煤焦油加氢处理系统及方法与流程

本发明涉及加氢反应，特别涉及一种煤焦油两段法加氢处理系统及方法。

背景技术：

1、煤焦油是煤在干馏和气化过程中获得的液体产物之一，常温下是黑色或黑褐色具有刺激性臭味的粘稠状液体，主要由多环芳香族化合物组成，煤焦油的组成极为复杂，按照裂解温度不同可分为低温煤焦油、中温煤焦油和高温煤焦油等几种不同的产品。业内通过加氢的方法来加工煤焦油，使其轻质化获得高附加值的低硫石脑油和清洁燃料油，大大提高了煤焦油的分质分级利用。此种方式不仅有利于环境保护、高效利用能源，而且对缓解短缺的石油资源等具有重要意义。

2、煤焦油加氢技术主要是先通过分馏把煤焦油的轻质组分分离出来，再在加氢反应器与氢气在高温高压下参与反应，把煤焦油中的氮，重金属等物质进行改变和转化，从而改变煤焦油本身的性质，使得加氢产物在气味，颜色等方面发生改变，一般来说生成的清洁燃料油中柴油占大多数，石脑油产量相对较少。因为煤焦油组成复杂，其加氢反应过程亦十分复杂，因此为了解决不同的工程问题，形成了许多各具特色的煤焦油加氢工艺，包括工艺的调整和催化剂的改进。

3、固定床加氢精制-加氢裂化两段法工艺是煤焦油先后经过加氢精制和加氢裂化后进入分馏塔获得清洁燃料油。因煤焦油中含有较多的硫、氮、氧等杂原子，其加氢精制过程生成的氨会影响加氢裂化催化剂的活性，生成的水造成加氢裂化段催化剂永久性失活。在传统两段法工艺中，为了保护催化剂活性，增设了多个分离设备，设置了复杂的工艺流程。

4、即便如此，大多数传统加氢反应器在加氢处理过程中仍存在一些突出的问题，比如：随着固定床加氢设备的长周期运行，存在运行效率逐渐降低的问题，不仅降低产品质量，还会增加能量消耗，所以需要通过寻找各种手段对反应器进行数值计算，实时模拟装置运行状态，保证装置的平稳高效运行。同时常规的重油固定床催化剂装填方案沿着反应物流动方向，催化剂孔径越来越小，这很容易造成反应器床层堵塞，尤其是脱氧后杂质释放出来的反应床层位置更容易堵塞，影响整个反应装置的长周期平稳运转；由于加氢反应为放热反应，为避免局部过热，需要过量通入冷氢，大大增加氢气的消耗。

5、中国专利cn116064120b公开了一种煤焦油两段法加氢处理装置及方法，该装置包括：加氢精制反应器，其接收预处理后的煤焦油作为第一液相进料，该第一液相进料自上而下依次流经每个催化剂床层；氢气自每个催化剂床层底部自下而上均匀进入；加氢反应后的第一气相产品自独立的气相通道从反应器顶部排出，反应器的第一液相产品流向底部；加氢裂化反应器，其与加氢精制反应器的内部构造相同，且接收加氢精制反应器的部分第一液相产品作为该加氢裂化反应器的第二液相进料，加氢反应后生成顶部排出的第二气相产品和流向底部的第二液相产品。该方案可有效解决加氢精制/裂化反应器的气相反应产物及时从反应区分离的问题，又可改善加氢精制进料的性质，减少加氢精制的反应温升，降低反应难度，在相同条件下还可适应条件更恶劣的原料油。

6、该方案虽然加氢反应各催化剂床层的气相产物可以汇聚至一个相对独立的气相通道且从顶部排出反应器，可以基本保证各床层的气相产物可以较为迅速地离开反应体系，但正反应速度和反应深度还有待提升，重质油向轻质油转化的转化率有待提高，无法获得更多的石脑油；另外，各层反应后的液相全部直接流入下一催化剂床层，各催化剂床层的反应完全性无法有效保证，催化剂的利用率不够高。

7、因此，亟需一种煤焦油加氢处理系统及方法，不仅可以有效提升加氢反应的正反应速度和反应深度，有效提高重质油向轻质油的转化率，从而获取更多的石脑油，还能使各催化剂床层的反应更为充分、完全。

8、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤焦油加氢处理系统及方法，通过加氢精制/裂化每个催化剂床层处的气、液相顺流向上，且部分液相在催化剂床层外围不与气相接触的情况下实现返混的模式，不仅可以有效避免液泛以及压降增高问题，还能有效提升加氢反应的正反应速度和反应深度，有效提高重质油向轻质油的转化率，保证各床层的反应充分、完全。

2、本发明的另一目的在于提供一种煤焦油加氢处理系统及方法，通过在加氢精制/裂化反应器内每个催化剂床层上方均设置相对独立的气相空间且及时分离出气相产物，不仅避免了过度加氢，提高了反应的选择性，而且加氢反应中生成的水、硫化氢及氨气等易导致催化剂失活的不利因素可及时离开催化剂床层，有利于延长催化剂的运转周期。

3、为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种煤焦油加氢处理系统，采用煤焦油作为原料进行加氢精制和加氢裂化两段反应，并多产石脑油，至少包括：加氢精制反应器，其内设有用于填充加氢精制催化剂的床层，床层内、外侧具有液相循环通道；经精制分馏后的原料油自催化剂床层底部径向进入，并在来自催化剂床层下方且向上进入催化剂床层的氢气带动下，形成催化剂床层内气液两相的顺向上行，上行过程中进行气、液、固的加氢精制反应；反应后气相产物在氢气的带动下迅速脱离催化剂床层，并在催化剂床层上方相对独立的气相空间直接排出反应器；反应后液相物料的一部分进入所述液相循环通道与新进的液相进料汇合并返回催化剂床层，实现局部的液相循环；加氢裂化反应器，其接收来自加氢精制反应器反应完全后的液相出料，进行加氢裂化反应；加氢裂化反应器的内部构造以及气液走向与加氢精制反应器相同。

4、进一步，上述技术方案中，加氢精制反应器和加氢裂化反应器内均可设有：液相进料子单元，其与液相循环通道连通并为加氢精制/裂化催化剂床层底部提供径向进料；气相进料子单元，其设置在加氢精制/裂化催化剂床层的下方，气相进料向上进入催化剂床层。

5、进一步，上述技术方案中，加氢精制/裂化催化剂的床层可以为单层或多层设置。

6、进一步，上述技术方案中，加氢精制/裂化催化剂的床层可设有同心圆环状的内、外导流堰；导流堰下沿高于催化剂床层底面，用于形成径向进料通道；导流堰上沿与催化剂床层上表面平齐或高于上表面1～10mm。内、外导流堰的下沿、径向进料通道的相应位置处可分别设有同心圆环状的内挡板和外挡板，用于将径向进入的液相进料折流向上、并阻挡气相进料进入液相循环通道。内挡板和外挡板可垂直设置或向催化剂床层中心倾斜设置；倾斜设置时，倾斜角度优选小于等于45°。

7、进一步，上述技术方案中，外导流堰的外侧可设有外溢流堰，内导流堰的内侧可设有内溢流堰；内、外溢流堰整体呈同心圆环状；溢流堰上沿与导流堰上沿平齐或高于导流堰上沿1～10mm；溢流堰下沿设有液封折板，该液封折板与催化剂床层下表面平齐。

8、进一步，上述技术方案中，导流堰与相应位置溢流堰之间的空间构成液相循环通道；外溢流堰外侧以及内溢流堰内侧的空间构成降液通道，用于将液相引导至下一催化剂床层或液相出口。

9、进一步，上述技术方案中，气相进料子单元可包括：气相进料管，其沿加氢精制/裂化反应器的径向方向延伸；气相分配管，其设于加氢精制/裂化催化剂床层下方并呈环形或多层同心环形，该气相分配管与气相进料管正交或切向相交，该气相分配管的上壁面设有多个孔道，用于将气相进料均匀分布至催化剂床层底部；气相分布腔，其对气相分配管形成包围状态，仅允许气相进料向上进入催化剂床层。气相分布腔可以为顶面镂空、侧壁和底面封闭的腔体结构；镂空区域为内、外侧挡板之间的区域。

10、进一步，上述技术方案中，液相进料子单元可包括：液相进料管，其沿加氢精制/裂化反应器的径向方向延伸；液相分配管，其呈环形并与所述液相进料管正交或切向相交，该液相分配管在液相循环通道内延伸且管壁设有多个孔道，用于将液相进料均匀分布至催化剂床层。

11、进一步，上述技术方案中，当加氢精制/裂化催化剂床层为单层时，降液通道底部、塔盘的相应位置处开设降液孔，用于将反应后的液相引导至液相出口；当加氢精制/裂化催化剂床层为多层时，降液通道底部、塔盘的相应位置处设置降液管，用于将一部分液相物料引导至下一催化剂床层的液相循环通道中，使得进入下一层的液相不与下一层的气相反应产物接触。

12、进一步，上述技术方案中，每层加氢精制/裂化催化剂床层均设置气相进料子单元；液相进料子单元仅设置在最上层加氢精制/裂化催化剂床层中，或，每层加氢精制/裂化催化剂床层均设置。

13、进一步，上述技术方案中，当加氢精制/裂化催化剂床层为多层时，各层包含水、硫化氢以及氨气的气相产物在相应的催化剂床层上方无障碍并及时离开反应体系。

14、进一步，上述技术方案中，本发明的系统还可包括：精制分馏塔，其采用预热后的脱水脱机械杂质的中低温煤焦油以及氢气作为原料，进行分馏处理。精制分馏塔内设有：催化剂床层，其设于精制分馏塔原料入口上方，用于将部分受热气化的煤焦油组分完成脱硫脱氮及饱和烯烃、芳烃；重质油仓，其接收来自气液分配组件的液相，并将落入的液相从中心区域扩散至外圈区域；重质油仓上部的液相作为所述加氢精制反应器的原料油。

15、进一步，上述技术方案中，本发明的系统还可包括：高压分离器，其用于接收来自精制分馏塔、加氢精制反应器以及加氢裂化反应器的混合气相产物，并分离出氢气循环使用；低压分离器，其用于接收来自高压分离器的液相，并分离出水和低分油。

16、进一步，上述技术方案中，本发明的系统还可包括：分馏塔，其接收来自低压分离器的低分油，并在开设的2～4个侧线分别抽出石脑油组分和柴油组分。

17、为实现上述目的，根据本发明的第二方面，本发明提供了一种煤焦油加氢处理方法，采用前述的系统。

18、进一步，上述技术方案中，加氢精制催化剂优选采用脱硫脱氮活性高、芳烃饱和少的加氢精制催化剂；加氢精制催化剂包括载体及活性组分，活性组分为第vib族和第ⅷ族内的金属；加氢精制反应器的操作条件可以为：反应温度为200℃～400℃，反应压力为8mpa～20mpa，氢油体积比为600:1～1200:1，体积空速0.2h-1～3.0h-1。

19、进一步，上述技术方案中，加氢裂化催化剂优选含有y型沸石、氧化铝以及至少一种选自ⅷ族金属组分和至少一种选自第vib族的金属组分；加氢裂化反应器的操作条件可以：反应温度为300℃～400℃，反应压力为10mpa～20mpa，氢油体积比为200:1～800:1，体积空速0.2h-1～2.0h-1。

20、进一步，上述技术方案中，精制分馏塔的操作条件可以为：反应温度为200℃～400℃，反应压力为8mpa～20mpa，氢油体积比为600:1～1200:1，体积空速0.2h-1～3.0h-1。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、1)本发明在加氢精制反应器/加氢裂化反应器中，不仅通过加氢精制/裂化催化剂床层内气液(也即液态原料油和氢气)同时向上流动，有效避免液泛和小颗粒堆积的问题，而且通过气相带动液相以及局部的液相循环，使得液相物料可以在无外界动力的情况下反复进入同一催化剂床层内进行催化反应，既能提高加氢精制/裂化反应完全性，又能减少对外界动能的依赖，也即气相进料一方面参与化学反应，另一方面充分利用了气相进料所携带的动能，使液相物料实现自循环进入催化剂床层；

23、2)本发明在加氢精制反应器/加氢裂化反应器中，液相进料在气相进料的推动下，可以快速通过加氢精制/裂化催化剂床层，同时反应后的液相物料循环进入催化剂床层，进而增加反应物在催化剂床层的累计停留时间；

24、3)本发明在加氢精制反应器/加氢裂化反应器的每层催化剂床层上方具有一个相对独立的气相空间，通过这个空间，气相产物可快速及时地离开所在的每个催化剂床层(反应热可快速移除)，一方面避免了过度加氢，提高了反应的选择性，另一方面加氢反应中生成的水(水蒸气形式)、硫化氢及氨气等易导致催化剂失活的不利因素可及时离开催化剂床层，有利于延长催化剂的运转周期；

25、4)本发明的加氢裂化反应器在加氢裂化过程中，煤焦油的一部分长链分子断裂为短链分子，多环芳烃也部分发生断环，变小的烃类分子与氢气一起作为气相产物可在各层迅速排出加氢裂化反应器外，也即加氢裂化后馏分油产物的轻组分能够快速脱离催化剂体系，使得正反应速度及反应深度得到提升，可有效提高重质油向轻质油的转化率，从而为最终获得更多的石脑油创造条件；

26、5)本发明的加氢裂化反应器在加氢裂化过程中，各层气相产物的快速离开也可以避免轻组分因滞留在催化剂床层带来的过度裂化；氢气携带气相产物脱离催化剂体系的同时，也可以携带反应热离开反应体系，这可以有效避免反应热导致的局部过热，减少稠环芳烃缩合带来的堵塞催化剂的隐患；

27、6)本发明加氢精制反应器/加氢裂化反应器内通过导流堰和溢流堰的设置，使得导流堰和溢流堰之间的空间构建出液相循环通道，外溢流堰外侧以及内溢流堰内侧的空间则构建出降液通道，进而使得反应后的一部分液相物料进入液相循环通道并返回本层的催化剂床层，另一部分液相物料则通过溢流进入降液通道，进而通过降液管的指定路径流入下一床层的液相循环通道内。通过这样的设置方式，无论是液相循环通道内下行的液相物料，还是降液通道、降液管中下行的液相物料，都不会与上行气相进料发生接触，因此除了催化剂床层内部的气液接触反应外，在其他任何空间气相进料都不会与液相物料逆向接触，可以完全避免气液夹带导致的液泛问题；

28、7)本发明在加氢精制反应器上游使用精制分馏塔，在精制分馏塔中上部设置加氢精制催化剂床层，物料进入塔后实现气液相分离，加氢精制反应区只接收进料中较轻的气相组分，加氢精制进料条件得到改善，减少了加氢精制的反应温升，可有效降低加氢精制的反应难度；本发明物料进入精制分馏塔后实现气液相分离，其重组分进入重质油仓经沉淀外排固体杂质，而大部分状态较好的重组分再进入加氢精制/裂化反应器进一步实现轻质化转化，相对于传统的预蒸馏技术提高了原料的整体轻质化转化率，为后续多产石脑油创造更为有利的条件。

29、上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。