一种加氢反应器、加氢反应装置及催化加氢工艺

技术领域
[0001]
本发明属于生物质加氢技术领域，具体涉及一种加氢反应器、加氢反应装置及催化加氢工艺。
背景技术
[0002]近年来，国家大力发展各种清洁能源，其中生物质可再生能源由于来源稳定丰富、对环境友好，受到极大的重视和深入的研究。生物柴油的研究是生物质能源中应用最广的一种。
[0003]生物柴油，广义上讲包括所有以生物质为原料生产的可以替代柴油的燃料。其原料来源十分丰富，可以是植物油、动物油以及各种废弃的动植物油脂，而且一些油籽和树种也能够作为原料，经过加工得到生物柴油。发展生物柴油能够有效缓解柴油供应紧张，又能够处理废弃的动植物油脂，变废为宝，因此，大力发展生物柴油具有重要的战略意义。
[0004]现在应用较多的生物柴油一般指的是第二代生物柴油，它主要是应用动植物油脂等原料通过催化加氢得到的具有低凝点和较高的十六烷值的生物柴油。其中，催化加氢具有三废排放少，产品品质高的优点。
[0005]现有的催化加氢装置大多是由悬浮床反应器，由众多的分离及洗涤装置，和固定床反应器构成，如中国专利文献CN108264933A公开了一种利用悬浮床加氢技术实现重油轻质化的装置，包括顺次连接的催化剂浆液配置单元、悬浮床加氢单元、分离单元及固定床加氢单元；其中，所述悬浮床加氢单元中的悬浮床加氢反应器包括竖直设置的反应器筒体，设置于反应器筒体外部的射流器，和设置于反应器筒体内部的集液器，所述射流器包括喷嘴、吸入室和扩压管，所述扩压管与反应器筒体的入口连通；所述集液器的底部连通设置有回液管，所述回液管的另一端连通所述吸入室；所述分离单元包括热高压分离器，热低压分离器，冷高压分离器，冷低压分离器，汽提塔和减压塔；其中，所述热低压分离器内设置有热低分洗涤段，所述热低分洗涤段位于所述热低压分离器的进料口与所述热低分气出口之间，所述热低分洗涤段设有热低分洗涤液入口；在所述减压塔内且位于所述减压塔的入料口的上方自上而下依次设有减一线洗涤段、减二线洗涤段和减三线洗涤段，所述减三线洗涤段设有减三线洗涤液入口和减三线油出口；所述减二线洗涤段的减二线油出口连接所述减三线洗涤液入口，所述减三线油出口分别与所述减三线洗涤液入口和所述热低分洗涤液入口相连通。上述文献中公开的反应装置，虽然可以降低应用该装置制得的轻质油品中的固含量，以及固定床反应器的压降，但是该反应装置空间大，洗涤过程复杂，投资和能耗大，不利于工业化生产。
发明内容
[0006]因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中降低产品油中催化剂含量的同时存在反应装置空间大，洗涤过程复杂，投资和能耗大，不利于工业化生产的缺陷，从而提供一种加氢反应器、加氢反应装置及催化加氢工艺。
[0007]为此，本发明提供如下技术方案：
[0008]一种加氢反应器，包括：
[0009]反应器本体，所述反应器本体底部设置有进料口，顶部设置有气相出口，所述反应器本体的侧壁上设置有冷氢注入口；
[0010]悬浮床反应段，设于所述反应器本体内的下部；
[0011]固定床反应段，设于所述反应器本体内的上部，由至少两个床层构成；
[0012]分离段，设于所述悬浮床反应段和所述固定床反应段之间，所述分离段设置有集液料斗，所述集液料斗底部设置有出液管，用于将集液料斗收集的液相引出反应器本体；
[0013]洗涤液注入口，设置于所述分离段和固定床反应段之间的侧壁上，和/或设置于所述所述固定床反应段的相邻床层之间的侧壁上。
[0014]所述洗涤液注入口不少于1个。
[0015]所述固定床反应段包括自下而上设置的加氢精制床层和加氢异构床层。
[0016]所述冷氢注入口为3-6个，其中，在所述悬浮床反应段、固定床反应段和分离段上分别至少设置一个冷氢注入口。
[0017]本发明还提供了一种加氢反应装置，包括上述加氢反应器。
[0018]所述加氢反应装置还包括：
[0019]进料单元，包括原料罐，所述原料罐出口与加氢反应器底部进料口连通；
[0020]产物分离单元，包括连通设置的温高压分离器，冷高压分离器，冷低压分离器和常压分馏塔，其中，所述温高压分离器与所述加氢反应器顶部的气相出口相连通；
[0021]还包括连通设置的热低压分离器和减压塔，其中，所述热低压分离器与所述加氢反应器的出液管相连通，所述减压塔的第一液相出口与所述加氢反应器的洗涤液注入口相连通。
[0022]所述冷高压分离器的气相出口与原料罐的出口和/或冷氢注入口连通；
[0023]所述减压塔第二液相出口与催化剂分离装置的入口连通，催化剂分离装置的液相出口与原料罐的入口连通。
[0024]其中，所述催化剂分离装置采用卧螺离心机、水力旋流器、静态沉降罐、板框过滤器中的一种或多种实现催化剂与未转化馏分的液固分离。
[0025]本发明还提供了一种采用上述加氢反应器的催化加氢工艺，包括如下步骤：
[0026]催化剂、原料油和氢气在所述加氢反应器内，经过悬浮床加氢反应段进行反应，反应产物经过分离段分离得第一液相产物和第一气相产物；
[0027]所述第一气相产物经过洗涤、固定床反应后得第二气相；
[0028]所述第一液相产物由所述集液料斗收集，并引出所述加氢反应器外。
[0029]其中，所述第一气相产物经过洗涤、固定床反应后的第二气相具体是指所述第一气相产物经过洗涤后，进入固定床反应段继续进行反应，得第二气相产物；
[0030]或所述第一气相产物进入所述固定床反应段的相邻床层之间的洗涤液注入口与分离段之间的固定床层进行反应和洗涤，然后进入固定床反应段的剩余床层继续进行反应，得第二气相产物；
[0031]或所述第一气相产物经洗涤后，进入所述固定床反应段的相邻床层之间的洗涤液注入口与分离段之间的固定床层进行反应和洗涤，之后进入固定床反应段的剩余床层继续反应，得第二气相。
[0032]所述第二气相产物经过温高压分离，冷高压分离，冷低压分离和常压分馏分离得氢气、轻油和柴油；
[0033]所述第一液相产物经热低压分离，减压分馏得未转换馏分与催化剂混合浆液和粗柴油馏分。
[0034]所述第二气相产物经分离得到的氢气作为循环氢和冷氢使用。
[0035]所述未转换馏分与催化剂混合浆液经分离出固体催化剂后，剩余组分返回至所述加氢反应器继续反应。
[0036]所述悬浮床反应段压力为5-25MPa、温度为300-450℃、氢油体积比为800：1-1500:
-1 -11，液时空速为0.5h -1.5h ；
[0037]所述固定床反应段温度280-400℃，压力5-25MPa，氢油体积比为800:1-2000:1，液-1 -1时空速为0.5h -1.5h 。
[0038]悬浮床反应段的氢油体积比是指标准状态(0℃、标准大气压)下氢气与原料油的体积比。
[0039]标准状态(0℃、标准大气压)下在悬浮床反应段未反应的氢气和冷氢进入固定床，作为固定床氢油比中的氢气来源，其与悬浮床反应段气相产物中馏分油的体积比即为固定床反应段的氢油体积比。
[0040]所述催化剂为含有Ni、Mo、W、Co或Fe的催化剂；
[0041]所述固定床的催化剂为分子筛催化剂或含有Ni、Mo、W、Co或Fe的催化剂；优选地，所述分子筛催化剂为ZSM-22、ZSM-12、SAPO-41、SAPO-11分子筛中的一种或多种混合作为载体的催化剂。
[0042]所述温高压分离的工艺参数为：压力5-25MPa，温度200-350℃；
[0043]所述冷高压分离的工艺参数为：压力5-25MPa，温度30-60℃；
[0044]所述冷低压分离的工艺参数为：压力0.5-1.5MPa，温度30-60℃；
[0045]所述热低压分离的工艺参数为：压力0.5-1.5MPa，温度350-430℃；
[0046]所述常压分馏的进料温度为180-350℃；
[0047]所述减压分馏的进料温度为300-400℃。
[0048]所述原料油为生物原料油、重油、渣油、工业废油中的任意一种；所述生物原料油为动物油、植物油、废弃动植物油脂中的任意一种。
[0049]本发明技术方案，具有如下优点：
[0050]
1.本发明提供的加氢反应器，包括反应器本体，所述反应器本体底部设置有进料口，顶部设置有气相出口，所述反应器本体的侧壁上设置有冷氢注入口；悬浮床反应段，设于所述反应器本体内的下部；固定床反应段，设于所述反应器本体内的上部；分离段，设于所述悬浮床反应段和所述固定床反应段之间，所述分离段设置有集液料斗，所述集液料斗底部设置有出液管，用于将集液料斗收集的液相引出反应器本体；洗涤液注入口，设置于所述分离段和固定床反应段之间的侧壁上，和/或设置于所述所述固定床反应段的相邻床层之间的侧壁上。通过采用悬浮床、分离段、洗涤段与固定床一体化结构，在一个反应器内实现了加氢脱氧、气液分离、气相洗涤、加氢精制和加氢异构的过程，而且，固定床反应段采用底进上出式结构，可有效拦截悬浮床气相产物中携带的催化剂，使得催化剂不被携带至固定床反应产物中，有效降低产品油中的催化剂含量；而且柴油收率高，凝点低，同时该装置采用一体化结构，节省了空间、投资和能耗，而且洗涤过程简单、快速、方便，利于工业化生产。
[0051]
2.本发明提供的加氢反应器，通过设置固定床加氢异构床层可将反应生成的正构烷烃异构成异构烷烃，降低产品的凝点。
[0052]
3.本发明提供的加氢反应装置，包括加氢反应器，通过在一个加氢反应器内实现加氢脱氧、气液分离、气相洗涤、加氢精制和加氢异构的过程，并且洗涤液采用从减压塔分离出的粗油品，降低产品油中催化剂含量、柴油收率高，凝点低，同时节省了空间、投资和能耗，而且洗涤过程简单、快速、方便，利于工业化生产。
[0053]
4.本发明提供的加氢反应装置，通过将所述减压塔的第一液相出口与所述加氢反应器的洗涤液注入口相连通，利用从减压塔第一液相出口流出的组分作为洗涤液，可有效降低能耗；将所述催化剂分离装置的液相出口与原料罐的入口连通，实现部分催化剂和未转换馏分的循环利用，可提高原料油的转化率、轻油和柴油的收率、以及催化剂的利用率；通过将冷高压分离器的气相出口与原料罐的出口和冷氢注入口连通，实现循环利用，可进一步节约能耗。
[0054]
5.本发明提供的催化加氢工艺，包括如下步骤：催化剂、原料油和氢气在所述加氢反应器内，经过悬浮床加氢反应段进行反应，反应产物经过分离段分离得第一液相产物和第一气相产物；所述第一气相产物经过洗涤、固定床反应后得第二气相；所述第一液相产物由所述集液料斗收集，并引出所述加氢反应器外；通过在一个加氢反应器内实现加氢脱氧、气液分离、气相洗涤、加氢精制和加氢异构的过程，不仅节省了空间、投资和能耗，而且洗涤过程简单、快速、方便，利于工业化生产，同时降低产品油中催化剂含量、柴油收率高、凝点低。
[0055]
6.本发明提供的催化加氢工艺，通过将所述第二气相产物经分离得到的氢气作为循环氢和冷氢使用；以及采用粗柴油馏分作为洗涤液；可进一步降低整个工艺的能耗。
[0056]
7.本发明提供的催化加氢工艺，通过将未转换馏分与催化剂混合浆液经分离出固体催化剂后，将剩余组分和原料油、催化剂混合循环利用，有利于提高原料油的转化率、轻油和柴油的收率、以及催化剂的利用率。