加氫反應(yīng)器空間利用率提升技術(shù)研究

加氫反應(yīng)器空間利用率提升技術(shù)研究

隨著原油質(zhì)量和質(zhì)量惡化，對(duì)低硫清潔燃料的需求日益增加，越來越多的情況要求經(jīng)濟(jì)特區(qū)技術(shù)發(fā)展成為更高水平和裝置。加氫技術(shù)的進(jìn)步可以通過采用效果更好的催化劑及級(jí)配方案、改進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件性能等措施實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)都是盡量縮減反應(yīng)器內(nèi)無效空間，增加反應(yīng)器內(nèi)的有效利用空間，提高反應(yīng)器空間利用率。為此，加氫裝置進(jìn)一步大型化對(duì)加氫反應(yīng)整體效能及加氫反應(yīng)器空間利用率提出了更高的要求。中國石油化工股份有限公司大連(撫順)石油化工研究院(FRIPP)開發(fā)出提高加氫反應(yīng)器空間利用率技術(shù)(FRUIT),在保證加氫反應(yīng)整體效能的同時(shí)，滿足加氫裝置長周期運(yùn)行的需求，最大化提高反應(yīng)器空間利用率。11.1反應(yīng)器內(nèi)的空間利用率常規(guī)加氫反應(yīng)器內(nèi)一般包括催化劑床層(含惰性瓷球)及反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件，采用傳統(tǒng)的內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)和催化劑填裝方案時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的空間利用率較低(一般小于67%)。一般來說，同一直徑、相同催化劑填裝量的反應(yīng)器，隨著催化劑床層數(shù)量的增多，惰性瓷球和內(nèi)構(gòu)件所占空間增加，反應(yīng)器無效空間增加，有效空間利用率逐漸降低；反應(yīng)器直徑越大，無效空間體積絕對(duì)值越大。1.2無效空間的確定經(jīng)分析，加氫反應(yīng)器空間利用率的影響因素主要與反應(yīng)器內(nèi)催化劑使用效率、惰性瓷球填裝空間大小、反應(yīng)器閑置空間大小、內(nèi)構(gòu)件占用空間大小有關(guān)。其中惰性瓷球填裝空間、反應(yīng)器閑置空間、內(nèi)構(gòu)件占用空間統(tǒng)稱為無效空間。因此研究如何充分發(fā)揮催化劑使用效率，再最大化縮減反應(yīng)器無效空間，可提高反應(yīng)器空間利用率。1.2.1床層內(nèi)氣、液混合固定床加氫反應(yīng)器內(nèi)催化劑的使用效率主要與催化劑床層內(nèi)物料與催化劑是否能夠均勻接觸傳質(zhì)有關(guān)。催化劑床層內(nèi)氣、液混合及物料分布越均勻，與催化劑接觸效果越理想，催化劑使用效率就越高。而催化劑床層內(nèi)氣、液混合及分布效果主要與反應(yīng)器內(nèi)物料分配與再分配效果、催化劑床層入口輔助分配效果、冷氫箱(盤)混合效果等因素有關(guān)。1.2.2減少噴射器的無效空間軌跡分析(1)氣體/液體催化劑催化劑填裝時(shí)，上方和下方填裝惰性瓷球，用于支撐及覆蓋催化劑。覆蓋催化劑的瓷球一方面可以避免氣體或液體直接吹向催化劑，另一方面對(duì)來自分配器的物料進(jìn)行再分配。若將惰性瓷球更換為既有利于物料的分布、又具有催化活性的催化劑，則既能改善物料分布功能，又能增加總催化劑填裝量。因此開發(fā)了異形齒球形催化劑，替代催化劑惰性瓷球。(2)入口擴(kuò)散器及出口收集器一般的反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件主要包括入口擴(kuò)散器、積垢籃、頂部分配盤、冷氫系統(tǒng)、再分配盤、出口收集器及催化劑支撐盤等，其中入口擴(kuò)散器和出口收集器設(shè)置于反應(yīng)器的入口和出口位置，沒有縮減意義。因此研究了分配盤及再分配盤、積垢籃、冷氫箱的性能提升和占用空間壓縮。(3)催化劑床層濾垢傳統(tǒng)加氫反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器上封頭內(nèi)入口擴(kuò)散器與分配盤之間為反應(yīng)器內(nèi)閑置空間。傳統(tǒng)反應(yīng)器上部催化劑床層頂部設(shè)置積垢籃，對(duì)反應(yīng)進(jìn)料進(jìn)行過濾，將其中的雜質(zhì)和垢物等攔截下來，防止堵塞催化劑床層。因此研究了新型積垢盤，并將其設(shè)置在反應(yīng)器上封頭空間，原積垢籃位置可以填裝催化劑，提高了反應(yīng)器空間利用率。2不同異形齒球形催化劑的研制方案FRUIT技術(shù)主要包含更加高效緊湊型加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件成套技術(shù)(包含新型積垢盤技術(shù)、分配盤技術(shù)、冷氫盤技術(shù))和優(yōu)選異形齒球形催化劑技術(shù)。該技術(shù)在滿足加氫裝置大型化及原料劣質(zhì)化的需求、提升催化劑使用效率和整體反應(yīng)性能、保障加氫裝置運(yùn)行周期的基礎(chǔ)上，大幅度提高了加氫反應(yīng)器空間利用率。2.1催化劑床層截面徑向高差(1)新型積垢盤技術(shù)使用后能夠有效攔截垢物，延緩反應(yīng)器壓力降升高，顯著延長裝置的運(yùn)行周期；充分利用了反應(yīng)器封頭閑置空間，提高了反應(yīng)器空間利用率。某加氫裝置頂部及分配盤結(jié)焦嚴(yán)重(2)新型內(nèi)構(gòu)件成套技術(shù)的使用，使催化劑床層內(nèi)的物料分配更加均勻，徑向溫差控制更小，對(duì)大直徑反應(yīng)器依然能夠有效控制徑向溫差，使催化劑利用率更高。催化劑床層截面徑向溫差大小是體現(xiàn)內(nèi)構(gòu)件性能優(yōu)劣及催化劑有效利用率的具體指標(biāo)，而且越劣質(zhì)的原料油、直徑越大的反應(yīng)器達(dá)到分布均勻越困難，越能夠考驗(yàn)內(nèi)構(gòu)件的技術(shù)水平。新型分配盤使用后，反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層徑向溫差情況見表1,表中煤焦油原料加氫反應(yīng)器直徑2.8m,柴油加氫精制反應(yīng)器直徑4.8m。煤焦油原料密度大、黏度大，性質(zhì)惡劣，物料在反應(yīng)器截面難以分布均勻，小直徑反應(yīng)器也容易發(fā)生偏流、溝流等問題，從而出現(xiàn)局部熱點(diǎn)。由表1可以看出，采用新型內(nèi)構(gòu)件成套技術(shù)，催化劑床層平均徑向溫差僅為2.3℃,運(yùn)行平穩(wěn)。此外，對(duì)于大直徑反應(yīng)器而言，徑向均勻分布存在困難，采用新型內(nèi)構(gòu)件成套技術(shù)可以使直徑4.8m柴油加氫精制反應(yīng)器催化劑床層平均徑向溫差僅為1.7℃,提高催化劑利用率，維持裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。2.2裝置原料油加氫裂化效果異形齒球形催化劑于某公司加氫精制反應(yīng)器和加氫裂化反應(yīng)器進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，使用效果十分顯著。2014年至2017年使用異形齒球形催化劑前，該加氫裂化裝置原料油加工量平均為288.5t/h,基本保持滿負(fù)荷，加氫精制反應(yīng)器壓力降較為平穩(wěn)，無上升趨勢，平均值為0.07MPa。使用異形齒球形催化劑后，該加氫裂化反應(yīng)器(直徑4.4m)增加催化劑裝填量28.42m異形齒球形催化劑的工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，整體效果較為理想，改善了物料分配效果，降低了反應(yīng)器壓力降，增加了原料油加工量，延長了裝置運(yùn)轉(zhuǎn)周期，提升了企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益。3提高反應(yīng)器空間利用率影響加氫反應(yīng)器空間利用率的各個(gè)因素對(duì)反應(yīng)器空間利用率的提高百分比見表2。由表2可以看出，加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件成套技術(shù)和優(yōu)選異形齒球形催化劑替代惰性瓷球的技術(shù)，能夠?qū)⒎磻?yīng)器空間利用率提高10%～23%,即反應(yīng)器空間利用率達(dá)77%～90%。其中，積垢盤是將原積垢籃取消后，在反應(yīng)器封頭空間安裝積垢盤，使催化劑床層可多填裝一定量的催化劑，當(dāng)反應(yīng)器直徑在1.4～4.8m,反應(yīng)器空間利用率增加了3.1%～5.5%;齒球形催化劑替代惰性瓷球，對(duì)提高反應(yīng)器空間利用率的貢獻(xiàn)最大，能夠使反應(yīng)器空間利用率增加4.7%～8.5%。4制備內(nèi)構(gòu)件身份社會(huì)新技術(shù)(1)FRIPP開發(fā)的FRUIT已在多套加氫裝置上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。結(jié)果表明新技術(shù)能夠滿足裝置大型化及原料劣質(zhì)化的需求，有助于提升催化劑使用效率和整體反應(yīng)效能，能夠使反應(yīng)器空間利用率提高10%～23%。(2)提高加氫反應(yīng)器空間利用率的內(nèi)構(gòu)件成套技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)多套工業(yè)應(yīng)用，涉及催化汽油加氫、蠟油加氫、柴油加氫裂化、柴油加氫精制、特種油加氫、煤焦油加氫等多個(gè)領(lǐng)域。結(jié)果表明，新型內(nèi)構(gòu)件成套技術(shù)不僅適用于汽柴油加氫工藝裝置，也適用于原料劣質(zhì)化的重蠟油及煤焦油加氫工藝裝置；不僅可用于新建裝置設(shè)計(jì)，也適用于對(duì)現(xiàn)有加氫反