再分配。若将惰性瓷球更换为既有利于物料的分布、又具有催化活性的催化剂，则既能改善物料分布功能，又能增加总催化剂填装量。因此开发了异形齿球形催化剂，替代催化剂惰性瓷球。(2)入口扩散器及出口收集器一般的反应器内构件主要包括入口扩散器、积垢篮、顶部分配盘、冷氢系统、再分配盘、出口收集器及催化剂支撑盘等，其中入口扩散器和出口收集器设置于反应器的入口和出口位置，没有缩减意义。因此研究了分配盘及再分配盘、积垢篮、冷氢箱的性能提升和占用空间压缩。(3)催化剂床层滤垢传统加氢反应器内，反应器上封头内入口扩散器与分配盘之间为反应器内闲置空间。传统反应器上部催化剂床层顶部设置积垢篮，对反应进料进行过滤，将其中的杂质和垢物等拦截下来，防止堵塞催化剂床层。因此研究了新型积垢盘，并将其设置在反应器上封头空间，原积垢篮位置可以填装催化剂，提高了反应器空间利用率。2不同异形齿球形催化剂的研制方案FRUIT技术主要包含更加高效紧凑型加氢反应器内构件成套技术(包含新型积垢盘技术、分配盘技术、冷氢盘技术)和优选异形齿球形催化剂技术。该技术在满足加氢装置大型化及原料劣质化的需求、提升催化剂使用效率和整体反应性能、保障加氢装置运行周期的基础上，大幅度提高了加氢反应器空间利用率。2.1催化剂床层截面径向高差(1)新型积垢盘技术使用后能够有效拦截垢物，延缓反应器压力降升高，显著延长装置的运行周期；充分利用了反应器封头闲置空间，提高了反应器空间利用率。某加氢装置顶部及分配盘结焦严重(2)新型内构件成套技术的使用，使催化剂床层内的物料分配更加均匀，径向温差控制更小，对大直径反应器依然能够有效控制径向温差，使催化剂利用率更高。催化剂床层截面径向温差大小是体现内构件性能优劣及催化剂有效利用率的具体指标，而且越劣质的原料油、直径越大的反应器达到分布均匀越困难，越能够考验内构件的技术水平。新型分配盘使用后，反应器内催化剂床层径向温差情况见表1,表中煤焦油原料加氢反应器直径2.8m,柴油加氢精制反应器直径4.8m。煤焦油原料密度大、黏度大，性质恶劣，物料在反应器截面难以分布均匀，小直径反应器也容易发生偏流、沟流等问题，从而出现局部热点。由表1可以看出，采用新型内构件成套技术，催化剂床层平均径向温差仅为2.3℃,运行平稳。此外，对于大直径反应器而言，径向均匀分布存在困难，采用新型内构件成套技术可以使直径4.8m柴油加氢精制反应器催化剂床层平均径向温差仅为1.7℃,提高催化剂利用率，维持装置的长周期稳定运行。2.2装置原料油加氢裂化效果异形齿球形催化剂于某公司加氢精制反应器和加氢裂化反应器进行了工业应用，使用效果十分显著。2014年至2017年使用异形齿球形催化剂前，该加氢裂化装置原料油加工量平均为288.5t/h,基本保持满负荷，加氢精制反应器压力降较为平稳，无上升趋势，平均值为0.07MPa。使用异形齿球形催化剂后，该加氢裂化反应器(直径4.4m)增加催化剂装填量28.42m异形齿球形催化剂的工业应用结果表明，整体效果较为理想，改善了物料分配效果，降低了反应器压力降，增加了原料油加工量，延长了装置运转周期，提升了企业整体经济效益。3提高反应器空间利用率影响加氢反应器空间利用率的各个因素对反应器空间利用率的提高百分比见表2。由表2可以看出，加氢反应器内构件成套技术和优选异形齿球形催化剂替代惰性瓷球的技术，能够将反应器空间利用率提高10%～23%,即反应器空间利用率达77%～90%。其中，积垢盘是将原积垢篮取消后，在反应器封头空间安装积垢盘，使催化剂床层可多填装一定量的催化剂，当反应器直径在1.4～4.8m,反应器空间利用率增加了3.1%～5.5%;齿球形催化剂替代惰性瓷球，对提高反应器空间利用率的贡献最大，能够使反应器空间利用率增加4.7%～8.5%。4制备内构件身份社会新技术(1)FRIPP开发的FRUIT已在多套加氢装置上实现了工业应用。结果表明新技术能够满足装置大型化及原料劣质化的需求，有助于提升催化剂使用效率和整体反应效能，能够使反应器空间利用率提高10%～23%。(2)提高加氢反应器空间利用率的内构件成套技术，已实现多套工业应用，涉及催化汽油加氢、蜡油加氢、柴油加氢裂化、柴油加氢精制、特种油加氢、煤焦油加氢等多个领域。结果表明，新型内构件成套技术不仅适用于汽柴油加氢工艺装置，也适用于原料劣质化的重蜡油及煤焦油加氢工艺装置；不仅可用于新建装置设计，也适用于对现有加氢反